Переработка поликарбоната

Министерство  образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

Владимирский  государственный университет

 

 

Кафедра ПМ

 

 

Реферат по дисциплине ТПП:

Переработка поликарбоната

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Владимир 2012

Содержание:

1. Введение………………………………………………………………………...3
2. Методы получения поликарбоната……………………………………………4
3. Переработка поликарбоната…………………………………………………...7

3.1 Переработка поликарбоната из расплава………………………………..7

3.2 Экструзия поликарбоната………………………………………………...8

3.3.1 Получение экструзионных изделий…………………………………..10

3.4 Экструзия с раздувом в форме………………………………………….12

3.5 Прессование……………………………………………………………...13

3.6 Переработка поликарбоната из раствора………………………………14

4. Переработка поликарбонатной тары: прибыль и социальная ответственность……………………………………………………………….18
5. Применение поликарбоната………………………………………………….21
6. Заключение……………………………………………………………………29
7. Список использованной литературы………………………………………...30
8. Приложение…………………………………………………………………...31 
   

Введение

Поликарбонаты являются термопластичными полимерами, поэтому их можно перерабатывать обычными методами, применяемыми в  промышленности для переработки  термопластов. Наиболее распространенными  методами переработки промышленного  поликарбоната на основе бисфенола А являются литье под давлением, экструзия и вакуумформование. Для переработки этими методами применяются полимеры с молекулярным весом 30000-35000; для получения пленок и волокон из растворов используются поликарбонаты с молекулярным весом 75000-100000.

Очень широко применяются  методы переработки поликарбонатов литьем под давлением и экструзией. Значительно менее распространен  метод получения изделий из растворов.

 

Методы получения поликарбоната

Поликарбонат получают тремя  методами.

1. Переэтерификация дифенилкарбоната бисфенолом А в вакууме в присутствии оснований (например, метилата Na) при ступенчатом повышении температуры от 150 до 300 °С и постоянном удалении из зоны реакции выделяющегося фенола.

Процесс проводят в расплаве по периодической схеме. Получаемый вязкий расплав удаляют из реактора, охлаждают и гранулируют.

Достоинство метода – отсутствие растворителя. Основные недостатки –  невысокое качество поликарбоната  вследствие наличия в нем остатков катализатора и продуктов деструкции бисфенола А, а также невозможность получения поликарбоната с молекулярной массой более 50000. Для получения качественного поликарбоната в данном процессе большое значение имеет чистота исходных продуктов.

2. Фосгенирование бисфенола А в растворе в присутствии пиридина при температуре менее 25 °С. Пиридин, служащий одновременно катализатором и акцептором выделяющегося в реакции хлористого водорода, берут в большом избытке (не менее 2 молей на 1 моль фосгена). Растворителями служат безводные хлорорганические соединения (обычно метиленхлорид). Регуляторами молекулярной массы – одноатомные фенолы.

Из полученного реакционного раствора удаляют гидрохлорид пиридина, оставшийся вязкий раствор поликарбоната  отмывают от остатков пиридина соляной  кислотой. Выделяют поликарбонат из раствора с помощью осадителя (например, ацетона) в виде тонкодисперсного белого осадка, который отфильтровывают, а затем сушат, экструдируют и гранулируют.

Достоинство метода – низкая температура процесса, протекающего в гомогенной жидкой фазе. Недостатки – использование дорогостоящего пиридина и невозможность удаления из поликарбоната примесей бисфенола А.

3. Межфазная поликонденсация  бисфенола А с фосгеном в среде водной щелочи и органического растворителя (например метиленхлорида) или смеси хлорсодержащих растворителей.

Условно процесс можно  разделить на две стадии. Первая – фосгенирование динатриевой соли бисфенола А с образованием олигомеров, содержащих реакционноспособные хлорформиатные и гидроксильные концевые группы. Вторая – поликонденсация олигомеров (катализатор – триэтиламин или четвертичные аммониевые основания) с образованием полимера. В реактор, снабженный перемешивающим устройством, загружают водный раствор смеси динатриевой соли бисфенола А и фенола, метиленхлорид и водный раствор NaOH. При непрерывном перемешивании и охлаждении (оптимальная температура 20-25 °С) вводят газообразный фосген. После достижения полной конверсии бисфенола А с образованием олигокарбоната, в котором молярное соотношение концевых групп COCl и ОН должно быть больше единицы (иначе поликонденсация не пойдет), подачу фосгена прекращают. В реактор добавляют триэтиламин и водный раствор NaOH и при перемешивании осуществляют поликонденсацию олигокарбоната до исчезновения хлорформиатных групп. Полученную реакционную массу разделяют на две фазы: водный раствор солей, отправляемый на утилизацию, и раствор поликарбоната в метиленхлориде. Последний отмывают от органических и неорганических примесей (последовательно 1-2 %-ным водным раствором NaOH, 1-2 %-ным водным раствором H3PO4 и водой), концентрируют, удаляя метиленхлорид, и выделяют поликарбонат осаждением или посредством перевода из раствора в расплав с помощью высококипящего растворителя, (например, хлорбензола).

Достоинства метода – низкая температура реакции, применение одного органического растворителя, возможность  получения поликарбоната высокой  молекулярной массы. Недостатки – большой  расход воды для промывки полимера и, следовательно, большой объем  сточных вод, применение сложных  смесителей.

 

В промышленности наибольшее распространение получил метод  межфазной поликонденсации, хотя применение фосгена вызывает большие претензии  экологов. Фосген – отравляющее  вещество, применялось в свое время  военной промышленностью некоторых  стран. В настоящее время получение  поликарбоната по нефосгенной технологии начинает вытеснять фосгенную. Пока по нефосгенной технологии нельзя получить ряд марок поликарбоната, в частности, высокомолекулярный поликарбонат и сополимеры на основе поликарбоната.

 

Переработка поликарбоната

Переработка поликарбоната из расплава

Для получения изделий  из поликарбонатов с требуемыми свойствами необходимо знать поведение полимера в процессе переработки, которое  обусловлено реологическими и термическими свойствами поликарбоната.

Основным показателем  возможности переработки любого термопластичного материала является вязкость расплава полимера в интервале  температур плавление - разложение.

Поликарбонат характеризуется  высокой термостабильностью расплава при длительном нагревании до 300 °С и выдерживает непродолжительное нагревание до 330 °С. Выше 330 °С начинается деструкция полимера, вызывающая изменение свойств и окраски готовых изделий. Поэтому переработку поликарбоната можно осуществлять в интервале температур 230-320 °С при обязательном условии, что содержание влаги в полимере не превышает 0,01 %. Вязкость расплава непосредственно зависит от параметров переработки (температуры и давления).

Вязкость расплава поликарбоната  изменяется в меньшей степени, чем  вязкость полистирола и ацетата  целлюлозы. При высоких температурах (выше 280 ^оС) расплав поликарбоната ведет себя как ньютоновская жидкость.

При 170 °С удельная теплоемкость поликарбоната составляет 15-102 Дж/(кг∙К). Теплоемкость расплава полимера является важной характеристикой при конструировании обогревателей цилиндров литьевых машин и экструдеров; однако, теплоемкость поликарбоната не превышает теплоемкости других полимеров и в 2 раза меньше, чем у полиэтилена. Особенно наглядно это видно по изменению энтальпии различных полимеров в зависимости от температуры. По этой зависимости можно определить количество тепла, необходимого для нагревания полимера от температуры окружающей среды, или от температуры загрузочной воронки до температуры переработки.

Изменение энтальпии поликарбоната  происходит так же, как для поливинилхлорида, однако количество тепла, необходимое  для достижения температуры переработки, равно количеству тепла, необходимому для достижения температуры переработки  кристаллических полимеров (около 200 °С).

Поликарбонат характеризуется  сравнительно небольшим коэффициентом теплопроводности. Это значение приблизительно такое же, как для полипропилена, но в 2 раза меньше, чем для полиэтилена низкого давления. От коэффициента теплопроводности зависит скорость передачи тепла от стенок пластицирующего цилиндра к полимеру, а также от полимера к стенке формы. Поскольку поликарбонат гигроскопичен, то, как указывалось, его необходимо перед переработкой высушивать.

Максимально допустимая температура  сушки поликарбоната равна 130 °С. Для сушки можно использовать сушилки с подвижным и неподвижным слоем, а также вакуум - сушилки. Содержание влаги в перерабатываемом поликарбонате на практике определяют приближенными методами, не требующими специального оборудования и позволяющими установить степень сушки полимера с достаточной точностью.

Экструзия поликарбоната

Экструзией из поликарбоната  изготавливают трубы, стержни, профильные изделия, листы, пленки; кроме того, экструзия применяется для смешения и транспортировки поликарбоната  в процессе переработки. Экструзия  позволяет изготовлять непрерывным  методом высококачественные изделия  с большой степенью точности. Поэтому, несмотря на довольно высокую стоимость  оборудования, этот метод получил  широкое распространение.

Из различных типов  экструдеров, применяемых для переработки  термопластов, для поликарбонатов рекомендуются  одношнековые, так как в них  легче регулировать температуру  вследствие меньшего тепла трения и, кроме того, их стоимость ниже, чем  двухшнековых. При этом применяются шнеки с тремя зонами со степенью сжатия от 1: 2,2 до 1: 3 с минимальной длиной шнека 15D (где D - диаметр шнека).

Для пластикации поликарбоната  пригодны также шнеки с короткой зоной сжатия, так называемые коротко  компрессионные.

Охлаждение шнеков не обязательно. При экструдировании поликарбоната целесообразно постепенно повышать температуру от загрузочной воронки к концу шнека. Это способствует созданию равномерного давления по всей длине экструдера. Более высокое противодавление может достигаться установкой пакета сит или клапанов, что улучшает пластикацию поликарбоната и уменьшает возможность образования пузырей.

Производительность экструдера зависит от многих факторов. Ориентировочно при средней нагрузке машины она  равна для поликарбоната 2,3 кг/ч  на 1 кВт мощности привода.

В зависимости от типа поликарбоната  и вида экструдера температура переработки  находится в интервале 240 - 300 °С. При большой частоте вращения шнека выделяется значительное количество тепла вследствие роста внутреннего трения. Это дает возможность уменьшить потребление мощности обогревателей в последних зонах цилиндра. Пространство между загрузочной воронкой и цилиндром должно иметь высокую температуру, поэтому охлаждение этой зоны не рекомендуется. Поликарбонат почти не прилипает к шнеку.

Поверхность выходящего из головки расплава должна быть гладкой  и блестящей. Матовая или шероховатая  поверхность означает, что расплав  слишком холодный. Для достижения надлежащего распределения температур рекомендуется, чтобы головка и  соединительный фланец, по мере возможности, были снабжены обогревателями. Температура  у фланца должна быть не ниже 250 °С. Перед началом работы машину следует обогревать в течение 0,5-1 ч. Вплоть до момента выхода расплава из головки полимер подается в воронку вручную небольшими порциями. При неправильно подобранных температурах или слишком слабом сжатии во избежание потерь сырья можно прекратить подачу полимера.

Получение экструзионных изделий

Комплект устройств для формования труб состоит из экструдера с головкой, калибровочного приспособления (для труб диаметром более 8 мм), режущих и тянущих приспособлений. Формование труб осуществляется при помощи головок с кольцевыми форсунками, состоящими из стержня и внешнего кольца. Стержень, образующий внутреннюю поверхность трубы, удерживается плитой с отверстиями или с ребрами, уложенными по радиусу, в зависимости от диаметра трубы. Для того чтобы после прохождения ребер снова получить монолитный расплав, в кольцевом канале должно быть создано рабочее давление. Это достигается уменьшением калибровочного сечения вплоть до формующей зоны.

В зоне формования сердечник  имеет форму цилиндра, а сечение  канала имеет постоянное значение. Длина этой зоны для поликарбоната, в зависимости от величины трубы, равна 1-1,5 D или 20-40 s (где D - диаметр трубы; s - толщина стенки трубы).

Головка должна обогреваться позонно (не менее трех зон) нагревателями с независимой регулировкой температуры. Существенно, чтобы обогрев был равномерным во всех зонах, так как иначе расплав по сечению будет неоднородным.

Для труб диаметром менее 8 мм калибрование не является необходимым. Труба охлаждается во время прохождения  через охлаждающее кольцо, в которое  подается сжатый воздух. При этом предпочтительна  большая скорость оттяжки. Слишком  быстрое охлаждение трубы в водяной  ванне для поликарбонатов не целесообразно.