Polykarbonater är polymerer som har organiska funktionella grupper som är sammanlänkade med karbonatgrupper. Den mest använda är en termoplast som har långa molekylkedjor.

Användningsområden för polykarbonater

Det finns många polykarbonater som varierar i egenskaper beroende på deras molekylmassa och struktur. När molekylmassan ökar blir polymeren styvare. Vidare ändras egenskaperna genom att blanda den med andra polymerer, till exempel med ABS och polyestrar som PET.

På grund av deras anmärkningsvärda egenskaper (de är flam- och värmebeständiga, tåliga och genomskinliga) används polymererna i mycket stor utsträckning.

Figur 1 Polykarbonaternas egenskaper, deras hållfasthet, anmärkningsvärda genomskinlighet och deras biokompatibilitet gör dem till idealiska material för medicintekniska apparater. De används i dialysapparater för njurproblem och, som visas här, i syrgasgeneratorer som tar över hjärtats och lungornas arbete under allvarliga operationer på dem, till exempel vid by-pass-kirurgi. Polykarbonat steriliseras lätt med epoxietan, strålning eller uppvärmning i ånga. Med vänligt tillstånd av Bayer MaterialScience AG.

Av de användningsområden där polykarbonater och deras blandningar används är:

• medicinskt (t.ex. för dialyshus och glasögonlinser)
• elektroelektroniskt (t.ex. uttag, lampkåpor,
• säkringslådor, dator- och tv-höljen)
• konstruktion (t.ex. stadiontak, skyltar, takfönster)
• optisk lagring (CD-skivor, DVD, HD-DVD)
• bilar (innerbelysning och strålkastare, soltak, sidofönster, kylare, galler, stötfångare)
• förpackningar (t.ex. stora vattenflaskor)

Figur 2 Dessa DVD-skivor är tillverkade av polykarbonat. Med vänligt tillstånd av Bayer MaterialScience AG. Figur 3 Polykarbonat används för att tillverka takkupan på denna experimentella bil med namnet zaZan, skapad av den berömda schweiziska designern Frank M Rinderknecht. Med vänligt tillstånd av Bayer MaterialScience AG.

Årlig produktion av polykarbonater

Världen	4.4 miljoner ton1
Asien	2,0 miljoner ton2
Europa	1.5 miljoner ton2
USA	0,9 miljoner ton2

1. Uppskattning 2016 Merchant and Research Consulting, 2014

2. 2016 uppskattning från referens 1 och PlasticsEurope, 2015

Herställning av polykarbonater

Den mest använda polykarbonaten tillverkas genom kondensationspolymerisation mellan bisfenol A och antingen karbonylklorid eller difenylkarbonat.

Bisfenol A framställs genom kondensation av fenol med propanon.

Carbonylklorid framställs av kolmonoxid och klor:

Difenylkarbonat framställs av dimetylkarbonat, som ofta framställs av metanol, syre och kolmonoxid i vätskefasen i närvaro av ett kopparsalt, till exempel koppar(II)klorid:

Polymeren bildas vanligen genom reaktion mellan bisfenol A och karbonylklorid i en basisk lösning.

En lösning av bisfenol A i natriumhydroxid (dvs. en lösning av fenolens natriumsalt) framställs. Den blandas med en lösning av karbonylklorid i ett organiskt lösningsmedel (diklormetan). Polymerisationen sker vid gränssnittet mellan det vattenhaltiga och det organiska skiktet med hjälp av en katalysator (en amin):

Polykarbonatet hålls i lösning i det organiska skiktet. Denna lösning rinner sedan av från det vattenhaltiga skiktet och förångas antingen för att bilda granulat av polymeren eller så tillsätts etanol för att fällas ut den fasta polymeren.

En allt större del av polykarbonaterna tillverkas dock via difenylkarbonat, för att eliminera användningen av karbonylklorid, en extremt giftig gas.

Bisphenol A och estern värms upp tillsammans för att bilda en smält polymermassa:

Fenolen och överskottsreaktanterna avlägsnas genom destillation under reducerat tryck. Polykarbonatsmältan pressas sedan genom fina munstycken för att bilda långa ”spagettiliknande” trådar, som kyls ned och granuleras.

Fortsatt utveckling

Och även om polykarbonat som härrör från bisfenol A lätt är den mest använda polykarbonaten, har sampolymerer utvecklats där substituerade bisfenoler tillsätts och reagerar med difenylkarbonat.

Till exempel tillsätts tetrabromobisfenol A, före polymerisationen. Den resulterande polymeren har förbättrad flamresistens.

En annan samonomer som används är tetrametylbisphenol A, som förbättrar polykarbonatets värmebeständighet.