聚碳酸酯
甲卡西酮 / 2021-10-29
2.11聚碳酸酯
聚碳酸酯(PC)是碳酸的聚酯类，它与聚酯的特征基团比较如下:
-O-C‖O-O- 碳酸酯基 -C‖O-O- 酯基
碳酸本身并不稳定，但其衍生物(如光气、尿素、碳酸盐、碳酸酯)都有一定稳定性。
聚碳酸酯可由二元醇与光气缩聚而成。
nHO-R-OH+nC1-C‖O-C1→-HC1[ORO-CO‖O]n
按醇结构的不同，可将聚碳酸酯分成脂族和芳族两类。
脂族聚碳酸酯，如聚亚乙基碳酸酯、聚三亚甲基碳酸酯及其共聚物，熔点和玻璃化温度低，强度差，不能用作结构材料；但利用其生物相容性和生物可降解的特性，可在药物缓释放载体、手术缝合线、骨骼支撑材料等方面获得应用。
这里着重介绍芳族聚碳酸酯。科研人员曾研究过多种双酚聚碳酸酯，但已工业化的仅限于双酚A聚碳酸脂，因为其熔点高，物理机械性能好。通常如未标明是哪一-类聚碳酸酯，指的就是这一品种。
工业上应用的聚碳酸酯主要由双酚A [2,2'-双(羟苯基)丙烷]和光气来合成，其主链含有苯环和四取代的季碳原子，刚性和耐热性增加，Tm=265~270℃，Tg=149℃，可在15~130℃内保持良好的力学性能，抗冲性能和透明性特好，尺寸稳定，耐蠕变，性能优于涤纶聚酯，是重要的工程塑料。但聚碳酸酯易应力开裂，受热时易水解，加工前应充分干燥。
聚碳酸酯的制法有酯交换法和光气直接法两种，简示如下式:
nHO-CH₃-C-CH₃-OH-CO9OC6H5)₂-C6H5OH+COCI₂-HCI-［O-C-CH₃-CH₃-O-C‖-O]
(1)酯交换法
原理与生产涤纶聚酯的酯交换法相似。双酚A与碳酸二苯酯熔融缩聚，进行酯交换，在高温减压条件下不断排除苯酚，提高反应程度和分子量。
酯交换法需用催化剂，分两个阶段进行:第一阶段，温度180~ 200℃，压力270~ 400Pa，反应1~3h,转化率为80%~90%;第二阶段，290~300°C， 130Pa以下，加深反应程度。起始碳酸二苯酯应过量，经酯交换反应，排出苯酚，由苯酚排出量来调节两基团数比，控制分子量。
苯酚沸点高，从高粘熔体中脱除并不容易。与涤纶聚酯相比，聚碳酸酯的熔体粘度要高得多，例如分子量3万、300℃时的粘度达600Pa·s,对反应设备的搅拌混合和传热有着更高的要求。因此，酯交换法聚碳酸酯的分子量受到了限制，多不超出3万。
(2)光气直接法
光气属于酰氯，活性高，可以与羟基化合物直接酯化。光气法合成聚碳酸酯多采用界面缩聚技术。双酚A和氢氧化钠配成双酚钠水溶液作为水相，光气的有机溶液(如二氯甲烷) 为另一相，以胺类(如四丁基溴化铵)作催化剂，在50℃下反应。反应主要在水相一侧，反应器内的搅拌要保证有机相中的光气及时地扩散至界面，以供反应。光气直接法比酯交换法经济，所得分子量也较高。
界面缩聚是不可逆反应，并不严格要求两基团数相等，一般光气稍过量，以弥补水解损失。可加少量单官能团苯酚进行端基封锁，控制分子量。聚碳酸酯用双酚A的纯度要求高，有特定的规格，不宜含有单酚和三酚，否则，得不到高分子量的聚碳酸酯，或产生交联。
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