ポリカーボネート 化学特性,用途語,生産方法
解説
ポリカーボネート略称PC．ビスフェノールとホスゲンの反応では塩化水素が脱離するので，その捕集剤を共存させる必要があり，アルカリ水溶液系やピリジン系で行う方法がある．工業的には前者が採用されているようである．機械的性質，耐候性，耐熱性がすぐれ，寸法安定性がよく，難燃性，透明であるが，わずかながら吸湿性がある．メタノール，ケトン，エーテル，芳香族炭化水素などの有機溶剤に対する耐溶剤性はあまりよくない．また，ジクロロメタン，ジオキサン，クロロベンゼンなどが好溶媒である．寸法安定性のよい点を利用して，機械部品，電気部品，写真フィルムベース，光記録材料(CD)などに利用できる．
森北出版「化学辞典（第2版）
用途
ポリカーボネート樹脂）は、耐衝撃性、透明性、広い使用温度範囲、自己消火性などの優れた性質から電子、OA、機械、光学、自動車、医療、保安、スポーツなどの用途に使用されます。
1) 自動車部品
ヘッドランプレンズなどの自動車の内装、外装に使用されます。
詳しくは自動車部品をご覧下さい。
2) 電機.電子
3) 一般工業用途
4) LED部品
光拡散板など、ポリカーボネート樹脂の優れた光透過性や光拡散性を活かしてLED照明器具の部品に用いられます。
詳しくはLED照明器具部品をご覧下さい。
5) 高熱伝導性が必要な電子機器
近年高まっている熱対策の要求に応えるべく、比較的比重の小さい熱伝導樹脂を開発しました。
詳しくは高熱伝導樹脂をご覧下さい。
6) LDS(Laser Direct Structuring)アンテナ
製造
ポリカーボネート，炭酸とグリコールまたは二価フェノールとからなるポリエステルで，一般式"で表される(Rは二価の脂肪族または芳香族炭化水素基で，狭義にはビスフェノールAとホスゲンから得られるポリカーボネートをさす)．-O-CO-O-結合をもつ線状重合体は，1956年，西ドイツBayer社のH. Schnellによって合成された．代表的製法としては，エステル交換法とホスゲンによる重縮合とがあり，たとえば，ビスフェノールとジフェニルカルボナートの過剰とを180～220 ℃ に加熱し，2.7～4.0 kPa の減圧でフェノールを反応系外に除去する．必要に応じて触媒を添加する．重合度の非常に大きなものは得がたいが，逆に成形性のよいものが得られる傾向がある．
化学的特性
clear pellets
使用用途
ポリカーボネートは、耐性と加工性の高さから、非常に多くの用途に使用されています。以下に、ポリカーボネートの特徴とともに使用用途の例を挙げます。
1. 透明性
ガラスと同等の透明性をもつため、メガネのレンズやカメラのレンズ、光ファイバー、CD、DVDの基板などの光学用途や、戦闘機の窓にも使用されています。汎用エンプラの中で無色透明な素材はポリカーボネートのみです。
2. 衝撃耐性
プラスチックの中で最高の耐衝撃性を持つことから、防弾材料、ヘルメットの風防などに使用され、一般的な環境において使用する場合、割れる心配がほとんどありません。
3. 耐候性
紫外線にも強く、劣化しにくいため、屋外で使う場合にも、高い強度を長期間維持します。屋根材や太陽光パネル表面材など屋外で使用するものや、自動車のヘッドライトやルーフレール、ドアハンドルにも使用されています。
4. 寸法安定性
成形時の収縮が小さく、吸湿性が小さいため寸法安定性が高く、スマートフォンのケースなどに使われています。
使用用途
ポリカーボネート樹脂は、様々な条件に対して優れた耐性を持つことと加工性の高さから、非常に多くの用途に使用されています。以下に、ポリカーボネート樹脂の特徴とともに、使用用途の例を挙げます。
1. 透明性
その高い透明性から、メガネのレンズやカメラのレンズ、CD、DVDの基板などの光学用途に使用されます。
2. 衝撃耐性
強い耐衝撃性を持つことから、防弾材料などにも使用され、一般的な環境において使用する場合、割れる心配がほとんどありません。
3. 耐候性
紫外線にも強く、劣化しにくいため、屋外で使う場合にも、高い強度を長期間維持します。屋根材や太陽光パネル表面材など屋外で使用するものや、自動車のヘッドランプレンズやルーフレール、ドアハンドルにも使用されています。さらに、近年では、による成形手法にも対応しており、ますます使用用途が広がっています。
4. 寸法安定性
寸法安定性が高く、スマートフォンのケースなどに使われています。
特徴
ポリカーボネートは5大汎用エンプラの一つで、衝撃に強く (ポリアミドやポリブチルテレフタレートの20倍) 割れにくいのが特徴です。また、機械的強度が良いだけではなく、主鎖にベンゼン環を2つ含まれているため、自己消火性 (火をつけても燃え広がらない) があることから様々なところで使用されています。
ポリカーボネートは幅広い製法に対応している点も特徴の一つです。射出成形だけでなく押出成形や真空成形、ブロー成形など様々な成形法で成形することができます。
製造方法
ポリカーボネート樹脂の工業的な製造方法としては、界面重合法とエステル交換法の2つの方法があります。製法によって、密度が異なり、ポリカーボネートに改質剤を添加することで、さらに優れた樹脂素材にすることも可能です。
1. 界面重合法
図1. 界面重合法の反応式
ビスフェノールAの水酸化ナトリウム水溶液 と、塩化メチレンまたはクロロベンゼンとの懸濁溶液に塩化カルボニルを添加して水相と油相の界面で縮合重合反応させてポリカーボネートを製造する方法です。エステル交換法に比べて反応条件がマイルドなため、低分子量から高分子量まで幅広い分子量のポリカーボネートを製造できます。
重合後、ポリカーボネート樹脂は油相に溶解しており、分離中和精製工程、ポリマー回収工程、 乾燥工程を経て顆粒状のポリカーボネートが得られます。
2. エステル交換法
図2. エステル交換法の反応式
ビスフェノールAとジフェニルカーボネートを触媒の存在下溶融混合して、溶媒を用いることなく高温減圧下でフェノールを回収しながら重縮合を行いポリカーボネートを製造する方法です。なお、回収されたフェノールは、ジフェニルカーボネートの原料として再利用されます。得られたポリカーボネートは、溶融状態で得られペレタイジングして製品化できるため、後工程が界面重合法と比較して簡易な合成法です。
製造方法
ポリカーボネートの製造方法としては、冒頭で示した反応式による重合法 (界面重合法) と、エステル交換法という2つの方法が挙げられます。
1. 界面重合法
ビスフェノールAの水酸化ナトリウム水溶液 と、塩化メチレンまたはとの懸濁溶液に塩化カルボニルを添加して水相と油相の界面で縮合重合させてポリカーボネートを製造する方法です。エステル交換法に比べて反応条件がマイルドなため、低分子量から高分子量まで幅広い分子量のポリカーボネートを製造できます。
重合後、は油相に溶解しており、分離中和精製工程、ポリマー回収工程、 乾燥工程を経て顆粒状のポリカーボネートが得られます。
2. エステル交換法
図2. エステル交換法の反応式
ビスフェノールAとジフェニルカーボネートを触媒の存在下溶融混合して、溶媒を用いることなく高温減圧下でフェノールを回収しながら重縮合を行いポリカーボネートを製造する方法です。なお、回収されたフェノールは、ジフェニルカーボネートの原料として再利用されます。
ポリカーボネートは溶液ではなく、純品の溶融状態で得られペレタイジングして製品化できるため、後工程が界面重合法と比較して簡易な合成法です。
ポリカーボネート 上流と下流の製品情報
原材料
準備製品