POLICARBONATOS

historia

    En el año 1898 el químico A. Einhorn de Munich describe productos de condensación de disfenoles con fosgeno, a los que denominó "policarbonatos", es decir, poliésteres del ácido carbónico. La pureza Y el peso molecular obtenidos fueron bajos, lo cual explica que pasaran cincuenta años sin que nadie se fijara en ellos En el año 1953 el químico H. Schnell de Uerdingen obtuvo por policondensación de bisfenol A con fosgeno un policarbonato de Peso molecular elevado.

En 1956 se inició ya la producción a escala industrial por parte de Bayer AG Independientemente de Bayer, la empresa americana General Electric Co, consiguió en los mismos años fabricar policarbonato por un proceso especial, en disolución.

Unidad de repetición característica

  El policarbonato toma su nombre de los grupos carbonato en su cadena principal. Son poliésteres del ácido carbónico inestable Fórmula general

Síntesis de PC

1.

2.

Policondensación en estado fundido Policondensación en superficies de contacto (superficies limites entre fases)

1.

La policondensación en fusión consiste en la reacción del bisfenol A con carbonato de difenilo ("transesterificación"), en atmósfera de gas inerte (nitrógeno, con presión negativa) y exclusión de oxígeno, a temperaturas entre 180 y 300°C, resultando de ello el policarbonato. En presencia de catalizadores alcalinos, los productos de partida reaccionan entre 180 y 220°C, con un rendimiento del 80 - 90 %. La polimerización se prosigue con presión negativa y 150 - 200°C, hasta completarse la policondensación.

  El fenol desprendido en esta transesterificación se elimina con presión negativa (vacío) de la más completa posible del seno de la masa reaccionante. Los pesos moleculares así fabricados se limitan a 30000, debido a que la viscosidad de la masa reaccionante es muy elevada cuando se alcanzan estos valores. El policarbonato viscoso obtenido se saca del reactor por presión a través de una boquilla se enfría y se granula.

2. Policondensación en superficies de contacto se elabora a partir de bisfenol A y fosgeno. Esto comienza con la reacción del bisfenol A con hidróxido de sodio para dar la sal sódica del bisfenol A.

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Agregando un disolvente orgánico insoluble en agua (por ejemplo cloruro de metileno) se produce una reacción rápida de policondensación entre el fosgeno gas, que se introduce por borboteo y la sal sódica anterior.

La reacción tiene lugar en la superficie límite entre fase acuosa y fase disolvente, a temperatura ambiente.

Se acelera con catalizadores, por ejemplo piridina.

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El policarbonato se disuelve en el disolvente, se separa de la fase acuosa y se libera del cloruro sódico por lavado posterior con agua. Los policarbonatos fabricados por este proceso tienen pesos moleculares próximos inferiores a 200 000. No obstante a partir de 60000 ya no se pueden transformar como termoplásticos. Las soluciones de PC resultantes de este proceso, pueden convertirse en polvo después de precipitación (con metanol), o bien granulado después de evaporar el disolvente Es un termoplástico fundamentalmente amorfo, sin ramificar.

Propiedades

  El PC posee una resistencia mecánica y dureza entre media y alta; gran rigidez y excelente resistencia al impacto. La resistencia dinámica se mejora con fibras de vidrio. Las superficies son susceptibles de pulido.

Las temperaturas de uso continuo del PC se sitúan entre -100 (tipos modificados al impacto) Y +135 °C (con fibras de vidrio, incluso hasta +145 °C). El PC posee dilatación térmica media, que se reduce considerablemente con fibras de vidrio.

   Los policarbonatos (de bisfenol A) reblandecen hacia los 200 ºC si sus moléculas no se encuentran orientadas; los que son más cristalinos funden hacia los 265 ºC.

su temperatura de transición vítrea es de unos 150 ºC Como los grupos bencénicos están directamente en la cadena principal la molécula es muy rígida, haciendo que el Policarbonato tenga una estructura amorfa, una baja contracción en el moldeamiento (tanto transversal como paralela al flujo)

      sus grupos Fenileno, Isopropilideno y Carbonato, posee movilidad suficiente para disipar energía de impacto en la temperatura ambiente.

Conservan sus propiedades entre –100 ºC y +120 ºC; pueden formar películas orientables, cristalizables por estirado; son buenos aislantes. Es completamente transparente, con una ligera tonalidad amarillenta, pero se tiñe sin problemas Es un producto reciclable.

Poseen buenas características dieléctricas Es esterilizable, autoextinguible y no gotea al arder .

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Propiedades químicas

Polímero levemente polar Los grupos Carbonatos son extremadamente sensibles a la hidrólisis y como están en la cadena principal, pueden provocar degradación en las propiedades del termoplástico Piezas en contacto permanente con agua, moldeadas en Policarbonato, tienen su vida útil reducida, cuando la temperatura de trabajo supera 60ºC. Tiende a agrietarse por esfuerzo en presencia de gasolina

ácidos No causan efectos en condiciones de temperatura y concentración normales. Alcohol y álcalis Detergentes y agentes de limpieza Hidrocarbonatos Halogenados y cetonas Generalmente no causan problemas a bajas concentraciones y temperatura ambiente. Altas temperaturas y concentraciones resultan perjudiciales para el material Soluciones de jabón neutro son compatibles, materiales fuertemente alcalinos deben ser evitados Son solventes. Evitar

transformación

   Tratamiento previo: secar el granulado húmedo. Inyección y extrusión: se requieren presiones elevadas.

Termoconformado: solo con planchas y láminas perfectamente secas, de lo contrario se forman burbujas

   Mecanizado: sin problemas, ligera tendencia a lubricarse, enfriamiento por aire o agua, no utilizar emulsiones de aceite.

Soldadura: conviene secar antes a las piezas. Después de soldar con gas caliente, hay que recocer.

Recocido: de piezas inyectadas y semifabricadas para relajar tensiones en estufa de aire o baño de aceite.

Policarbonatos modificados

  Copolímero de condensación con tetrametilbisfenol A (MPC), presenta mejor resistencia a la deformación por calor, a las corrientes parasitas y a la hidrólisis Copolímeros de condensación con tiodifenol: presentan índices de refracción altos, y se destinan a lentes de óptica .

Mezclas de polímeros

 PC+ABS: la ventaja sustancial reside en el precio, la resistencia al impacto a bajas temperaturas del PC  Reforzados con fibra de vidrio: mejora las propiedades mecánicas  PC modificado con caucho: mejora la resistencia a la tensofisuración.

 PC/PET: reacciones de transesterificación que conducen a la formación de copolímeros. La reacción principal ocurre entre los grupos ésteres de la cadena del PET y los grupos carbonatos del PC, formando un segmento rígido típico de los Poliarilatos (Par). Esta reacción tiene un efecto autocatalítico debido a que el grupo etilén carbonato formado es inestable y conduce a otra reacción que genera productos volátiles como CO favorece la reacción.

2 . Una temperatura de procesamiento de 270 °C

 Este mecanismo de reacción permite la formación de tres copolímeros diferentes (I, II y III). Además de esta reacción principal, ocurren otras reacciones secundarias. La formación de Dietilén Carbonato (DEC) forma parte de las reacciones secundarias. Son formados vía transesterificación de los grupos etilén carbonato (EC) por dos vías: - por la reacción de estos grupos entre sí -por la reacción de los grupos ésteres de la cadena del PET con el carbonillo del grupo EC del copolímero PC/PET, que se ha formado en la reacción principal de transesterificación,

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Si no hay transesterificación, estas mezclas muestran inmiscibilidad (dos transiciones vítreas).

La miscibilidad total o parcial sólo se alcanza al promover la transesterificación.

La reacción de intercambio que preferencialmente ocurre en el estado fundido es la transesterificación directa entre los grupos éster (-COO-) de la cadena del PET y grupos carbonato (-OCOO-) de la cadena del PC bajo condiciones de no equilibrio químico.

Altas temperaturas de mezclado (> 280 °C) o largos períodos de procesamiento.

El producto directo de la transesterificación entre el PC y el PET es un copolímero que presenta una alta irregularidad estructural.

   PC/PET es eficaz donde está necesaria la resistencia al impacto y química, y donde está necesario el impacto a baja temperatura, requiriendo un modo de fallo dúctil (roturas que no rompen). Los usos tales como topes y moldeados del cuerpo en los automóviles así como el equipo del césped y del jardín, donde la dureza y la resistencia a tensionar al agrietarse de los combustibles y lubricantes se requiere son buenas aplicaciones para PC/PET. Las piezas hechas con PC/PET son generalmente secciones gruesas, pues el material no fluye bastante bien para el diseño fino de la pared. La contracción varía dependiendo en el contenido relativo del PET.

La mezcla al 50% es resistente a la gasolina.

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Usos:

Electrotecnia: carretes de bobina, fusibles, tapas de acumulador, CDS.

Óptica: partes de microscopio, cámaras fotográficas, Luminarias: colectores de luz, carcasas de semáforos, cristales para maquina de tren, tractores, excavadoras, tapas de lámparas, postes para farolas, acristalamiento antirrobo.

Maquinarias, mecánica fina: mirillas, aspas de ventilador, aparatos médicos Electrodomésticos: biberones, encendedores, maquinas de café, secadores de pelo.

Diversos: viseras, cascos de motociclistas, gafas de protección, escudos de protección para policía, tapas irrompibles para luminarias, inyectables

polialilcarbonatos

 Estos grupos alílicos contienen enlaces dobles carbono-carbono. Esto significa que pueden polimerizar por una polimerización vinílica por radicales libres . Obviamente, hay dos grupos alílicos en cada monómero. Esos grupos se convertirán en parte de distintas cadenas poliméricas. De esta forma, todas las cadenas se unirán unas con otras para formar un material entrecruzado

los grupos que contienen carbonato (mostrados en azul) forman los entrucruzamientos entre las cadenas poliméricas (mostradas en rojo).

Características:

  Es un termorrígido. no funde y no puede moldearse nuevamente. Se utilizan para hacer objetos realmente fuertes y resistentes al calor.

Se utiliza en la fabricación de cristales para anteojos, ya que no se romperá fácilmente como el cristal.

FIN