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    《聚碳酸酯材料班》PPT课件.ppt

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    《聚碳酸酯材料班》PPT课件.ppt

    聚碳酸酯,成员:丁志敏 沈优 刘宏生 卞丹飞,聚碳酸酯,聚碳酸酯的定义 聚碳酸酯的聚合(重点)聚碳酸酯的结构(重点)聚碳酸酯的性能(重点)聚碳酸酯的改性与应用,聚碳酸酯的定义,定义 分子主链中含有碳酸酯基的聚合物统称为聚碳酸酯,可看作二羟基化合物与碳酸的缩聚产物。英文为Polycarbonate,缩写PC。是用量第二大的工程塑料。,R代表二羟基化合物的主体部分,R可以属于脂肪族、脂环族、芳香族或脂肪-芳香族。迄今最普遍的是双酚A型聚碳酸酯。,双酚A的结构,双酚A型聚碳酸酯,光气法,溶液光气法,界面缩聚光气法,工艺经济性较差,且存在环保问题,缺乏竞争力,在PC生产工艺中占绝对优势,目前世界上约有90%的PC生产采用该工艺。,PC的聚合 由于碳酸不能稳定存在,所以不能通过二羟基和碳酸直接缩聚。光气法是常用的聚合方法之一,溶液光气法的工艺路线为:光气+双酚A(BPA)PC。以光气和双酚A为原料,在碱性水溶液和二氯甲烷(或二氯乙烷)溶剂中进行界面缩聚,得到的PC胶液经洗涤、沉淀、干燥、挤出造粒等工序制得PC产品。,溶液光气法,界面缩聚光气法,界面缩聚光气法是目前工业上应用较为广泛的工艺,其与溶液光气法的主要不同在于:双酚A首先与氢氧化钠溶液反应生成双酚A钠盐,后加入二氯甲烷,通入光气,使物料在界面上聚合,生成低分子量PC,然后经缩聚分离得到高分子量PC产品。,4,4-二羟基-2,2-二苯酚基丙烷,可得分子量为1.52.0105的PC,1.界面缩聚光气法:目前约90的PC用该法合成。,酯交换熔融缩聚法的工艺路线分为两步:光气+苯酚DPC;DPC+BPAPC,简称酯交换法,又称本体聚合法,也是一种间接光气法工艺。苯酚经光气法反应生成碳酸二苯酯(DPC),然后在高温、高真空和微量卤化锂或氢氧化锂等催化剂和添加剂存在下与双酚A进行酯交换反应生成低聚物,再进一步缩聚制得PC产品。该工艺流程短,无溶剂,全封闭,无污染,生产成本略低于光气法,但产品光学性能较差,催化剂易污染,副产品难以去除,加工困难,应用范围有限,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。,2.酯交换法(熔融缩聚法),非光气酯交换熔融缩聚法全非光法,非光气酯交换熔融缩聚法因工艺过程中彻底不使用光气,是在酯交换法生产工艺的基础上开发成功,属绿色环保工艺路线,又称全非光法。其生产工艺也分为两步:酯交换法合成DPC:苯酚+DMCDPC;DPC+BPAPC。首先,以碳酸丙烯酯与甲醇酯交换生产碳酸二甲酯(DMC);其次,苯酚和 DMC反应首先生成甲基苯基碳酸酯(MPC),然后MPC和苯酚进一步反应生成DPC,同时MPC发生歧化反应也生成DPC。得到非光法DPC后,在熔融状态下与双酚A进行酯交换、缩聚制得PC产品。,该法与光气法及酯交换法相比,有以下优点:不使用剧毒的光气和溶剂二氯甲烷,无脱溶剂和水洗脱盐工序,流程简单,大大降低了对环境的污染;产品质量高,聚碳透明度可达98%,达到光学级聚碳酸酯性能指标,可用来制造光盘类光电子产品;副产品甲醇和苯酚可循环使用,降低原料成本。,聚碳酸酯的结构,链结构,总体来讲,双酚A型的聚碳酸酯是刚性较强的分子链。Tg150oC。,聚集态结构1.基本特征,分子链比较刚硬,分子间有较强的作用力,2.超分子结构,PC容易形成分子链束原纤维结构,Flory提出的无定形高聚物的无规线团结构模型。,PC的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。由原纤混乱交错形成的疏松三维网络结构是整个材料的增强骨架。其间存在较多的微空隙。,聚碳酸酯的性能,基本特征 聚碳酸酯是一种无定形、无味、无臭无毒、透明的热塑性塑料。聚碳酸酯为透明的硬而韧的颗粒。可见光透光率接近90%。密度为-3。,力学性能,软质PVC,硬质PVC,PS,PA,PTFE,PC,聚碳酸酯是硬而韧的高聚物:其抗拉、抗弯、抗压强度和硬度较高。PC是热塑性塑料中抗冲击强度最好的塑料。,为什么PC会具有高抗冲击性能?,无缺口冲击强度,PC的原纤维增强骨架间存在着大量的微孔隙,热性能具有较好的耐热性和耐寒性,可以在-100130oC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。,电性能PC是弱极性的高分子材料,电性能不如聚烯烃类,但仍有较好的电绝缘性。PC吸水率小、Tg高,在很宽的温度范围和潮湿的条件下可保持良好的电性能。PC的介电常数在教宽范围内保持不变,适合做电容器。PC的电性能优良。,耐化学药品性PC的耐化学药品性一般;常温下耐水、脂肪烃类、油类、醇类;酮类、芳香烃类、酯类可使之溶胀;极性有机溶剂可以溶解PC;PC在与一些溶剂接触时会产生应力开裂;在高温下,PC容易水解,耐沸水性不好。不耐碱,稀氢氧化钠、稀氨水可使之水解。,耐候性PC分子主链上无仲、叔碳原子,抗氧化性强,无双键、具有良好的耐臭氧性;在较干燥条件下,具有优异的耐候性;但在潮湿环境下,容易气候老化;PC对紫外光有很强的吸收作用。,加工性能PC分子链刚性大,熔体黏度高;PC的熔体更接近牛顿流体,提高温度比增大压力更能降低熔体黏度;PC虽然吸湿性很小,但因为容易高温水解,即使微量的水分也要在加工前尽量去除(含水率要0.02);光气法PC的分子量较高且分布宽;而酯交换法PC的分子量较低且分布窄,加工特性不同。PC的分子链刚硬,成型冷却后易残余很大的内应力。,降低内应力的方法:提高熔体温度、提高模具温度、制品成型后热处理。PC是无定形聚合物,其制品的尺寸稳定性较好。PC与金属的黏附性很强,生产结束后应趁热清理料筒。,聚碳酸酯的改性与应用,改性PC的缺点:制品残余内应力大、不耐溶剂、高温易水解;不耐磨损。1.纤维增强PC:玻璃纤维、碳纤维等拉伸强度、弯曲强度、耐热性、耐应力开裂性可明显提高、减少吸湿性和膨胀系数;抗冲击性和加工性会降低。,2.PC合金PC/PE合金:PE含量不超过10;提高加工流动、耐应力开裂、耐沸水性、电绝缘性、冲击强度提高,但耐热性会降低。PC/ABS合金:ABS含量不超过30,提高加工流动性,但力学性能和耐热性下降。,应用,耐热性,透明,抗冲击,电绝缘性,谢谢,PC会发生应力开裂的原因,PC微观结构导致PC内应力开裂 PC材料容易内应力开裂是它本身分子结构决定,那就是聚碳酸酯分子结构中有苯环,所以取向比较困难,在成型后,被取向的链节有恢复自然状态的趋势,但是由于分子链节已被冻结和分子链之间作用力,从而可能造成制品存在应力,这就是大家常说的应力开裂现象,尤其是回收的PC,由于回收PC的相对分子质量下降,相对分子质量分布变宽,少量存在的水分、颜料、杂质、溶剂等极易引发开裂现象。,聚碳酸酯内部存在很多力,而其中比较重要是“抗开裂力”,这个力的大小决定于PC分子链的长短,链与链之间缠结数目,分子链与分子链之间的作用力,简单说的PC料子好一点,抗开裂能力就好一点。当抗开裂力平衡于内应力时,产品不会出现开裂现象当抗开裂力小于内应力时,就会出现开裂现象。,酯交换法(熔融缩聚法),分子量为2.55104的PC。不使用溶剂、也不使用有毒的光气、聚合反应过程比较环保。是目前PC合成的一个发展方向。,

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