工業(yè)上應(yīng)用的聚碳酸酯主要由雙酚A和光氣來合成,其主鏈含有苯環(huán)和四取代的季碳原子,剛性和耐熱性增加,Tm=265-270℃,Tg=149℃,可在15-130℃內(nèi)保持良好地力學(xué)性能,抗沖性能和透明性特好,尺寸穩(wěn)定,耐蠕變,性能優(yōu)于滌綸聚酯,是重要的工程塑料。但聚碳酸酯易應(yīng)力開裂,受熱時(shí)易水解,加工前應(yīng)充分干燥。
聚碳酸酯的制法有酯交換法和光氣直接法。
酯交換法:
原理與生產(chǎn)滌綸聚酯的酯交換法相似。雙酚A與碳酸二苯酯熔融縮聚,進(jìn)行酯交換,在高溫減壓條件下不斷排除苯酚,提高反應(yīng)程度和分子量。
酯交換法需用催化劑,分兩個(gè)階段進(jìn)行:第一階段,溫度180-200℃,壓力270-400Pa,反應(yīng)1-3h,轉(zhuǎn)化率為80%-90%;第二階段,290-300℃,130Pa以下,加深反應(yīng)程度。起始碳酸二苯酯應(yīng)過量,經(jīng)酯交換反應(yīng),排出苯酚,由苯酚排出量來調(diào)節(jié)兩基團(tuán)數(shù)比,控制分子量。
苯酚沸點(diǎn)高,從高粘熔體中脫除并不容易。與滌綸聚酯相比,聚碳酸酯的熔體粘度要高得多,例如分子量3萬,300℃時(shí)的粘度達(dá)600Pa·s,對(duì)反應(yīng)設(shè)備的攪拌混合和傳熱有著更高的要求。因此,酯交換法聚碳酸酯的分子量受到了限制,多不超出3萬。
光氣直接法:
光氣屬于酰氯,活性高,可以與羥基化合物直接酯化。光氣法合成聚碳酸酯多采用界面縮聚技術(shù)。雙酚A和氫氧化鈉配成雙酚鈉水溶液作為水相,光氣的有機(jī)溶液(如二氯甲烷)為另一相,以胺類(如四丁基溴化銨)作催化劑,在50℃下反應(yīng)。反應(yīng)主要在水相一側(cè),反應(yīng)器內(nèi)的攪拌要保證有機(jī)相中的光氣及時(shí)地?cái)U(kuò)散至界面,以供反應(yīng)。光氣直接法比酯交換法經(jīng)濟(jì),所得分子量也較高。
界面縮聚是不可逆反應(yīng),并不嚴(yán)格要求兩基團(tuán)數(shù)相等,一般光氣稍過量,以彌補(bǔ)水解損失。可加少量單官能團(tuán)苯酚進(jìn)行端基封鎖,控制分子量。聚碳酸酯用雙酚A的純度要求高,有特定的規(guī)格,不宜含有單酚和三酚,否則,得不到高分子量的聚碳酸酯,或產(chǎn)生交聯(lián)。