I policarbonati sono polimeri che hanno gruppi funzionali organici legati da gruppi carbonato. Il più utilizzato è un termoplastico con una lunga catena molecolare:

Utilizzo dei policarbonati

Vi sono molti policarbonati con svariate proprietà, queste dipendono dalla loro massa molecolare e struttura. Con l’aumentare della massa molecolare, il polimero diventa più rigido. Inoltre, le proprietà vengono cambiate con il mescolamento di polimeri diversi, per esempio con ABS e poliesteri come il PET.

A causa delle loro notevoli proprietà (sono resistenti alla fiamma e al calore, tenaci e trasparenti), i polimeri sono molto utilizzati.

Figura 1 Le proprietà dei policarbonati, la loro resistenza e la notevole trasparenza e la loro biocompatibilità li rendono materiali ideali per apparecchiature mediche. Sono utilizzati nelle macchine per dialisi per problemi renali e, come mostrato qui, per ossigenatori che subentrano al lavoro del cuore e dei polmoni durante operazioni gravi su di essi, ad esempio nella chirurgia di by-pass. Il policarbonato è facilmente sterilizzabile con epossietano, irraggiamento o riscaldamento a vapore. Per gentile concessione di Bayer MaterialScience AG.

Tra gli usi dei policarbonati e delle loro miscele ci sono:

  • medico (ad esempio, per custodia per dialisi e lenti per occhiali
  • elettro-elettronico (ad esempio prese, copri-lampade);
  • scatole portafusibili, custodie per computer e televisori;
  • costruzione (ad esempio, tetti di stadi, insegne, lucernari)
  • archiviazione ottica (CD, DVD, HD-DVD)
  • automobili (illuminazione interna e fari, tettucci apribili, finestrini laterali, radiatori, griglie, paraurti)
  • imballaggio (ad esempio, grandi bottiglie d’acqua)
Figura 2 Questi DVD sono fatti di policarbonato. Per gentile concessione di Bayer MaterialScience AG.
Figura 3 Un policarbonato è utilizzato per realizzare la cupola del tetto di questa vettura sperimentale, chiamata zaZan, creata dal famoso designer svizzero Frank M. Rinderknecht. Per gentile concessione di Bayer MaterialScience AG.

Produzione annuale di policarbonati

Mondo4.4 milioni di tonnellate1
Asia2.0 milioni di tonnellate 2
Europa1.5 milioni di tonnellate 2
US0.9 milioni di tonnellate 2
 Tabella 1 1. Stime 2016 da Merchant and Research Consulting, 2014
2. Stime 2016 da ref 1 e PlasticsEurope, 2015

Produzione di policarbonati

Il policarbonato più utilizzato è prodotto mediante polimerizzazione per condensazione tra bisfenolo A e cloruro di carbonile o carbonato di difenile.

Il bisfenolo A è prodotto dalla condensazione del fenolo con propanone.

Il cloruro di carbonile è prodotto da monossido di carbonio e cloro:

Il difenil carbonato è prodotto dal dimetil carbonato, che è spesso preparato da metanolo, ossigeno e monossido di carbonio nella fase liquida in presenza di un sale di rame come il cloruro di rame (II):

Il polimero è solitamente formato dalla reazione di bisfenolo A e cloruro di carbonile in una soluzione basica.

Si prepara una soluzione di bisfenolo A in idrossido di sodio (cioè una soluzione del sale sodico del fenolo). Viene miscelato con una soluzione di cloruro di carbonile in un solvente organico (diclorometano). La polimerizzazione avviene all’interfaccia tra gli strati acquoso e organico con l’aiuto di un catalizzatore (un’ammina):

Il policarbonato viene tenuto in soluzione nello strato organico. Questa soluzione viene quindi separata dallo strato acquoso e viene evaporata per formare granuli del polimero oppure viene aggiunto etanolo per far precipitare il polimero solido.

Tuttavia, una proporzione crescente di policarbonati viene prodotta tramite difenil carbonato, al fine di eliminare l’uso del cloruro di carbonile, un gas estremamente velenoso.

Il bisfenolo A e l’estere vengono riscaldati insieme per formare una massa fusa di polimero:

Il fenolo e i reagenti in eccesso vengono rimossi mediante distillazione a pressione ridotta. Il materiale fuso in policarbonato viene quindi pressato attraverso ugelli sottili per formare lunghi fili “simili a spaghetti”, che vengono raffreddati e granulati.

Ulteriori sviluppi

Sebbene il policarbonato derivato dal bisfenolo A sia facilmente il policarbonato più utilizzato, sono stati sviluppati copolimeri in cui vengono aggiunti bisfenoli sostituiti e fatti reagire con difenil carbonato.

Ad esempio, se viene aggiunto tetrabromobisfenolo A prima della polimerizzazione. Il polimero risultante ha una maggiore resistenza alla fiamma.

Un altro co-monomero utilizzato è il tetrametilbisfenolo A, che migliora la resistenza del policarbonato al calore.

Ultimo aggiornamento 27 aprile 2017

Edizione italiana a cura di Gloriana Reginato, Massimo Magnani e Valter Ballantini 9 dicembre 2020