Les polycarbonates sont des polymères qui ont des groupes fonctionnels organiques liés entre eux par des groupes carbonates. Le plus utilisé est un thermoplastique qui possède de longues chaînes moléculaires.

Utilisations des polycarbonates

Il existe de nombreux polycarbonates dont les propriétés varient en fonction de leur masse moléculaire et de leur structure. Lorsque la masse moléculaire augmente, le polymère devient plus rigide. De plus, les propriétés sont modifiées en le mélangeant avec d’autres polymères, par exemple avec de l’ABS et des polyesters comme le PET.

En raison de leurs propriétés remarquables (ils sont résistants aux flammes et à la chaleur, tenaces et transparents), les polymères sont très largement utilisés.

Figure 1Les propriétés des polycarbonates, leur résistance et leur remarquable transparence ainsi que leur biocompatibilité en font des matériaux idéaux pour les appareils médicaux. Ils sont utilisés dans les appareils de dialyse pour les problèmes rénaux et, comme illustré ici, dans les oxygénateurs qui prennent le relais du travail du cœur et des poumons lors d’opérations graves sur ces derniers, par exemple lors d’un pontage. Le polycarbonate est facilement stérilisé avec de l’époxyéthane, des radiations ou un chauffage à la vapeur. Avec l’aimable autorisation de Bayer MaterialScience AG.

Parmi les utilisations des polycarbonates et de leurs mélanges figurent :

• médical (par exemple, pour les boîtiers de dialyse et les verres de lunettes)
• électro-électronique (par exemple, douilles, couvercles de lampes,
• boîtes à fusibles, boîtiers d’ordinateurs et de téléviseurs)
• construction (par exemple, toits de stades, enseignes, puits de lumière)
• stockage optique (CD, DVD, HD-DVD)
• voitures (éclairage intérieur et phares, toits ouvrants, vitres latérales, radiateurs, grilles, pare-chocs)
• emballages (par exemple, grandes bouteilles d’eau)

Figure 2 Ces DVD sont fabriqués à partir d’un polycarbonate. Avec l’aimable autorisation de Bayer MaterialScience AG. Figure 3 Un polycarbonate est utilisé pour réaliser le dôme de toit de cette voiture expérimentale, nommée zaZan, créée par le célèbre designer suisse, Frank M Rinderknecht. Avec l’aimable autorisation de Bayer MaterialScience AG.

Production annuelle de polycarbonates

Monde	4.4 millions de tonnes1
Asie	2,0 millions de tonnes2
Europe	1.5 millions de tonnes2
US	0,9 million de tonnes2

1. Estimation 2016 Merchant et Research Consulting, 2014

2. Estimation 2016 de la référence 1 et PlasticsEurope, 2015

Fabrication de polycarbonates

Le polycarbonate le plus utilisé est fabriqué par polymérisation par condensation entre le bisphénol A et soit le chlorure de carbonyle, soit le carbonate de diphényle.

Le bisphénol A est produit par la condensation du phénol avec la propanone.

Le chlorure de carbonyle est produit à partir du monoxyde de carbone et du chlore :

Le carbonate de diphényle est produit à partir du carbonate de diméthyle, qui est souvent fabriqué à partir de méthanol, d’oxygène et de monoxyde de carbone en phase liquide en présence d’un sel de cuivre tel que le chlorure de cuivre(II) :

Le polymère est généralement formé par la réaction du bisphénol A et du chlorure de carbonyle dans une solution basique.

On prépare une solution de bisphénol A dans l’hydroxyde de sodium (c’est-à-dire une solution du sel de sodium du phénol). On la mélange avec une solution de chlorure de carbonyle dans un solvant organique (dichlorométhane). La polymérisation a lieu à l’interface entre les couches aqueuse et organique à l’aide d’un catalyseur (une amine) :

Le polycarbonate est maintenu en solution dans la couche organique. Cette solution est ensuite écoulée de la couche aqueuse et est soit évaporée pour former des granules du polymère, soit on ajoute de l’éthanol pour précipiter le polymère solide.

Toutefois, une proportion croissante de polycarbonates est fabriquée via le carbonate de diphényle, afin d’éliminer l’utilisation du chlorure de carbonyle, un gaz extrêmement toxique.

Le bisphénol A et l’ester sont chauffés ensemble pour former une masse fondue de polymère:

Le phénol et les réactifs en excès sont éliminés par distillation sous pression réduite. Le polycarbonate fondu est ensuite pressé à travers de fines buses pour former de longs fils « spaghettis », qui sont refroidis et granulés.

Autres développements

Bien que le polycarbonate dérivé du bisphénol A soit facilement le polycarbonate le plus utilisé, des copolymères ont été développés dans lesquels des bisphénols substitués sont ajoutés et réagissent avec le carbonate de diphényle.

Par exemple, le tétrabromobisphénol A est ajouté, avant la polymérisation. Le polymère obtenu présente une résistance à la flamme améliorée.

Un autre co-monomère utilisé est le tétraméthylbisphénol A, qui améliore la résistance du polycarbonate à la chaleur.

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