聚碳酸酯的合成及性能表征..
聚碳酸酯的合成
聚碳酸酯的合成聚碳酸酯是一种重要的高分子材料，具有优异的物理性能和化学稳定性，广泛应用于塑料、纤维、涂料等领域。
下面将详细介绍聚碳酸酯的合成方法及其应用。
聚碳酸酯的合成方法有多种，其中最常用的是酸催化法和缩聚法。
酸催化法是将二酸和二醇反应，通过酸的催化作用使二酸和二醇缩合生成聚碳酸酯。
常用的二酸有对苯二甲酸、对苯二甲酸酐等，常用的二醇有乙二醇、丙二醇等。
缩聚法是将二酸和二醇在无溶剂条件下直接缩合生成聚碳酸酯。
酸催化法的合成步骤如下：首先将二酸和二醇加入反应容器中，加入少量的酸催化剂，然后在适当的温度下进行反应。
反应过程中，酸催化剂起到了加速反应的作用，使反应速度更快。
反应完成后，通过蒸馏或其他分离技术将产物纯化，得到最终的聚碳酸酯。
缩聚法的合成步骤如下：首先将二酸和二醇加入反应容器中，在无溶剂条件下进行反应。
反应过程中，通过加热使反应物发生缩聚反应，生成聚碳酸酯。
反应完成后，通过溶剂萃取、蒸馏等方法将产物纯化，得到最终的聚碳酸酯。
聚碳酸酯具有许多优异的性能，使其在各个领域得到广泛应用。
首先，在塑料领域，聚碳酸酯具有良好的可加工性和机械性能，可用于制造各种塑料制品，如包装材料、电子产品外壳等。
其次，在纤维领域，聚碳酸酯纤维具有优异的拉伸强度和耐磨性，可用于制造纺织品和高强度绳索。
此外，聚碳酸酯还可用于制备涂料、胶粘剂等。
聚碳酸酯的合成和应用不仅在工业上具有重要意义，也对环境保护和可持续发展具有积极作用。
聚碳酸酯作为一种可回收利用的高分子材料，可以通过物理和化学方法进行回收和再利用，减少对环境的污染。
此外，聚碳酸酯还可以通过生物降解的方式进行处理，最终分解为环境友好的物质，对环境无害。
聚碳酸酯是一种重要的高分子材料，具有广泛的应用前景。
通过酸催化法和缩聚法等合成方法，可以得到高品质的聚碳酸酯。
聚碳酸酯的应用涉及塑料、纤维、涂料等多个领域，具有优异的物理性能和化学稳定性。
同时，聚碳酸酯的合成和应用也对环境保护和可持续发展具有积极作用。
聚碳酸酯的合成
聚碳酸酯的合成
聚碳酸酯是一种高分子材料，其合成是通过聚酯化反应完成的。
聚碳酸酯的合成通常涉及两种单体——二羧酸和二醇。
这两种单体首先在聚酯化反应中缩合成二酯，然后与二元酸反应生成聚碳酸酯。
在实验室中，聚碳酸酯通常通过原子转移自由基聚合反应或环氧化反应合成。
原子转移自由基聚合反应通过给予酯基辅助剂，将聚碳酸酯单体转化为自由基单体。
这些自由基单体之后在顺酐环状衍生物的参与下以自由基聚合的方式进行连接。
在环氧化反应中，环氧化剂首先将醇基转化为醚基。
然后，在碳酸酯与醚键的存在下，环氧化物中的氧原子与碳酸酯反应，形成聚碳酸酯。
聚碳酸酯的合成方式多样，其中分子量、分子结构和功能的不同也决定了其用途的多样性。
聚碳酸酯具有高强度、高刚度和高透明度等特性，主要应用于制造高品质塑料制品、医药器械、光学材料等领域。
PC(聚碳酸酯)主要性能说明
合性能如下：
a、机械性能：强度高、耐疲劳性、尺寸稳定、蠕变也小（高温条件下也极少有变化）；
b、耐热老化性：增强后的UL温度指数达120~140℃（户外长期老化性也很好）；
c、耐溶剂性：无应力开裂；
d、对水稳定性：高温下遇水易分解（高温高湿环境下使用需谨慎）；
e、电气性能：
1、绝缘性能：优良（潮湿、高温也能保持电性能稳定,是制造电子、电气零件的理想材料）；
2、介电系数：3.0-3.2；
3、耐电弧性：120s；
f、成型加工性：普通设备注塑或挤塑。
PC塑料的粘接
根据不同需要，可以选择以下粘合剂：
1.G-933：单组分常温固化软弹性防震粘合剂，耐高低温，不同粘度粘接速度几秒至几个小时固化完毕。
2. KD-833瞬间粘接剂，可以数秒钟或数十秒钟快速粘合PC塑料，但胶层硬脆，不耐60度以上热水浸泡。
3. QN-505，双组分胶，胶层柔软，适合PC塑料大面积粘接或复合。
但耐高温性能较差。
4.QN-906：双组分胶，耐高温。
5.G-988:单组份室温硫化胶，固化后是弹性体具有优秀的防水，防震粘合剂，耐高低温，1-2mm厚度的话，10分钟左右初固，5-6小时基本固化，有一定的强度。
完全固化的话需要至少24小时。
单组份，不需要混合，挤出后涂抹静置即可，无需加温。
6.KD-5606：UV紫外线固化胶，粘合透明PS片材及板材，可达无痕迹效果，需要用紫外线灯照射固化。
粘后效果美观。
但耐高温性能较差。
聚碳酸酯的合成及性能表征
优点
❖ (1)可以充分利用环氧乙烷装置排放的CO：资源； ❖ (2)碳酸乙烯酯作为一种低毒的多用途化学品，具、不易 贮运的特点；
LG化学公司的非光气技术
❖ 韩国LG化学工艺采用DMC和苯酚反应蒸馏生成 DPC．然后用专用催化剂在单一反应器中。使DPC 与BPA熔融缩聚并结晶。该法与其他替代方法相比， 只需少几个步骤和很少的设备。该工艺使用新催 化剂以及聚合和结晶组合工艺，估计可减少投资 费用70％。LG化学公司已经在其2 kg／h微型中型 装置中验证了新工艺，生产了无色PC．其透明度 为98％．并且与其他方法制造的PC有近似的加工 性能。
熔融酯交换缩聚法
❖ 熔融酯交换缩聚法的两种反应单体分别是双酚A 和碳酸二苯酯。碳酸二苯酯和双酚A在催化剂的 作用下,先进行酯交换反应,由于酯交换反应过程 为可逆平衡反应,在反应过程中不断除去小分子 苯酚,以使反应向酯交换反应的正反应方向进行。 在缩聚反应过程中,在高温、高真空、催化剂存 在的情况下,不断除去碳酸二苯酯,使聚合物粘度 逐渐升高,当搅拌功率达到一定值时,熔体聚合物 直接从缩聚反应器中挤压成条,经切粒机切粒后 形成聚碳酸酯树酯。
❖ 1.测量材料的光吸收谱
❖ 使用 UV-3600 紫外光谱仪，以干净的载波片作为参比，测定 了其制得的聚碳酸酯薄膜的光吸收谱。
❖ 2.折射率与膜厚的测量
❖ 测量波导的折射率和厚度使用的是 SPA-4000 棱镜耦合仪。在 TE 模式下测量了波长在632.8 nm 和1 550 nm（即通信波段） 下的折射率和膜厚。
气相氧化羰化法
❖ 该方法由拜尔公司开发成功。它是从甲醇出发， 甲醇气相氧化羰化制得DMC，DMC再与苯酚酯交换 合成DPC，DPC再与BPA熔融聚合得到PC。该方法技 术路线成熟，原料消耗定额低，投资低，吨产品 工厂成本低．但能耗较液相氧化羰化法略高。
聚碳酸酯(PC)的各种性能及其成型特性(个人总结含图表)
•聚碳酸酯（PC）的性能聚碳酸酯（PC）是一种线型碳酸聚酯，分子中碳酸基团与另一些基团交替排列，这些基团可以是芳香族，可以是脂肪族，也可以两者皆有。
双酚A型PC是最重要的工业产品。
双酚A型PC是一种无定形的工程塑料，具有良好的韧性、透明性和耐热性。
碳酸酯基团赋予韧性和耐用性，双酚A基团赋予高的耐热性。
而PC的一些主要应用至少同时要求这两种性能。
表2-30列出了通用级聚碳酸酯的性能。
表2-30 通用级聚碳酸酯的性能力学性能聚碳酸酯的缺点是耐疲劳强度较低，耐磨性较差，摩擦因数大。
聚碳酸酯制品容易产生应力开裂，内应力产生的原因主要是由于强迫取向的大分子间相互作用造成的。
如果将聚碳酸酯的弯曲试样进行挠曲并放置一定时间，当超过其极限应力时便会发生微观撕裂。
在一定应变下发生微观撕裂时间与应力之间的关系依赖于聚碳酸酯的平均相对分子质量。
如果聚碳酸酯制品在成型加工过程中因温度过高等原因发生分解老化，或者制品本身存在缺口或熔接缝，以及制品在化学气体中使用，那么，发生微观撕裂的时间将会大大缩短，其极限应力值也将大幅度下降。
热性能聚碳酸酯的耐热性较好，未填充聚碳酸酯的热变形温度大约为130℃，玻璃纤维增强后可使这个数值再增加10℃。
长期使用温度可达120℃，同时又具有优良的耐寒性，脆化温度为-100℃。
低于100℃时，在负载下的蠕变率很低。
聚碳酸酯没有明显的熔点，在220-230℃呈熔融状态。
由于其分子链刚性大，所以它的熔体粘度较高。
电性能聚碳酸酯由于极性小，玻璃化转变温度高，吸水率低，因此具有优良的电性能。
表2-31列出了通用级聚碳酸酯的电性能。
表2-31 通用级聚碳酸酯的电性能耐化学药品性能聚碳酸酯对酸性及油类介质稳定，但不耐碱，溶于氯代烃。
PC有较好的耐水解性，但长期浸入沸水中易引起水解和开裂，不能应用于重复经受高压蒸汽的制品。
PC易受某些有机溶剂的侵蚀，虽然它可以耐弱酸、脂肪烃、醇的水溶液，但可以溶解在含氯的有机溶剂中。
高分子材料聚碳酸酯
应用
汽车领域
聚碳酸酯在汽车领域中得到了广泛应用，如 前照灯罩、挡风玻璃、仪表盘等。其高透明 性和耐候性能保证了驾驶的安全性和舒适性 。此外，聚碳酸酯还具有优异的抗冲击性能 和耐化学腐蚀性能，适用于制造汽车零部件 和防护材料
应用
电子领域
聚碳酸酯在电子领域中常用于制 造电子外壳、电路板等。其良好 的电绝缘性能和耐化学腐蚀性能 保证了电子产品的安全性和稳定 性。此外，聚碳酸酯还具有良好 的加工性能和表面装饰性，适用 于制造精密零件和表面处理
程如下
合成
A
将双酚A和光 气溶解在有 机溶剂中： 形成均相溶
液
B
在催化剂的作 用下：双酚A 和光气发生缩 聚反应，生成 低分子量的聚
碳酸酯
C
通过去除溶 剂和未反应 的光气：得 到高分子量 的聚碳酸酯
树脂
2PART 2
性能
性能
1
聚碳酸酯具有优异的机械性能、光学性能和加工性能
其抗冲击强度高，尺寸稳定，具有良好的电绝缘性能
应用
航空航天领域
聚碳酸酯在航空航天领域中用于 制造结构件和防护材料。其高强 度、高耐热性和良好的抗冲击性 能满足了航空航天领域的高性能 要求。此外，聚碳酸酯还具有低 吸水性和低热膨胀系数等特点， 适用于制造精密零件和防护玻璃 等
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高分子材料聚碳酸 酯
汇报人：xxx
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1 合成 2 性能 3 应用
高分子材料聚碳酸酯
聚碳酸酯是一种重要的高分子材料，具有良好 的机械性能、光学性能和加工性能，广泛应用
于汽车、电子、航空航天等领域
下面将对聚碳酸酯的合成、性能及应用进行详 细介绍
1PART 1
合成
聚碳酸酯PC资料
<二> 聚集态结构 1. 基本特征
分子链比较 刚硬
PC很难结晶、是无定形高分 子材料
分子间有较强 的作用力
2. 超分子结构
Flory提出的无定形高聚物的 无规线团结构模型。
最长2微米
PC容易形成分子链束——原纤维结构
宽0.05微 米
微空隙
低密度区 原纤维结构
PC是有进入和未进入原纤维结构高分子组成的无 定形高分子材料。
聚碳酸酯 Polycarbonate，PC
聚碳酸酯
一、聚碳酸酯简介 二、聚碳酸酯的合成 三、聚碳酸酯的结构 四、聚碳酸酯的性能 五、聚碳酸酯的应用
一、聚碳酸的简介
聚碳酸酯是五大通用工程塑料之一，其产量和消费 量居工程塑料第一位。其综合性能优异，尤其具有突 出的抗冲击性、透明性和尺寸稳定性，优良的机械强 度和电绝缘性，较宽的使用温度范围（-60~120℃） 等，是其它通用工程塑料无法比拟的。因此自从工业 化以来，颇受人们的青睐。目前世界上聚碳酸酯产能 已达250万~280万吨，年需求量为300万吨左右，已 在国民经济各个领域，包括电子、电气、汽车、建筑、 办公机械、包装、运输器械、医疗保安、日用百货、 食品等部门内获得了普遍应用，并呈现出不断扩大的 势头。
聚碳酸酯(PC)是分子链的重复结构单元为碳酸酯 的聚合物。对于二羟基化合物线性结构的聚碳酸 酯，其通式为：
式中R代表二羟基化合物HO-R-OH的母核，随着R集 团的不同，可分为：
⑴ 脂肪族聚碳酸酯：（R为 [CH2]m）熔点低，亲 水性强，热稳定性和力学强度稍差，不能作为工 程塑料使用。
⑵ 脂肪-芳香族聚碳酸酯 ：（在脂肪族聚碳酸酯中 含有芳香环）结晶能力强，性脆，力学强度差，实 用价值不大；
三、PC的性能
聚碳酸酯PC
（三）电性能
（四）耐化学腐蚀及吸水性 （五） 耐候性
（六）光学性能
（一）物理力学性能
纯聚碳酸酯树脂是一种无定形、无味、无臭、无毒、透明 的热塑性聚合物，分子量一般在20000-70000范围内，相 对密度1.18-1.20，玻璃化转变温度140-150 ℃，熔程 220-230 ℃。 机械性能优良，尤为突出的是它的冲击强度和尺寸稳定性 ，在广阔的温度范围内仍能保持较高的机械强度； 其缺点是耐疲劳强度和耐磨性较差，较易产生应力开裂现 象。
聚碳酸酯的应用
1电子与电器领域 2. 玻璃/板材方面 3. 光学材料方面 4. 汽车方面 5. 其它方面的应用
电子与电器领域
由于PC在较宽的温度、湿度范围内具有良好而恒定的电绝 缘性，且阻燃性和尺寸稳定性良好，在电子电器领域的应 用更为广阔。最大应用是制造插接件，用于重载插头座和 墙壁插板、连接器、调制调节器外壳、终端接线柱、光纤 电缆缓冲管等。
聚碳酸酯(PC)是分子链的重复结构单元为碳酸酯 的聚合物。对于二羟基化合物线性结构的聚碳酸 酯，其通式为：
式中R代表二羟基化合物HO-R-OH的母核，随着R集 团的不同，可分为：
⑴ 脂肪族聚碳酸酯：（R为 [CH2]m）熔点低，亲 水性强，热稳定性和力学强度稍差，不能作为工 程塑料使用。
（二）热性能
具有较好的耐热性和耐寒性，可以在-100～130oC范围内使用 ；强度随温度的变化较小；线膨胀系数较小；导热性在聚合 物中居中。
（三）电性能
PC的分子极性小，Tg高，吸水性低，因此具有优良的电 绝缘性能，PC的介电常数在较宽范围内保持不变，适合做 电容器，电性能优良。
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双酚A与NaOH溶液反应,制成双酚A 钠盐。将双酚A 钠盐送入光气反应釜,通入有机溶剂二氯甲烷,在光 气反应釜中形成有机相和无机相二相,光气溶于二 氯甲烷中,双酚A和光气在有机相和无机相的界面进 行反应生成聚碳酸酯齐聚物,然后在缩聚釜中将低 分子聚碳酸酯缩聚成高分子聚碳酸酯。产物聚碳酸 酯进入有机相被溶解,副产物氯化钠溶于无机相。 有机相经洗涤、脱盐、脱溶剂、沉淀燥等工序后聚 碳酸酯成粉状,再经挤出造粒而形成聚碳酸酯树酯 。
光气化界面缩聚法是目前工业上应用 较为广泛的工艺，长期以来采用该工 艺的聚碳酸酯生产能力占绝对优势， 但由于生产中使用剧毒光气，且要循 环使用二氯甲烷溶液(使用量是产量的 15倍左右)和叔胺，同时生产过程中产 生含氯化物的大量废水，对环境造成 污染和破坏，因此目前处于限制发展 状态。
酯交换熔融缩聚法是一种间接光气法 工艺，由于产品光学性能较差，催化 剂易污染，副产品难以去除，再加上 搅拌、传热等问题的限制，难以实现 大吨位工业化生产。
优点
(1)可以充分利用环氧乙烷装置排放的CO：资源； (2)碳酸乙烯酯作为一种低毒的多用途化学品，具有许多优 良的性能，同时克服了环氧乙烷闪点低、易燃易爆、不易 贮运的特点； (3)转化率高，并避免了水作为原料带来的高能耗和杂质问 题，生成乙二醇的选择性很高，可避免生成二乙二醇和三 乙二醇(环氧乙烷水解为乙二醇的常规副产物)； (4)该技术合成碳酸二甲酯，环氧乙烷只是一个“载体”， 不消耗在碳酸二甲酯中。仅仅引入甲醇就增加了一个附加 值很高的产品，是碳酸二甲酯的理想合成路线，大大降低 了乙二醇的综合成本； (5)该技术的两步反应属于原子利用率100％的反应，是 “零排放”的清洁生产工艺，具有很好的发展前景.
熔融酯交换缩聚法
熔融酯交换缩聚法的两种反应单体分别是双酚A 和碳酸二苯酯。碳酸二苯酯和双酚A在催化剂的 作用下,先进行酯交换反应,由于酯交换反应过程 为可逆平衡反应,在反应过程中不断除去小分子 苯酚,以使反应向酯交换反应的正反应方向进行。 在缩聚反应过程中,在高温、高真空、催化剂存 在的情况下,不断除去碳酸二苯酯,使聚合物粘度 逐渐升高,当搅拌功率达到一定值时,熔体聚合物 直接从缩聚反应器中挤压成条,经切粒机切粒后 形成聚碳酸酯树酯。
二氧化碳—甲醇法 液相氧化羰化法 非光气熔融酯交换缩聚法 气相氧化羰化法 尿素一甲醇法
LG化学公司的非光气技术
二氧化碳—甲醇法
该方法由日本旭化成公司开发成功。它是以二氧 化碳(CO：)和环氧乙烷(EO)反应得到碳酸乙烯酯 (EC)，催化剂为四元氨盐(四乙基氨溴化物等)， 再与甲醇酯交换制备出C，DMC再与苯酚反应生成 DPC。DPC最后再与BPA聚合反应得到PC产品。该方 法因环氧乙烷可高选择性、高转化率地转化为乙 二醇．可用于生产聚酯或单独作为产品外卖：另 外一个优点是甲醇基本上可转化为DMC。整个工艺 过程仅消耗EO、C02和BPA，中间产品EC、DMC、甲 醇、DPC和苯酚的收率和选择性均可以达到99％以 上。
非光气熔融酯交换缩聚法
非光气法制碳酸二苯酯技术,以甲醇、一氧化碳、 氧气为原料,在催化剂的作用下,经氧化、羧化 等反应合成碳酸二甲酯;或由二氧化碳、环氧乙 合成碳酸亚乙酯,碳酸亚乙酯与甲醇反应生成碳 酸二甲酯。再由碳酸二甲酯经酯交换过程制取 碳酸二苯酯。碳酸二苯酯和双酚A 在熔融状态 下在催化剂的作用下进行酯交换反应,在反应过 程中不断除去小分子苯酚。然后在催化剂,高真 空,高温条件下进行缩聚反应,生成聚碳酸酯。
合成方法
在聚碳酸酯合成工艺的发展历程中,出现过很 多合成方法,如低温溶液缩聚法、高温溶液缩 聚法、吡啶法、部分吡啶法、光气界面缩聚 法、熔融酯交换缩聚法、固相缩聚法等等。 目前,可用于工业规模生产的则有光气(界面 缩聚)法和熔融酯交换缩聚法、非光气熔融酯 交换缩聚法3种合成工艺。
光气(界面缩聚)法
非光气法PC生产工艺是从绿色合成化学角度，先由甲醇、一氧化碳(来自气 化装置)、二氧化碳(来自环氧乙烷装置排放气)、环氧乙烷、环氧丙烷等基 本原料出发，采用非光气工艺路线合成碳酸二甲酯(DMC)，再由DMC代替 光气与苯酚进行酯交换反应生成碳酸二苯酯(DPC)，最后DPC和双酚A酯交 换生产PC。该生产过程不使用有毒物质，原子利用率高，副产物甲醇和苯 酚可以循环利用，整个PC生产过程可实现“零排放”，是典型的“绿色化 学”清洁生产工艺。
合成聚碳酸酯技术路线的比较
非光气熔融酯交换缩聚法
非光气法PC生产工艺路线图
工艺流程
酯交换法生产DMC的工艺流程是以CO、环氧乙烷或环 氧丙烷为原料，在气相条件下通过高压和催化剂作用 生产碳酸乙烯酯(EC)或碳酸丙烯酯，然后EC和甲醇进 行酯交换反应生产DMC。甲醇羰化氧化法是以CO和甲 醇为原料，通过甲醇羰化氧化法生产DMC。DMC再与苯 酚酯交换生成DPC，然后DPC在熔融状态下与双酚A进 行酯交换、缩聚制得PC产品。DMC与苯酚的酯交换反 应通常分为2步进行：第一步酯交换生成甲基苯基碳 酸酯(MPC)；第二步是MPC与苯酚进一步酯交换得到 DPC，或由MPC直接歧化得到DPC，同时生成与DPC等摩 尔的DMC。 DPC与双酚A酯交换熔融缩聚法制备聚碳酸酯，其反应 过程可分为酯交换阶段和缩聚阶段，先制成液状低分 子PC预聚体后再聚合制成高分子PC。