Polycarbonat (svensk stavning polykarbonat) är en termoplast inom familjen tekniska plaster. Materialet kännetecknas av hög slagseghet, god väderbeständighet och optisk klarhet. Vi ger här en faktabaserad översikt av polycarbonat, med fokus på dess kemiska uppbyggnad, hur det uppfanns samt hur produktionen av materialet går till.
Kemisk uppbyggnad
Polycarbonat är kemiskt sett en polymer uppbyggd av långa kedjor som innehåller karbonatgrupper i ryggraden. Dessa karbonatenheter binder samman de repetitiva byggstenarna och resulterar i ett starkt, segt material som dessutom kan vara glasklart. Polycarbonat klassas som en amorf termoplast. Detta betyder att det saknar en regelbunden kristallstruktur och därför är transparent i naturfärgat tillstånd. Varje polymerkedja utgår oftast från monomeren bisfenol A som kopplats samman via karbonatbindningar (därav namnet polykarbonat).
Polykarbonatens historia
Detta material har varit känt sedan slutet av 1800-talet. Redan år 1898 experimenterade den tyske kemisten Alfred Einhorn med att framställa en tidig variant av polykarbonat. Dessa försök övergavs dock, och det dröjde till 1953 innan modern polycarbonat återupptäcktes. Då lyckades Hermann Schnell vid Bayer i Tyskland framställa det första linjära polykarbonatmaterialet, endast en vecka innan Daniel Fox vid General Electric i USA oberoende syntetiserade en liknande polymer.
Både Bayer och GE ansökte om patent på sina versioner. Patenttvisten avgjordes till Bayers fördel, och Bayer inledde kommersiell produktion av polykarbonat under varumärket Makrolon år 1958. GE lanserade sin variant under namnet Lexan år 1960. Sedan dess har materialet utvecklats till ett viktigt konstruktionsmaterial som används i många branscher.
Produktion av polycarbonat
Industriellt framställs polycarbonat huvudsakligen genom en kondensationspolymerisation där bisfenol A får reagera med fosgen (karbonylklorid, COCl_2). Denna process sker ofta i två faser: bisfenol A löses i en basisk vattenlösning medan fosgen tillsätts i en organisk fas; vid fasgränsytan reagerar ämnena och bygger upp långa polymerkedjor. Reaktionen producerar även biprodukten natriumklorid (salt) i processen.
Som alternativ metod kan polycarbonat tillverkas genom transesterifiering, där bisfenol A reagerar med difenylkarbonat istället för fosgen. Denna fosgenfria teknik undviker hantering av giftiga råvaror och används för vissa specialtillämpningar. Polycarbonat produceras i mycket stor skala globalt – omkring en miljard kilogram per år – en siffra som speglar materialets stora betydelse i modern industri.
Egenskaper och användningsområden
Polycarbonat utmärker sig genom en kombination av hög mekanisk styrka och god optisk kvalitet. Materialet är mycket slagtåligt och praktiskt taget okrossbart – det är minst tio gånger segare än konventionell akrylplast (PMMA). Det behåller sin seghet även vid låga temperaturer, samtidigt som värmetåligheten är god (materialet mjuknar först vid cirka 140 °C). Tack vare sin transparens kan materialet ersätta glas i många applikationer där man önskar lägre vikt och högre slagtålighet. Materialet är även en utmärkt elektrisk isolator. Därför används det ofta i elektriska och elektroniska komponenter.
En begränsning hos obehandlad polycarbonat är att ythårdheten är förhållandevis låg, och materialet kan repas relativt lätt. För mer krävande bruk där reptålighet krävs kan man därför använda Hard Coat Polycarbonate – en variant av polycarbonat med specialhärdad yta som markant förbättrar reptåligheten. Denna hårdbelagda variant bibehåller samtidigt basmaterialets styrka och transparens.
Tack vare sina egenskaper har polycarbonat funnit bred användning inom en rad områden. Några typiska användningsområden är:
- Skyddsglas och skottsäkra rutor – polycarbonat ersätter traditionellt glas i visir, skyddssköldar och fönster som måste tåla kraftiga stötar utan att krossas.
- Optiska media – CD, DVD och Blu-Ray-skivor formsprutas av denna plast, då materialet ger en transparent och slitstark skiva med hög måttnoggrannhet.
- Fordonsdetaljer – exempelvis strålkastarglas, instrumentpaneler och andra komponenter i fordon tillverkas i detta material för att kombinera låg vikt med hög slagseghet.
- Byggmaterial – lätta och slagtåliga takpaneler och väggskivor (till exempel i växthus) tillverkas i detta material för att ge god hållbarhet och ljustransmission.
Sammanfattningsvis är polycarbonat ett mångsidigt och hållbart plastmaterial med en kombination av egenskaper som gör det användbart i många applikationer. Behöver ni hjälp med en produkt i polycarbonat? Kontakta oss på Plastbearbetning AB – med över 25 års erfarenhet av plastbearbetning hjälper vi er att hitta rätt lösning för ert behov.