آشنایی با کاربرد و خواص پلی‌کربنات‌ها
پلی‌کربنات‌ها (PC) پلیمرهای تراکمی هستند که دارای خواص مطلوبی مانند شفافیت بالا، پایداری حرارتی و دمای تغییر شکل حرارتی بالایی هستند و علی‌رغم سختی‌شان، به‌جای شکسته شدن در برابر ضربه از خود انعطاف‌پذیری نشان می‌دهند. وجود چنین خواص فیزیکی آنها را در دسته پلیمرهای مهندسی قرار داده است. پلی‌کربنات‌ها به‌راحتی شکل‌دهی می‌شوند و گریدهای مختلفی از این ماده از طریق فرآیندهایی نظیر اکستروژن، تزریق و قالب‌گیری دمشی به‌دست می‌آید. تاکنون بیشترین پلی‌کربنات مورد استفاده که بیش از 90٪ از مصارف تجاری را تشکیل می‌دهد، از واکنش تراکمی بیس فنول A و یک گونه غیرفعال پروتون‌پذیر، مانند دی‌فنیل کربنات یا فسژن تولید میشود. ساختار شیمیایی عمومی این نوع پلی‌کربنات در شکل 1 نشان داده شده است [1].
شکل 1. ساختارشیمیایی پلی‌کربنات بر پایه بیس فنول [1]
بیس فنول A که نام شیمیایی رسمی آن 2 و 2 بیس (4-هیدروکسی فنیل) پروپان است، مونومری با دو گروه عاملی هیدروکسیل است (شکل 2.b) که بامونومرهای دی‌کربونیل مانند فسژن یا دی‌فنیل کربنات، پلیمریزه میشود (شکل2.a). در حین پلیمریزاسیون، گروه هیدروکسیل بیس فنل A در محیط بازی یک پروتون از دست می‌دهد و پس از آن اتم اکسیژن باقی‌مانده در بیس با ترکیبات دی‌کربونیل پیوند استری می‌دهد (شکل 3). فرآیند پلیمریزاسیون با پیوند یک فنول منوهیدریک به انتهای زنجیره در حال رشد پایان می‌یابد [1].
شکل2. a) مولکول فسژن b) مونومر بیس فنل [1]
شکل3. پلیمریزاسیون پلی‌کربنات از مونومرهای بیس فنول A و فسژن [1]
پلی‌کربناتی که در فرآیندهای معمول تولید استفاده میشود، ساختار کریستالی ندارد. شواهد موجود از جهت‌گیری موضعی زنجیره‌ها در سطح مولکولی پلی‌کربنات، حاکی از آن است که واحدهای تکراری پلی‌کربنات می‌توانند در ساختاری که شبیه حرف Z است، دوباره روی زنجیره‌ها تجمع کنند. اما این واحدهای مونومری در مقیاس بزرگ برای ایجاد یک ماده متبلور منظم، با یکدیگر ارتباط برقرار نمی‌کنند و تنها در شرایطی خاص، مانند خنک کردن آهسته پلیمر، می‌توان حوزه‌های بلوری کوچکی ایجاد کرد. از آنجا که این شرایط در فرآیندهای تجاری برآورده نمی‌شود، به‌راحتی می‌توان گفت که به‌طور کلی تمامی پلی‌کربنات‌هایی که با آنها روبرو می‌شویم، آمورف هستند.
پلی‌کربنات‌ها از طریق پلیمریزاسیون سطحی یا از طریق فرآیند کاتیون‌سازی مذاب، به هر دو صورت batch یا پیوسته می‌توانند تولید شوند. خواص پلی‌کربنات می‌تواند براساس روش پلیمریزاسیون متفاوت باشد. مثلاً پلی‌کربنات‌های تولیدشده از طریق پلیمریزاسیون سطحی در دماهای بالا پایدارتر بوده و نسبت به آنهایی که از طریق استری شدن مذاب تولید می‌شوند، سفتی کمتری دارند. بنابراین هنگام انتخاب درجه رزین پلی‌کربنات برای یک کاربرد خاص، دانستن روشی که پلیمر توسط آن تولید شده بسیار مهم است.
پلی‌کربنات‌ها به‌طور معمول در طیف وسیعی از دما مقاومت فوق العاده بالا و خاصیت شکل‌پذیری عالی در برابر ضربه، پایداری حرارتی خوب، وضوح عالی و مدول بالایی از خود نشان می‌دهند. به همین دلایل، آنها در بسیاری از مصارف با عملکرد ویژه، مانند کلاه ایمنی آتش‌نشانی، ابزار الکتریکی و لوازم خانگی، شیلدها و پنل‌های مورد استفاده در خودرو و هواپیما، نسبت به سایر پلاستیک‌های مهندسی اصلاح‌نشده مورد توجه ویژه قرار گرفته‌اند (جدول 1). از ویژگی‌های منفی پلی‌کربنات‌ها می‌توان به تجزیه نوری هنگام قرار گرفتن در برابر اشعه ماورای بنفش و گاما، مقاومت شیمیایی کم و امکان ایجاد شکاف، به‌ویژه در معرض حلال‌ها، تنش‌های مکانیکی یا دمای بالا اشاره کرد [4].
جدول 1- مقاومت شیمیایی ترموپلاستیک‌های مهندسی [2
مدول بالای پلی‌کربنات‌ها حتی در شرایط دمایی بالا، از دمای بالای انتقال شیشه‌ای (141 تا 150 درجه سانتی‌گراد) پلیمر ناشی میشود. در زیر این دما مواد سخت هستند و تحت فشار وارده به آنها تغییر شکل کمی از خود نشان می‌دهند. با افزایش دمای انتقال شیشه‌ای، می‌توان مدول را در دمای بالا اصلاح کرد و این کار می‌تواند با انتخاب منطقی نوع بیس فنول محقق شود. برای بالا بردن درجه حرارت انتقال شیشه ای، می توان به گروههای فنلی، مواد جایگزین اضافه کرد؛ به این صورت که اگر فقط یک گروه عاملی به حلقه فنول موجود در بیس فنول اضافه شود، دمای انتقال شیشه ای کاهش می یابد. اما اگر گروه عاملی دومی به حلقه اضافه شود پیوندهای سگمنتال کاهش می یابند و دمای انتقال شیشه ای افزایش می یابد. همچنین اصلاح ساختار بیس فنول نیز می تواند بر سختی پلیمر نهایی تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، ساختار نشان داده شده در شکل (4) دو حلقه فنل را به طور پایدار به یکدیگر متصل می کند. این ساختار مولکولی انعطاف ناپذیر، پیکره پلی کربناتی سفت و سخت ایجاد می کند، که در نتیجه آن یک پلیمر سفت تر ایجاد می شود. پس به طور کلی می توان گفت، سختی پلیمر با افزایش سفتی بخشی از بیس فنول افزایش می یابد [1].
شفافیت بسیار بالای پلی کربنات ها نتیجه طبیعت بی شکل آن هاست. هیچ سطح بلوری / آمورفی وجود ندارد که بتواند نور را پراکنده کند که منجر به کدری شود. ضریب شکست پلی کربنات تفاوت کمی با شیشه دارد که این ماده را به جایگزینی عالی برای شیشه تبدیل می کند. به عنوان مثال، کشوهای شفاف در یخچال ها اغلب از پلی کربنات ساخته می شوند که شفافیت و درخشندگی، وزن کم و یکپارچگی ساختاری آن ها مشابه پلی کربنات می باشد پلی کربنات در نتیجه جهت گیری زنجیره های پلیمری در مقیاس کوچک در قطعات قالب گیری تزریقی ، رفتار «شکست مضاعف» منحصر به فردی را از خود نشان می دهد که این پدیده به عنوان یک اثر رنگین کمانی مشاهده می شود و در آن طیف های رنگی در زوایای خاص دیده می شوند. مواد قالب تزریقی به دلیل داشتن پوسته های ناهمسانگرد بسیار مرتب، باعث ایجاد این پدیده می شوند.
پلی کربنات ها در برابر الکل ها، صابون های معمولی، برخی روغن ها و گریس ها و اسیدهای رقیق مقاوم هستند. اما در برابر بازهای رقیق و قوی، حلال های کلر، کتون های آلی و اترهای حلقوی مقاوم نیستند(جدول 2) همچنین آنها می توانند در صورت قرار گرفتن در معرض اسیدهای چرب و نیز الکل در فشارهای بالا دچار ترک خوردگی در قطعات شوند[2].
جدول(2):مقاومت شیمیایی ترموپلاستیک های مهندسی[2].
جدول (3):برخی از خواص فیزیکی و مکانیکی پلی کربنات ها [3].
کاربردهای پلی کربنات:
از پلی کربنات ها در ساختCD/DVD، عینک، لنزهای چشمی، پنجره های ضد گلوله، کاربردهای پزشکی معمول شامل ابزارهای جراحی- سیستم های انتقال دارو – غشای همودیالیز – مخازن خون -فیلترهای خون ،صفحه های نمایشگرLED، محفظه چراغ جلو خودرو استفاده میشود.
برخی از کاربردهای پلی کربنات در صنایع مختلف.
هم چنین از آن ها به دلیل مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر خرد شدن و قابلیت تطابق با قوانین بهداشتی در کاربردهای تماس مستقیم با غذاها و نوشیدنی ها استفاده می شود. ظروف نگهداری مواد غذایی ساخته شده از پلی کربنات قابل استفاده مجدد هستند ، به حفظ طراوت ، محافظت از مواد غذایی در برابر آلودگی کمک می کنند و می توانند به راحتی در یخچال یا مایکروویو استفاده شوند.
در حال حاضر تولید عمده پلی کربنات در کشور متعلق به پتروشیمی خوزستان میباشد. این پتروشیمی با تولید پلی کربنات هایی با خواص متفاوت تامین کننده اصلی ماده اولیه در صنایع مصرفی گفته شده در بالا به شمار می آید که نمونه های از گریدهای مختلف تولیدی توسط این شرکت درجدول زیر آورده شده است.
نویسنده: هانیه توکلی
منابع:
