Poliwęglan

Wiek XX, oraz XXI przyniósł wiele rewolucji w dziedzinie materiałów- pojawiły się stopy o niesamowitych właściwościach, nowe materiały konstrukcyjne, oraz chyba największy wygrany- tworzywa syntetyczne, polimery.

Polimery zrewolucjonizowały nasze życie codzienne- stosuje się je nawet częściej niż metale, często wytrzymałością i właściwościami nawet je przewyższają i dlatego tak chętnie stosowane w wielu gałęziach przemysłu, techniki, oraz oczywiście w budownictwie- przykładem są np. zadaszenia z poliwęglanu oraz świetliki dachowe, które poprzez swoją odporność na warunki zewnętrzne znalazły uznanie wśród zarówno konstruktorów jak i inżynierów.

Jednym z najpowszechniej stosowanych materiałów jest poliwęglan, czyli PC od angielskiego Polycarbonate i jest typowym przedstawicielem materiałów zwanymi w chemii poliestrami.

Na załączonym rysunku 1 pokazano dwie zasadnicze drogi syntezy tego związku- pierwsza, polega na reakcji bisfenolu A z fosgenem. Jako swoistego rodzaju ciekawostkę warto dodać, że fosgen to bardzo trujący gaz o zapachu świeżo skoszonej trawy i był stosowany w czasie I Wojny Światowej jako BŚT, czyli Bojowy Środek Trujący- na szczęście okazał się bardziej przydatny w syntezie organicznej niż na polu walki. Istnieje też druga droga produkcji poliwęglanu - reakcja bisfenolu z węglanem di-metylowym. Warto dodać że taką syntezę przeprowadza się na masową skalę, bowiem półprodukty do tej syntezy są bardzo tanie. Przytoczoną reakcję można w pewien sposób rozpatrywać jako reakcję „zasady”- czyli bisfenolu z dwiema grupami -OH, z „kwasem” w postaci fosgenu. Na rysunku pokazano dwa takie schematy- widzimy, że produktami ubocznymi jest najzwyklejsza w świecie sól kuchenna (czyli chlorek sodu NaCl), w drugiej reakcji natomiast jako produkt uboczny powstaje fenol- Ph-Oh, który jest substancją toksyczną (wykorzystywano go w połączeniu z pewnymi mydłami w szpitalach do dezynfekcji pod nazwą lizol), ale jest równocześnie bardzo cenną substancją w przemyśle syntetycznym. Wszystkie powyższe reakcje to jedynie pewien prosty schemat- producenci dodają do takiego poliwęglanu jeszcze wypełniacze i inne związki, które chronione są tajemnicą handlową. Warto też podkreślić, że wszystkie procesy przytoczone wyżej odbywające się na skalę przemysłową są tak prowadzone, aby zminimalizować straty substratów, a wyżej wymieniony fenol czy sól jest zawracana i wykorzystywana do innych procesów. Zakłady produkcyjne nigdy nie produkują tylko jednego rodzaju produktu bo było by to dla nich nie opłacalne pod względem materiałowym,a reżim technologiczny wymaga wręcz jak maksymalnego wykorzystania materiałów. Na rysunku powyższym przedstawiono uproszczony przykład drogi syntezy poliwęglanu- jest to przykład bez użycia fosgenu, na rysunku recycle, oznacza właśnie odzyskiwanie substancji i zawracanie jej do ponownego wykorzystania w reaktorze chemicznym (reaktor chemiczny nie ma nic wspólnego z reaktorem jądrowym- to po prostu rodzaj bardzo dużego naczynia w którym zachodzi synteza, produkty są mieszane i utrzymywane w odpowiedniej temperaturze itd.). Distillation na rysunku oznacza destylację w celu odzyskania z mieszaniny reakcyjnej np. alkoholi. Oczywiście jest to tylko obrazowy przykład- jak wspomniano wyżej każda firma ma nieco inny bieg technologiczny.

Poliwęglan jest materiałem zaskakująco odpornym chemicznie- dlatego stosuje się go oprócz zadaszeń z poliwęglanu i świetlików dachowych , jako warstwy ochronne dla płyt CD/ DVD. Jest szeroko stosowany w przemyśle optycznym, robi się z niego okulary ochronne, naczynia, przedmioty codziennego użytku, materiały konstrukcyjne, można powiedzieć że spektrum zastosowań poliwęglanu jest naprawę niezwykle szerokie.

Poliwęglan jest odporny na działanie czynników atmosferycznych, jest też stosunkowo bierny chemicznie- odporny na rozcieńczone kwasy nieorganiczne, alkohole, oleje i tłuszcze (czyli można stosować z powodzeniem np. smary), poliwęglan jest również odporny na alkalia- można go myć mydłami i środkami czyszczącymi.

Jedynymi substancjami jakie „ruszają” poliwęglan są gorące i stężone kwasy nieorganiczne, rozpuszczalniki aromatyczne (dlatego firma Eskade-System ABSOLUTNIE nie zaleca do czyszczenia zadaszeń z poliwęglanu i świetlików dachowych rozpuszczalników takich jak toluen, nitro), oraz halogenowane związki aromatyczne, czy ketony (acetonem również NIE NALEŻY czyścić powierzchni z poliwęglanu).

W poniższej tabeli zestawiono właściwości chemiczne poliwęglanu:

Bardzo ważną właściwością poliwęglanu jest jego praktyczna niepalność- jest to materiał szybko gasnący nawet w wyższych temperaturach i co najważniejsze- nie wykazuje tendencji do kapania stopionym materiałem (co jest bardzo niebezpiecznym zjawiskiem, generującym pożary wtórne). Poliwęglan należy do klasy palności V0- V1, czyli jest materiałem praktycznie niepalnym.

Poliwęglan oprócz wysokiej odporności chemicznej posiada również szereg ciekawych i bardzo pożądanych właściwości fizycznych. Jedną z takich właściwości PC jest bardzo wysoka transmitancja (czyli przepuszczalność) dla światła widzialnego, wyższa nawet niż dla szkła (86% transmitancji dla zakresu widzialnego), natomiast prawie całkowita absorbancja dla promieniowania ultrafioletowego (UV), oraz mała dla podczerwieni- czyli z jednej strony zadaszenia z poliwęglanu i świetliki dachowe z poliwęglanu dają ochronę przed UV, z drugiej strony posiadają własność pozwalająca na zmniejszenie strat ciepła poprzez promieniowanie (Poliwęglan gorzej przewodzi ciepło niż szkło) a po trzecie przepuszcza więcej światła widzialnego niż szkło. Na rysunku nr.6 przedstawiono poglądowy wykres przepuszczalności światła dla różnych zakresów promieniowania elektromagnetycznego.

Zdolność dyspersji poliwęglanu wynosi 34.0 -czyli jest porównywalna ze szkłem optycznym, załamuje światło bardziej niż woda, ale współczynnik załamania 1.586 jest porównywalny ze współczynnikiem załamania szkła. Warto zaznaczyć również że poliwęglan ma stosunkowo mały współczynnik absorbancji przy wzroście grubości warstwy np. warstwa grubości 4mm przepuszcza 86% światła widzialnego, warstwa 8mm- 85%, warstwa 16 mm aż 76 %.

Poliwęglan posiada również bardzo ciekawe właściwości mechaniczne- twardość i odporność naścinanie jest zbliżona do Aluminium, stosunkowo duży moduł odkształcalności liniowej w przybliżeniu równy 2.2 Gpa, na rozciąganie- 55-78 MPa, jest też materiałem stosunkowo elastycznym (wydłużenie od 80% do 150%) co pozwala go z łatwością poddawać obróbce mechanicznej.

W tym artykule poliwęglan często jest porównywany ze szkłem- ponieważ istnieje między nimi wiele podobieństw... ale i wiele różnic, jedną z nich jest wyższa wytrzymałość poliwęglanu na złamanie niż szkła (60 MPa), co daje poliwęglanowi kolejny punkt jako materiał konstrukcyjny zadaszeń z poliwęglanu i świetlików dachowych, które niekiedy z uwagi na kształt były by trudne do uzyskania stosując szkło, lub np. pleksiglas.

W dzisiejszych czasach tłumienie hałasu jest sprawą nadrzędną- drogi, samochody, ruch miejski. Okazuje się, że poliwęglan ma bardzo dobre właściwości tłumienia dźwięku i dlatego stosuje się go jako materiał z którego zbudowane są ekrany dźwiękoszczelne budowane np. przy drogach szybkiego ruchu i autostradach.

Przykładowe wartości pochłaniania dźwięku dla poliwęglanu wynoszą:

• warstwa 4mm absorbuje 15 DB,
• warstwa 16 mm absorbuje 21 DB

Są to wartości niezwykle dobre, na rysunku pokazano także wykres- grubość warstwy z poliwęglanu i jej zdolność tłumienia dźwięku jako funkcja grubości.

Na zakończenie warto jeszcze dodać, że poliwęglan jest materiałem, który z powodzeniem może być stosowany z innymi materiałami, można go łączyć, obrabiać, nie zaszkodzi mu kontakt zarówno np. z profilami aluminiowym czy uszczelkami EPDM do poliwęglanu . Jako ciekawostkę warto dodać, że poliwęglan może być w procesie formowania bardzo łatwo domieszkowany nie tylko pigmentami nadającymi barwę ale i domieszkowany metalami takimi jak miedź, które tworzą monowarstwy przeznaczone dla zastosowań specjalistycznych.

Poliwęglan to materiał, który jest w stanie wytrzymać długie lata bez ingerencji i konserwacji, jest stosunkowo tani, łatwo się go czyści. Przytoczone wyżej właściwości sprawiają, że jest to pożądany i cenny materiał konstrukcyjny, a świetliki dachowe i zadaszenia zrobione z tego materiału przez firmę ESKADE SYSTEM z Rybnika będą cieszyć użytkownika przez długie długie lata.