El
policarbonato
es un grupo de
termoplasticos
, facil de trabajar, moldear y
termoformar
, utilizado ampliamente en la manufactura moderna. El nombre policarbonato, indica que se trata de un
polimero
que presenta grupos funcionales unidos por grupos de carbonato en una larga cadena. El policarbonato es un material de propiedades sinteticas.
El
monoxido de carbono
ha sido usado para sintetizar carbonatos a escala industrial y producir carbonato, que luego se
esterifica
con un derivado de fenolico para obtener carbonatos poliaromaticos.
Los policarbonatos se pueden clasificar, de acuerdo a la sintesis del grupo carbonato, en
carbonatos poliaromaticos
y
carbonatos poli alifaticos
. Estos ultimos son producto de la reaccion del
dioxido de carbono
con
epoxidos
. Teniendo en cuenta la estabilidad termodinamica del dioxido de carbono, se requiere usar
catalizadores
.
Historia
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Los policarbonatos fueron desarrollados en la decada de 1950 como resultado de las investigaciones que se estaban haciendo en la rama de los poliesteres.
En 1955, el quimico estadounidense D.W. Fox descubrio una masa transparente que se habia formado en una de sus botellas de almacenamiento. Lo que no sabia Fox, era que H. Schnell (en
Bayer
) ya habia descubierto el mismo plastico dos anos antes.
Se trata de un plastico
amorfo
y transparente, con una temperatura admisible de trabajo de hasta 135 °C, y muy buenas propiedades mecanicas y de tenacidad, buena resistencia quimica (salvo a los
alcalis
) y buena estabilidad dimensional.
La produccion industrial se inicio en 1958. Independientemente de los avances alemanes por parte de H. Schnell,
General Electric
(EE.UU) tambien tuvo exito en la fabricacion de este nuevo material, conocido con el nombre de policarbonato.
Posteriormente, se ha desarrollado la gama del policarbonato celular o alveolar para su uso en construccion principalmente en techos que requiere el ingreso de iluminacion pero con un alto desempeno como aislante termico. Debido a sus caracteristicas termicas, es un producto que ha tomado gran popularidad en paises de clima tropical y calido como Brasil en Suramerica y Costa Rica en America Central.
Propiedades
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Propiedades electricas
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- Constante dielectrica
a 1 MHz 2,9
- Factor de Disipacion a 1 MHz 0,01
- Resistencia Dielectrica 15 - 67 kV/mm
- Resistividad Superficial 10
15
Ω·m
- Resistividad de Volumen 10
14
- 10
16
Ω/cm³
Propiedades mecanicas
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- Alargamiento a la Rotura: 100-150%
- Coeficiente de Friccion: 0,31%
- Dureza - Rockwell: M70
- Modulo de Traccion: 2,3 - 2,4 GPa
- Relacion de Poisson
: 0,37
- Resistencia a la Abrasion - ASTM D1044: 10-15 mg/1000 ciclos
- Resistencia a la Compresion: >80 MPa
- Resistencia a la Traccion: 55-75 MPa
- Resistencia al Impacto Izod: 600-850 J/m
- Tension de Fluencia / Limite Elastico: 65 MPa
- Se raya muy facilmente y no tiene facil reparacion a diferencia del metacrilato.
Propiedades fisicas
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- Absorcion de agua - equilibrio: 0,35 %
- Absorcion de agua - en 24 horas: 0,1 %
- Densidad: 1,20 g/cm³
- Indice de refraccion: 1,584 - 1,586
- Indice de Oxigeno Limite: 5 - 27 %
- Inflamabilidad: V0-V2
- Numero Abbe: 32,0 o
- Resistencia a los
rayos ultra-violetas
muy reducida.
Propiedades termicas
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- Calor Especifico: aprox. 1200
J
/(
K
· kg)
- Coeficiente de Expansion Termica: 65×10
?6
- 70×10
?6
K
-1
- Conductividad Termica a 23 °C: 0,19-0,22
W
/(m·K)
- Temperatura Maxima de Utilizacion: 115 - 130 °C
- Temperatura Minima de Utilizacion: -135 °C
- Temperatura de deflexion en Caliente - 0,45 MPa: 140 °C
- Temperatura de deflexion en Caliente - 1,8 MPa: 128 - 138 °C
Propiedades opticas
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Transmision luminosa total de luz (3 9
mm): 86%, ISO 48
Texto en negrita''
Texto en negrita''
Propiedades acusticas
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Aislamiento acustico (1mm): 24 dB
Ventajas
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]
- Resistencia al impacto extremadamente elevada.
- Gran transparencia.
- Resistencia y rigidez elevadas.
- Elevada resistencia a la deformacion termica.
- Elevada estabilidad dimensional, es decir, elevada resistencia a la fluencia.
- Buenas propiedades de aislamiento electrico.
Desventajas
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]
- Resistencia media a sustancias quimicas.
- Sensibilidad al entallado y susceptibilidad a fisuras por esfuerzos.
- Sensibilidad a la hidrolisis.
- Poca resistencia a los rayos ultravioleta
Sintesis
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La base de policarbonato, mas conocido como un plastico de ingenieria, es el bisfenol. Este produce mediante la reaccion de
bisfenol A
(BPA) y
fosgeno
. La reaccion global se puede escribir como sigue:
El primer paso de la sintesis implica el tratamiento de bisfenol A con
hidroxido de sodio
, que desprotona los grupos hidroxilo (-OH) de los bisfenol A.
[
2
]
- (HOC
6
H
4
)
2
CMe
2
+ 2 NaOH → (NaOC
6
H
4
)
2
CMe
2
+ 2 H
2
O
El difenoxido ((NaOC
6
H
4
)
2
CMe
2
) reacciona con fosgeno para dar un
cloroformiato
, que posteriormente es atacado por otro fenoxido. La reaccion neta del difenoxido es:
- (NaOC
6
H
4
)
2
CMe
2
+ COCl
2
→ 1/n [OC(OC
6
H
4
)
2
CMe
2
]
n
+ 2 NaCl
De esta manera, aproximadamente mil millones de kilogramos de policarbonato se producen anualmente. Muchos otros dioles se han probado en lugar de bisfenol A; por ejemplo, El 1,1-bis (4-hidroxifenil)ciclohexano y la
dihidroxibenzofenona
. El ciclohexano se usa como un monomero para reprimir la tendencia de cristalizacion del producto derivado del BPA. El tetrabromobisfenol A se utiliza para mejorar la resistencia al fuego.
[
2
]
Produccion
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El policarbonato se produce de distintas formas.
1. En forma de plancha. Encontramos una subdivision:
- Compacto: es aquel utilizado en la construccion, tiene el deseo de obtener una gran transparencia en las superficies ya sean verticales como horizontales o hasta curvas. Tienen una gran elasticidad el cual nos permite conseguir una forma determinada. Este policarbonato es obtenido en forma de color gris, color castano y a su vez transparente.
- Celular o Alveolar: es usado cuando la superficie no tiene que ser transparente obligatoriamente, es decir, que puede ser translucida, es mucho mas economico que el policarbonato compacto.
2. En forma de peliculas: se utiliza para recubrir productos fabricados normalmente con otros plasticos.
Aplicaciones
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CD hecho de policarbonato.
El policarbonato empieza a ser muy comun, tanto en los hogares como en la industria o en la arquitectura, por sus tres principales cualidades: gran resistencia a los impactos, a la temperatura (125 °C), asi como a su transparencia. El policarbonato se usa en una gran variedad de campos:
- Alimenticio: bidones o garrafones para agua mineral.
- Arquitectura: cubiertas y cerramientos verticales en naves industriales y pabellones. Especialmente usada su version de policarbonato celular o paneles.
- Agricultura: cubiertas de invernaderos, preferido por ser mas resistente que el nailon y mas barato que el vidrio.
- Juguetes: juguetes de alta resistencia sobre todo para ninos de corta edad.
- Fotografia, cine e iluminacion: usado en partes para las camaras fotograficas, luces estroboscopicas, proyectores, visores, casetes, medidores de luz, cajas de interruptores, binoculares, microscopios y lentes para todo tipo de gafas (calidades especiales de alta calidad optica).
- Material de oficina y elementos de la escritura: partes de los ordenadores y de las maquinas de escribir, boligrafos y organos de la pluma estilografica, plantillas, reglas y otros instrumentos de geometria.
- Electrotecnica y Electronica: se utilizan como materia prima para CD, DVD (para las gamas de calidades opticas mas altas se emplea
PMMA
), algunos componentes de los ordenadores, formadores de bobinas, deflectores, carcasas de transformadores, cajas de telefono, cajas de interruptores, enchufes ligeros con luz fluorescente, enchufes normales y conectores.
- Ingenieria mecanica: componentes para los neumaticos, vasos de filtros, cubiertas de proteccion, vivienda, filtros, valvulas, chasis, pulsadores y piezas para la maquina de coser.
- Transporte: cajas transmisoras de senales y discos de colores, senales de trafico, motos de nieve, reflectores de los faros, indicadores, luces de emergencia, calefaccion, ventilacion de rejillas y cajas de fusibles.
- Seguridad:
cristales antibalas
y escudos antidisturbios de la policia.
- Maquinaria: lamina (hoja) especial para aislar ventanas, puertas, terrazas, salones con los requisitos de una seguridad especiales y protecciones industriales en todo tipo de maquinaria.
- Automocion: piezas en vehiculos y ventanas irrompibles y antirrayado en coches de policia (calidad Saphir). Piezas de carroceria automotor, cupulas para aeronautica y embarcaciones, cascos (hellmets) de proteccion personal para motociclismo y cascos militares livianos.
- Moldes de Pasteleria/chocolateria/bomboneria: utilizados para la elaboracion de bombones y figuras de chocolate. Se necesita una calidad especial apta para contacto alimentario. Normalmente se suele emplear
PETG
para esta aplicacion.
- Fabricacion de material de publicidad en el punto de venta
PLV
.
Tratamiento del producto
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El PC puede ser procesado por todos los metodos normales utilizados para termoplasticos.
Un requisito previo para el procesamiento sin defectos, es un contenido de humedad de menos del 0,02 % y los compuestos de moldeo y productos semi-acabados debe preestablecer entre 4 y 24 horas a 120 °C/248 °F.
Disponibilidad
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Todos los policarbonatos comerciales, con la excepcion de algunos de los ultimos grados de proposito especial y las mezclas de polimeros, tienen la misma composicion quimica.
Los grados para moldeo por inyeccion, extrusion, moldeo por soplado y moldeo por inyeccion y soplado, se complementan con proponer grados no toxicos especiales, grados de plastico seudo y grados y productos reforzados con fibra de vidrio para el moldeo por inyeccion de espuma integral. Toda la gama esta disponible en formulaciones naturales y de color.
PC se suministra en forma de granulos en recipientes hermeticos. Productos semielaborados que incluyen planchas compactas de doble o triple pared separados por una varilla de seccion redonda.
Compatibilidad quimica del policarbonato ante diversos compuestos quimicos
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- Acidos: No causan efectos en condiciones de temperatura y concentracion normales.
- Alcohol: Generalmente no causan problemas a bajas concentraciones y temperatura ambiente. Altas temperaturas y concentraciones resultan perjudiciales para el material.
- Alcalis: Generalmente no causan problemas a bajas concentraciones y temperatura ambiente. Altas temperaturas y concentraciones resultan perjudiciales para el material.
- Hidrocarbonatos alifaticos: Generalmente compatibles.
- Aminas: Causan ataque quimico. Evitar.
- Detergentes y agentes de limpieza: Soluciones de jabon neutro son compatibles, materiales fuertemente alcalinos deben ser evitados.
- Esteres: Solventes parciales, causan cristalizacion parcial. Evitar.
- Aceites y grasas: Derivados de petroleo puro generalmente son compatibles, pero los aditivos usados en ellos no lo son.
- Hidrocarbonatos Halogenados. Son solventes. Evitar.
- Cetonas: Son solventes. Evitar.
- Aceite de siliconas y grasas: Generalmente compatibles hasta 85 °C algunos contienen hidrocarbonatos aromaticos que deben ser evitados.
- Hidrocarbonatos: Solventes parciales. Causadores de estres.
- Aromaticos: Cracking. Evitar.
Reciclaje
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Se han llevado a la practica experiencias para recuperar el policarbonato de CD y botellas de leche y agua, transformandolos a traves de su bajo ciclaje en productos de baja calidad, como cajas o aplicaciones en la construccion; o bien mezclarlo en cantidades determinadas con material virgen y obtener productos de mas calidad como botellas. Bayer AG realiza el reciclado de discos opticos y de bidones de agua en policarbonato siguiendo una serie de pasos, para la separacion de los materiales metalicos y los distintos tipos de plasticos que puedan llevar como tapones, pegatinas. Esos residuos de policarbonato se mezclan con nueva granza y se le anaden los aditivos que hagan falta para la obtencion de nuevos productos de calidad controlada. La principal limitacion de este proceso son los colorantes que llevara anadido el residuo y que lo pueden hacer no valido para algunas aplicaciones en las que se utiliza como productos de electronica. De momento este proceso no resulta muy ventajoso economicamente.
No obstante, en los ultimos tiempos ha aumentado el esfuerzo para mejorar el proceso de reciclaje, mas complicado que en otros termoplasticos dadas sus excelentes propiedades fisicas y quimicas. Los procesos de reciclaje mas utilizados son el reciclado mecanico y el reciclado quimico o termoquimico (pirolisis). Actualmente existen policarbonato celulares utilizados para construccion fabricados con
policarbonato regenerado
.
Referencias
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Bibliografia
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]
Miravete, Antonio.
Materiales Compuestos I
. Editorial: Reverte S.A Barcelona. Primera impresion digital en 2007.
ISBN 84-921349-7-7
.
Hull, Derek.
Materiales Compuestos
. Editorial: Reverte SA.
Domininghaus, H.
Plastics for engineers
. Barcelona, 1993.
ISBN 3-446-15723-9
.
Propiedades de los policarbonatos
(en linea). Disponible en: <
https://web.archive.org/web/20140221010644/http://www.eis.uva.es/~macromol/curso03-04/PC/Propiedades.htm
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