Poliwęglany są polimerami, które posiadają organiczne grupy funkcyjne połączone ze sobą grupami węglanowymi. Najczęściej stosowany jest termoplast, który ma długie łańcuchy molekularne.

Zastosowanie poliwęglanów

Istnieje wiele poliwęglanów, które różnią się właściwościami w zależności od ich masy cząsteczkowej i struktury. Wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej, polimer staje się bardziej sztywny. Ponadto, właściwości są zmieniane poprzez mieszanie z innymi polimerami, na przykład z ABS i poliestrami takimi jak PET.

Ze względu na ich niezwykłe właściwości (są odporne na płomień i ciepło, wytrzymałe i przezroczyste), polimery te są bardzo szeroko stosowane.

Rysunek 1 Właściwości poliwęglanów, ich wytrzymałość i niezwykła przezroczystość oraz ich biokompatybilność sprawiają, że są one idealnymi materiałami do urządzeń medycznych. Stosuje się je w dializatorach stosowanych przy problemach z nerkami oraz, jak pokazano tutaj, w oksygenatorach, które przejmują pracę serca i płuc podczas poważnych operacji na nich przeprowadzanych, na przykład podczas operacji by-passów. Poliwęglan można łatwo sterylizować epoksyetanem, promieniowaniem lub ogrzewaniem w parze wodnej. Za uprzejmą zgodą Bayer MaterialScience AG.

Wśród zastosowań poliwęglanów i ich mieszanek znajdują się:

• medyczne (na przykład na obudowy do dializ i soczewki okularowe)
• elektro-elektroniczne (na przykład gniazda, osłony lamp,
• skrzynki bezpiecznikowe, obudowy komputerów i telewizorów)
• konstrukcyjne (na przykład dachy stadionów, znaki, świetliki)
• optyczne przechowywanie danych (CD, DVD, HD-DVD)
• samochody (oświetlenie wewnętrzne i reflektory, szyberdachy, szyby boczne, chłodnice, kratki, zderzaki)
• opakowania (na przykład duże butelki na wodę)

Rysunek 2 Te płyty DVD są wykonane z poliwęglanu. Za uprzejmą zgodą firmy Bayer MaterialScience AG. Rysunek 3 Z poliwęglanu wykonano kopułę dachu tego eksperymentalnego samochodu o nazwie zaZan, stworzonego przez słynnego szwajcarskiego projektanta Franka M Rinderknechta. By kind permission of Bayer MaterialScience AG.

Roczna produkcja poliwęglanów

Świat	4.4 mln ton1
Azja	2,0 mln ton2
Europa	1.5 mln ton2
USA	0,9 mln ton2

1. 2016 szacunek Merchant and Research Consulting, 2014

2. 2016 szacunek z odniesienia 1 i PlasticsEurope, 2015

Produkcja poliwęglanów

Najczęściej stosowany poliwęglan jest wytwarzany przez polimeryzację kondensacyjną między bisfenolem A a chlorkiem karbonylu lub węglanem difenylu.

Bisfenol A jest wytwarzany przez kondensację fenolu z propanonem.

Chlorek karbonylu jest wytwarzany z tlenku węgla i chloru:

Węglan difenylu jest wytwarzany z węglanu dimetylu, który jest często wytwarzany z metanolu, tlenu i tlenku węgla w fazie ciekłej w obecności soli miedzi, takiej jak chlorek miedzi(II):

Polimer jest zwykle tworzony przez reakcję bisfenolu A i chlorku karbonylu w roztworze zasadowym.

Przygotowuje się roztwór bisfenolu A w wodorotlenku sodu (tj. roztwór soli sodowej fenolu). Miesza się go z roztworem chlorku karbonylu w rozpuszczalniku organicznym (dichlorometan). Polimeryzacja zachodzi na granicy warstwy wodnej i organicznej przy pomocy katalizatora (aminy):

Poliwęglan jest utrzymywany w roztworze w warstwie organicznej. Roztwór ten jest następnie usuwany z warstwy wodnej i albo odparowuje się go, tworząc granulki polimeru, albo dodaje się etanol w celu wytrącenia stałego polimeru.

Jednakże coraz większą część poliwęglanów wytwarza się za pomocą węglanu difenylu, aby wyeliminować stosowanie chlorku karbonylu, niezwykle trującego gazu.

Bisfenol A i ester są podgrzewane razem, tworząc stopioną masę polimeru:

Fenol i nadmiar reagentów usuwa się przez destylację pod zmniejszonym ciśnieniem. Roztopiony poliwęglan jest następnie wyciskany przez drobne dysze w celu utworzenia długich nitek przypominających „spaghetti”, które są schładzane i granulowane.

Dalszy rozwój

Pomimo że poliwęglan pochodzący z bisfenolu A jest łatwo najszerzej stosowanym poliwęglanem, opracowano kopolimery, w których dodaje się podstawione bisfenole i reaguje z węglanem difenylu.

Na przykład przed polimeryzacją dodaje się tetrabromobisfenol A. Otrzymany polimer ma zwiększoną odporność na płomień. Otrzymany polimer ma zwiększoną odporność na płomień.

Innym stosowanym ko-monomerem jest tetrametylobisfenol A, który poprawia odporność poliwęglanu na ciepło.

.