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聚碳酸酯中的贵族—共聚PC介绍

大家都知道PC属于常见的工程塑料,但是普通的聚碳酸酯,抗冲击性能差,耐化学性差,在很多领域都无法应用。通常采用的办法是,对普通PC进行改性,比如PC/ABS、PC/PBT合金,但是有时候会损失透明性,或者刚性。PC共聚有多种类型,今天这里就介绍两种商业化常用的两种。



PC材料的发展趋势

(一)含硅共聚聚碳酸酯及代表厂商

1969年GE公司首先开发聚硅氧烷(PDMS )共聚聚碳酸酯。聚硅氧烷分子中存在大量的硅氧键,主链柔性好,有良好的热稳定性、阻燃性,对氧气和氮气有选择透过性。

1:含硅共聚PC机理

常规PC与含硅PC合成单体都含有双酚A、光气,但含硅PC还与聚二甲基硅氧烷共聚而成。

我们都知道,聚碳酸酯中拥有庞大苯环的刚硬基团,限制了分子链段的内旋,并且强极性基团-COO(酯基),提供了较大的分子间力,使分子链互相束缚,进一步削弱了分子链的柔性。因此,聚合物的玻璃化温度和熔融温度较高,熔体粘度高,分子链在外力作用下不易滑移。并且,由于分子链中含有-COO(酯基),在有酸或有碱存在的条件下,酯能发生水解反应生成相应的酸或醇。所以,常规PC耐水解稳定性不高,对缺口敏感,耐划痕性较差,长期暴露于紫外线中黄变效果明显,并且PC容易受某些有机溶剂的浸浊。
           图1 常规PC的合成机理
            图2 常规PC的分子链

2:引入有机硅基团的优点

1)增加柔性

引入有机硅基团,增加了结构单元的长度,降低了庞大苯环的刚性,增加了分子链的柔顺性,因此,提高了PC材料的流动性。

2)改善耐水解性

要理解为何能改善耐水解性,有机硅氧烷“-Si-0-Si-”是一种疏水基团,并且有机硅化合物与无机硅酸盐材料之间有较强的化学亲和力,利用这个性能,可以有效的改变材料表面的特性,使之达到憎水效果。因此,在聚碳酸酯中接上有机硅氧烷结构,利用其独有的性能,从而使聚碳酸酯的耐水解性得到大大提高。

3)改善耐高低温、阻燃、耐腐蚀等性能

由于有机硅独特的结构,兼备了无机材料与有机材料的性能,具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质,并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性。

因此在PC中接入有机硅,从而使PC的耐高低温性能提高,从而在-30℃~-40℃时,依然能保持常温下的力学性能;并且有机硅的耐氧化稳定性、耐候性特点,使PC的耐氧化性能提高;耐黄变性增强。

                                 

图3 含硅PC的合成机理

           图4 硅共聚PC的分子链


3:硅共聚聚碳酸酯主要的代表厂商——SABIC

SABIC的共聚PC树脂为例,有低温抗冲,高韧性高流动,优异耐候性,阻燃低烟无毒,薄壁透明阻燃,高耐热,高耐热高透明易成型等类型。


图:SABIC的共聚PC树脂主要类型



图:SABIC共聚PC在各行业的应用案例


近期比较火的应用,就是在医疗器械的外壳上的应用。这种新型Elcres CRX材料属于SABIC的LNP特种化合物产品线。据其新闻稿称,这种PC共聚物旨在防止经常用强力消毒剂清洗的医疗器械出现应力断裂。



PC共聚物由于良好的耐化学性,被用于经常消毒,高温灭菌的医疗器械外壳


(二)生物基聚碳酸酯(PC)树脂及代表性厂商


日本三菱化学公司开发的一种生物基聚碳酸酯(PC)树脂。其开发的这种透明生物工程塑料DURABIO的共聚单体为异山梨醇,而非传统的双酚A。 
       


DURABIO不能生物降解,适用于一系列工程应用。与传统的PC树脂相比,DURABIO的主要优点为高透明性、优异的光学性能及高耐磨性。其优异的光学性能得益于原料异山梨醇。异山梨醇从葡萄糖中萃取而得,是一种应用广泛的生物原料。


             
三菱化学称,DURABIO的光学性能和抗冲击性优于传统的PC树脂,与双酚A不同,异山梨醇是脂肪族化合物。除了高透明性和光学均匀性外,该PC树脂只有暴露在光下,才会轻微变黄;高透明性使其易于着色,即使是较深的色调和金属效果漆。


三菱化学共聚PC的应用


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