I policarbonati sono polimeri che hanno gruppi funzionali organici legati insieme da gruppi carbonati. Il più usato è un termoplastico che ha lunghe catene molecolari.

Usi dei policarbonati

Ci sono molti policarbonati che variano nelle proprietà a seconda della loro massa molecolare e struttura. All’aumentare della massa molecolare, il polimero diventa più rigido. Inoltre, le proprietà vengono modificate mescolandolo con altri polimeri, per esempio, con ABS e poliesteri come il PET.

A causa delle loro notevoli proprietà (sono resistenti alla fiamma e al calore, tenaci e trasparenti), i polimeri sono molto usati.

Figura 1 Le proprietà dei policarbonati, la loro forza e notevole trasparenza e la loro biocompatibilità li rendono materiali ideali per apparecchiature mediche. Sono utilizzati nelle macchine per la dialisi per i problemi renali e, come mostrato qui, per gli ossigenatori che sostituiscono il lavoro del cuore e dei polmoni durante gravi operazioni su di essi, per esempio nella chirurgia del by-pass. Il policarbonato è facilmente sterilizzabile con epossietano, radiazioni o riscaldamento a vapore. Per gentile concessione della Bayer MaterialScience AG.

Tra gli usi dei policarbonati e delle loro miscele ci sono:

• medico (per esempio, per alloggiamenti per dialisi e lenti per occhiali)
• elettro-elettronico (per esempio, prese, coprilampade,
• casse di fusibili, alloggiamenti per computer e televisori)
• edilizia (per esempio, tetti di stadi, insegne, lucernari)
• memoria ottica (CD, DVD, HD-DVD)
• auto (illuminazione interna e fari, tettucci, finestrini laterali, radiatori, griglie, paraurti)
• imballaggio (per esempio, grandi bottiglie d’acqua)

Figura 2 Questi DVD sono fatti di policarbonato. Per gentile concessione della Bayer MaterialScience AG. Figura 3 Un policarbonato è usato per fare la cupola del tetto di questa auto sperimentale, chiamata zaZan, creata dal famoso designer svizzero, Frank M Rinderknecht. Per gentile concessione della Bayer MaterialScience AG.

Produzione annuale di policarbonati

Mondo	4.4 milioni di tonnellate1
Asia	2,0 milioni di tonnellate2
Europa	1.5 milioni di tonnellate2
USA	0,9 milioni di tonnellate2

1. 2016 stima Merchant e Research Consulting, 2014

2. Stima 2016 da riferimento 1 e PlasticsEurope, 2015

Fabbricazione di policarbonati

Il policarbonato più utilizzato è prodotto per polimerizzazione di condensazione tra bisfenolo A e cloruro di carbonile o carbonato di difenile.

Il bisfenolo A è prodotto dalla condensazione del fenolo con il propanone.

Il cloruro di carbonile è prodotto da monossido di carbonio e cloro:

Il carbonato di difenile è prodotto dal dimetil carbonato, che è spesso fatto da metanolo, ossigeno e monossido di carbonio in fase liquida in presenza di un sale di rame come il cloruro di rame(II):

Il polimero è solitamente formato dalla reazione del bisfenolo A e del cloruro di carbonile in una soluzione basica.

Si prepara una soluzione di bisfenolo A in idrossido di sodio (cioè una soluzione del sale di sodio del fenolo). Viene mescolata con una soluzione di cloruro di carbonile in un solvente organico (diclorometano). La polimerizzazione avviene all’interfaccia tra lo strato acquoso e quello organico con l’aiuto di un catalizzatore (un’ammina):

Il policarbonato è tenuto in soluzione nello strato organico. Questa soluzione viene poi fatta scorrere via dallo strato acquoso e viene evaporata per formare granuli del polimero o viene aggiunto etanolo per precipitare il polimero solido.

Tuttavia, una proporzione crescente di policarbonati viene fatta tramite carbonato di difenile, per eliminare l’uso del cloruro di carbonile, un gas estremamente velenoso.

Il bisfenolo A e l’estere vengono riscaldati insieme per formare una massa fusa di polimero:

Il fenolo e i reagenti in eccesso vengono rimossi per distillazione sotto pressione ridotta. Il policarbonato fuso viene poi pressato attraverso ugelli sottili per formare lunghi fili simili a spaghetti, che vengono raffreddati e granulati.

Altri sviluppi

Anche se il policarbonato derivato dal bisfenolo A è facilmente il policarbonato più usato, sono stati sviluppati copolimeri in cui vengono aggiunti bisfenoli sostituiti e fatti reagire con carbonato di difenile.

Per esempio, viene aggiunto tetrabromobisfenolo A, prima della polimerizzazione. Il polimero risultante ha una maggiore resistenza alla fiamma.

Un altro co-monomero usato è il tetrametilbisfenolo A, che migliora la resistenza del policarbonato al calore.