Policarbonati: sintesi, proprietà

I policarbonati (PC), scoperti dallo scienziato tedesco Alfred Einhorn nel 1898 sono polimeri termoplastici di policondensazione in cui il carbonio è legato a tre atomi di ossigeno e possono essere rappresentati come in figura:

policarbonati
policarbonati

e sono classificati come alifatici o aromatici a seconda della natura del gruppo R. Le caratteristiche dei policarbonati si diversificano a seconda del gruppo R e  del peso molecolare: all’aumentare del peso molecolare il polimero diventa più rigido.

Sintesi

I policarbonati possono essere ottenuti da diversi monomeri di partenza; il tipo di policarbonato più comune è sintetizzato da bisfenolo A il cui nome I.U.P.A.C. è 2,2-bis(4-idrossifenil) propano spesso indicato con l’acronimo BPA in soluzione basica e da fosgene contenuto in un solvente organico quale diclorometano.

Il bisfenolo A

bisfenolo a
bisfenolo a

è prodotto dalla condensazione del fenolo con il propanone, mentre il fosgene è prodotto dalla reazione tra monossido di carbonio e cloro. La polimerizzazione avviene all’interfaccia della soluzione acquosa e della soluzione organica in presenza di un’ammina quale catalizzatore:

polimerizzazione
polimerizzazione

Spesso, al posto del fosgene, è usato il difenil carbonato sia per evitare l’uso del fosgene, gas tossico e pericoloso, sia per aumentare la resa della reazione.

Vengono sintetizzati anche copolimeri in cui vengono usati quali monomeri di partenza bifenoli sostituiti e difenil carbonato.

Proprietà dei policarbonati

I policarbonati si presentano solidi trasparenti con un punto di rammollimento compreso tra 150 e 300 °C. Sono caratterizzati da buone proprietà meccaniche ed elettriche e sono insensibili all’azione di acqua, luce ed agenti atmosferici e degli idrocarburi. A differenza del vetro, i policarbonati, possono essere curvati a freddo.

Presentano ottime proprietà ottiche e pertanto sono preferiti ad altri polimeri per applicazioni che richiedono buona trasparenza e resistenza all’urto.  Hanno un’elevata temperatura di transizione vetrosa, che lo rende adatto per applicazioni che richiedono l’esposizione a temperature elevate, come pentole adatte al microonde e coperture per luci a LED.

Sono eccellenti isolanti elettrici, spesso utilizzati nei componenti elettrici ed elettronici per prevenire cortocircuiti e rischi elettrici. Tuttavia i policarbonati possono essere sensibili a determinati prodotti chimici, solventi e detergenti. e, in caso di presenza del bisfenolo A non sono adatti al contatto diretto con gli alimenti a causa delle preoccupazioni relative alla sua potenziale lisciviazione.

Usi

I policarbonati sono usati in molti campi come, ad esempio, sono usati nei fari delle auto, nei dispositivi di segnalazione delle automobili e per gli impianti di illuminazione stradale. Il materiale viene utilizzato in vari dispositivi medici, come incubatrici, strumenti chirurgici e macchine per dialisi, dove sono importanti trasparenza, durata  e possibilità di sterilizzazione

Sono inoltre usati nell’ottica per le lenti degli occhiali grazie alla loro tenacità e trasparenza oltre che nelle bottiglie infrangibili. Trovano applicazione nel campo dell’elettronica per i computer e i compact disc, nel campo edile per coperture e nel campo medico e, in particolare, nelle apparecchiature per dialisi.

Sono utilizzati nella produzione di caschi, indumenti protettivi e occhiali sportivi grazie alla  resistenza agli urti e alla leggerezza. In campo aerospaziale sono utilizzati nei finestrini degli aerei e nei componenti interni.  Il policarbonato inoltre, è un materiale utile per la protezione di macchinari automatizzati, offrendo facile modellatura, elevata trasparenza e resistenza agli urti.

 

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