3D打印材料知識(shí).doc

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史上最全的3D打印材料分析（沒(méi)有之一） 導(dǎo)讀：3D打印材料，現(xiàn)階段制約3D打印技術(shù)發(fā)展因素的主要有兩個(gè)，打印材料和設(shè)備。目前3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹(shù)脂、橡膠類材料、光敏材料和陶瓷材料。 最近幾年經(jīng)常聽(tīng)到3D這個(gè)詞，比如3D電影、顯示、掃描、3D打印技術(shù)。首先我想給3D打印技術(shù)做一個(gè)比較完整的定義，3D打印技術(shù)是在計(jì)算機(jī)中將物體的三維模型通過(guò)分層軟件分成若干層，通過(guò)3D打印設(shè)備在一個(gè)平面上按照分層圖形、將塑料、金屬甚至生物組織活性細(xì)胞等材料燒結(jié)或者黏和在一起，逐層累計(jì)疊加最終形成一個(gè)物體。 　　3D打印技術(shù)的特點(diǎn)：制作周期短、個(gè)性化制造、制作材料多樣、制作成本相對(duì)低、應(yīng)用行業(yè)領(lǐng)域廣。 　　根據(jù)3D打印技術(shù)的特點(diǎn)以及所使用的材料，我們分為五大類，光敏固化成型、熔融沉積成型、選擇性激光燒結(jié)、分層實(shí)體制造，最后的3D打印技術(shù)。 　　光固化以液態(tài)光敏樹(shù)脂為原材料，在計(jì)算機(jī)控制下對(duì)紫外激光對(duì)液態(tài)樹(shù)脂逐點(diǎn)掃描，產(chǎn)生光聚合反應(yīng)，如此反復(fù)直至完成整個(gè)零件的固化成型。 　　分層實(shí)體制造：根據(jù)臨建分層幾何信息，切割箔材和紙張等，將所獲的層面粘接成三維實(shí)體。 　　選擇性激光燒結(jié)：采用激光有選擇的逐層燒結(jié)固定粉末，疊加生成預(yù)定形狀的三維實(shí)體零件的一種3D打印方法。 　　熔融沉積成型：將熱塑成性材料絲通過(guò)加熱器的擠壓頭熔化為液體，由計(jì)算機(jī)控制擠壓頭沿零件的每一截面的輪廓準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)，以固定的速率進(jìn)行熔體趁機(jī)。 　　下面重點(diǎn)講一下金屬3D打印技術(shù)。金屬3D打印技術(shù)是當(dāng)今3D打印技術(shù)中最前沿最優(yōu)潛力的技術(shù)，可以分為三種，選區(qū)激光熔化、激光近凈成形技術(shù)，電子束熔融。 　　3D打印材料，現(xiàn)階段制約3D打印技術(shù)發(fā)展因素的主要有兩個(gè)，打印材料和設(shè)備。目前3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹(shù)脂、橡膠類材料、光敏材料和陶瓷材料。它的形態(tài)一般是粉末狀、絲狀、層片狀、液體狀。 　　工程塑料，強(qiáng)度、硬度、耐沖擊性、耐性、抗老化性均比較優(yōu)秀。光敏樹(shù)脂由聚合物單體和預(yù)聚體組成的，在一定波長(zhǎng)的紫外光照射下能立刻引起聚合反應(yīng)完成固化。橡膠類材料，這種材料具備多種級(jí)別的彈性，它具有的硬度、斷裂伸長(zhǎng)率、抗撕裂程度和拉伸強(qiáng)度，使其非常適合于要求防滑或柔軟表面的應(yīng)用。陶瓷材料，具有高強(qiáng)度、高硬度、耐高溫、低密度、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕等優(yōu)異特性，在航空航天、汽車、生物等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。金屬材料，3D打印的金屬粉末材料主要有鈦合金、不銹鋼、鋁合金、高溫合金等，此外還有貴金屬打印材料。所有的材料當(dāng)中鈦合金尤其受到重視，因?yàn)槊芏鹊?、?qiáng)度高、耐腐蝕、熔點(diǎn)高、是理想的航天航空材料，特別適合利用激光3D打印技術(shù)。不銹鋼是目前最便宜最廉價(jià)的3D打印材料，經(jīng)常被用作首飾、功能構(gòu)件等的3D打印。高溫合金因其強(qiáng)度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易成型加工和傳統(tǒng)加工工藝成本高等因素目前已經(jīng)成為航空工業(yè)應(yīng)用的主要3D打印材料。 　　金屬材料之所以打印難度很大，是因?yàn)榻饘俚娜埸c(diǎn)很高，涉及到金屬的固液相變、表面擴(kuò)散以及熱傳導(dǎo)等多種物理過(guò)程，需要考慮的問(wèn)題包括形成的晶體組織是否良好、雜質(zhì)和空隙大小等，另外快速的加熱和冷卻還將引起試件內(nèi)較大的殘余應(yīng)力。 中國(guó)3D打印巨大跨越：高性能工業(yè)級(jí)FDM耗材 打破國(guó)外壟斷 導(dǎo)讀：隨著3D打印產(chǎn)業(yè)的拓展，市場(chǎng)對(duì)3D打印的零部件的性能要求逐漸提高，不僅僅只是手板、模型，打印零部件還必須具備可用性。 　　隨著3D打印產(chǎn)業(yè)的拓展，市場(chǎng)對(duì)3D打印的零部件的性能要求逐漸提高，不僅僅只是手板、模型，打印零部件還必須具備可用性。國(guó)際市場(chǎng)上不論是3D打印的巨頭企業(yè)或是新銳的耗材廠商都把目光投向了3D打印工程塑料領(lǐng)域，新型的3D打印耗材不斷的推向市場(chǎng)，使3D打印的應(yīng)用面越來(lái)越廣。 　　近期，國(guó)內(nèi)3D打印耗材與設(shè)備生產(chǎn)廠商，廣州市陽(yáng)銘新材料科技有限公司推出了具備使用工程塑料性能3D打印線材的工業(yè)級(jí)FDM-3D打印機(jī)Capricornus后，緊接著又推出三款應(yīng)用于FDM的工業(yè)級(jí)3D打印尼龍復(fù)合材料耗材PA B380，PA B380H與PA B330。這三款線材是YMe陽(yáng)銘科技自主研發(fā)的3D打印線材，具有高模量、高強(qiáng)度、高韌性和高使用溫度的特點(diǎn)。目前這三款材料分別提供黑色、白色和琥珀色三款顏色。 　　YMe陽(yáng)銘科技不同于一般的3D耗材廠商，這家海歸創(chuàng)業(yè)的年輕企業(yè)成長(zhǎng)迅猛，自成立之時(shí)就致力于工業(yè)級(jí)3D打印耗材的研發(fā)，目前該公司尼龍復(fù)合材料耗材已在機(jī)械、汽車汽配、機(jī)器人、光電、醫(yī)療、燈飾等多個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。 　　在此之前，國(guó)內(nèi)的工業(yè)級(jí)FDM耗材市場(chǎng)為國(guó)外品牌所壟斷，國(guó)內(nèi)尚無(wú)其他廠家成功研發(fā)出可順暢打印成型的尼龍耗材，YMe陽(yáng)銘科技的最新技術(shù)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白,打破了國(guó)外壟斷，對(duì)于整個(gè)中國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)而言是一次從無(wú)到有的巨大跨越。 　　相比數(shù)日前美國(guó)3D Systems公司發(fā)布的類似尼龍耗材，YMe陽(yáng)銘科技的技術(shù)無(wú)疑更加領(lǐng)先，PA B380/ PA B380H 的各項(xiàng)性能更加優(yōu)異，甚至超出了美國(guó)Stratasys公司的Nylon 12系列線材尼龍與德國(guó)EOS公司的PA2200系列粉末尼龍。PA B380/ PA B380H在材料的使用溫度上具備更大的優(yōu)勢(shì)，而價(jià)格上僅是國(guó)際同類型產(chǎn)品的40%。 　　PA B380和PA B380H的性能參數(shù)如下： 　　汽車倒后鏡（PA B330） 　　據(jù)YMe陽(yáng)銘科技的工程師代表Jack Dang說(shuō)，由于熱端的擠出溫度高達(dá)270-280度，PA B380和PA B380H只適合在陽(yáng)銘科技的工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)Capricornus上使用，而PA B330的熱端擠出溫度在240-250度，可以適應(yīng)于一些其他品牌的桌面級(jí)/準(zhǔn)工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)。就材料的總體性能而言，PA B380H的強(qiáng)度、模量和硬度更高；而PA B380韌性和彈性較好，綜合性能均衡；PA B330的熱端擠出溫度較低，適用的設(shè)備范圍更廣。 　　汽車?yán)鋮s循環(huán)水泵葉輪（PA B380H） 　　YMe陽(yáng)銘科技的尼龍復(fù)合材料線材具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，材料的性能參數(shù)經(jīng)過(guò)了第三方專業(yè)檢測(cè)認(rèn)證。 　　PA B380/PA B380H可以在高溫高載荷等苛刻條件下使用?？捎糜谥谱鼾X輪、軸承、葉輪、絕緣電子元器件、夾具、渦輪、耐高溫連接件等，甚至可以代替注塑實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。PA B380通過(guò)了醫(yī)療領(lǐng)域嚴(yán)苛的高溫高壓消毒，使其3D打印成型的制件可以作為醫(yī)療領(lǐng)域的輔助器械。 　　醫(yī)療手術(shù)輔助導(dǎo)板（PA B380） 　　除了具備優(yōu)異的力學(xué)性能外，YMe陽(yáng)銘科技的PA B330/PA B380/ PA B380H可以使用水溶性PVA材料作為支撐結(jié)構(gòu)，也可以采用自支撐結(jié)構(gòu)，其自支撐結(jié)構(gòu)具有優(yōu)秀的可拆性，僅需要借助簡(jiǎn)單的工具即可將支撐結(jié)構(gòu)拆除，并且不留痕跡。3D打印的成品零件可進(jìn)行拋光、打孔、切削等后處理工藝。 紅外熱成像儀的外殼與內(nèi)部構(gòu)件（PA B380） 聚碳酸酯線材上市：桌面3D打印機(jī)的“最佳搭檔” 導(dǎo)讀： 聚碳酸酯（PC）一直是世界上使用最廣泛的熱塑性塑料，因?yàn)樗鼜?qiáng)度高、剛性、容易熱成型，因此在工業(yè)領(lǐng)域諸如家用電器、餐具、汽車部件、DVD光盤、安全玻璃等方面都有應(yīng)用。 　　OFweek3D打印網(wǎng)訊 聚碳酸酯（PC）一直是世界上使用最廣泛的熱塑性塑料，因?yàn)樗鼜?qiáng)度高、剛性、容易熱成型，因此在工業(yè)領(lǐng)域諸如家用電器、餐具、汽車部件、DVD光盤、安全玻璃等方面都有應(yīng)用。該材料還非常適合注塑成型，主要是因?yàn)橐坏├鋮s它的強(qiáng)度就會(huì)非常高，可彎曲和變形而不斷裂或龜裂。不過(guò)由于熔融溫度過(guò)高使得它并沒(méi)有在3D打印領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 　　如今，來(lái)自上海的3D打印材料制造商Polymaker與先進(jìn)化學(xué)材料開(kāi)發(fā)商Covestro（前身為拜耳材料科技）聯(lián)手，共同開(kāi)發(fā)出了兩款專門針對(duì)桌面3D打印機(jī)的全新聚碳酸酯3D打印線材——Polymaker PC-Plus和Polymaker PC-Max。這兩款線材經(jīng)過(guò)特殊配方已經(jīng)將打印溫度從300-320oC下降到250-270oC，目前大多數(shù)的桌面3D打印機(jī)都能夠很方便地實(shí)現(xiàn)這個(gè)溫度范圍。Polymaker公司同時(shí)指出，打印溫度的降低同時(shí)也減少了在打印過(guò)程中出現(xiàn)翹曲或變形的可能性。 　　作為聚碳酸酯材料，PC-Plus和PC-Max能夠比常見(jiàn)的3D打印材料，如PLA和ABS，提供更強(qiáng)大的機(jī)械性能。這兩款新材料的先進(jìn)特性使其非常適合打印對(duì)于機(jī)械性能要求比較高的部件。而且，它們具備與標(biāo)準(zhǔn)材料一樣的彈性，可以很容易地進(jìn)行打磨拋光或者噴漆等。 　　不過(guò)，Polymaker之所以能夠開(kāi)發(fā)出如此性能卓越的桌面3D打印機(jī)用線材與其合作伙伴Covestro提供的幫助是分不開(kāi)的。 　　據(jù)悉，Covestro為開(kāi)發(fā)新型的Polymaker PC系列耗材提供了高科技的高科技聚碳酸酯樹(shù)脂。Polymaker的材料科學(xué)家和Covestro團(tuán)隊(duì)密切合作，共同開(kāi)發(fā)和進(jìn)一步增強(qiáng)了他們的新新型PC 3D線材的配方。Polymaker公司說(shuō)，最終的產(chǎn)品具有前所未有的屬性和功能，可用于3D打印和快速原型應(yīng)用。 　　“聚碳酸酯所具有的特性對(duì)于整個(gè)3D打印領(lǐng)域來(lái)說(shuō)都非常理想。其出色的工程和功能性為將桌面3D打印機(jī)用于以前不可想象的項(xiàng)目打開(kāi)了大門?！盤olymaker公司聯(lián)合創(chuàng)始人羅小凡稱。 　　使用PC材料3D打印出來(lái)的部件一個(gè)主要的優(yōu)勢(shì)就是具有耐用性，而且其成品比使用標(biāo)準(zhǔn)材料的部件具有更強(qiáng)的機(jī)械性能，尤其是PC-Max能夠顯著提高耐沖擊性和韌性，甚至要超過(guò)PC-Plus。除此之外，聚碳酸酯材料也是天然的阻燃劑，可抗耐多種化學(xué)品和溶劑，并且經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)還能提供透明度，其所具備的光學(xué)清晰度可用用于大量全新的領(lǐng)域，這是許多桌面3D打印機(jī)用戶都難以想象的。 　　此外，Polymaker PC的耐熱性也非常好，PLA和ABS通常會(huì)在大約60℃以上開(kāi)始軟化和變形，而Polymaker PC可承受的溫度則超過(guò)100℃至110℃，甚至可以泡在沸水而不出現(xiàn)形變。 　　據(jù)了解，Polymaker PC-Plus線材將從10月份起開(kāi)始銷售，每卷750克，零售價(jià)為39.99美元；而PC-Max的價(jià)格和上市日期則沒(méi)有發(fā)布，Polymaker預(yù)計(jì)它會(huì)在今年年底前上市。 聚乳酸 聚乳酸又名聚丙交酯，是以乳酸為主要原料聚合得到的聚合物，屬于聚酯家族。聚乳酸形成條件為單個(gè)的乳酸分子中有一個(gè)羥基和一個(gè)羧基，多個(gè)乳酸分子在一起，-OH與別的分子的-COOH脫水縮合，-COOH與別的分子的-OH脫水縮合形成聚合物。聚乳酸原料來(lái)源充分可再生，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染，產(chǎn)品可以生物降解，實(shí)現(xiàn)在自然界中的循環(huán)，是理想的綠色高分子材料。 中文別名 聚丙交酯 CAS NO. 26100-51-6 斷裂伸長(zhǎng)率 4-10% 彎曲模量 100-150 MPa 拉伸強(qiáng)度 40-60 MPa 彈性模量 3000-4000 MPa 1物質(zhì)信息 編輯 CAS NO.：26100-51-6 中文別名：聚丙交酯 英文名稱：polylactide, polylactic acid, PLA 英文別名：polytrimethylene carbonate;1,3-Dioxan-2-one homopolymer 分子式：(C3H4O2)n 2物質(zhì)介紹 聚乳酸（H-[OCHCH3CO]n-OH）的熱穩(wěn)定性好，加工溫度170～230℃，有好的抗溶劑性，可用多種方式進(jìn)行加工，如擠壓、紡絲、雙軸拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的產(chǎn)品除能生物降解外，生物相容性、光澤度、透明性、手感和耐熱性好，光華偉業(yè)開(kāi)發(fā)的聚乳酸（PLA）還具有一定的抗菌性、阻燃性和抗紫外性，因此用途十分廣泛，可用作包裝材料、纖維和非織造物等，主要用于服裝（內(nèi)衣、外衣）、產(chǎn)業(yè)（建筑、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、造紙）和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。 3物化性質(zhì) 編輯 物理性能 密度：1.20-1.30 kg/L 熔點(diǎn)：155-185C, 特性粘度IV：0.2-8 dL/g 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度：60-65C， 傳熱系數(shù)：0.025 λ(w/m*k) 力學(xué)性能 拉伸強(qiáng)度：40-60 MPa 斷裂伸長(zhǎng)率：4%-10% 彈性模量：3000-4000 MPa 彎曲模量：100-150 MPa Izod沖擊強(qiáng)度(無(wú)缺口)：150-300 J/m Izod沖擊強(qiáng)度(有缺口)：20-60 J/m Rockwell硬度：88 4主要優(yōu)點(diǎn) 編輯 聚乳酸的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾方面： ⑴聚乳酸（PLA）是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料經(jīng)由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌種發(fā)酵制成高純度的乳酸，再通過(guò)化學(xué)合成方法合成一定分子量的聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最終生成二氧化碳和水，不污染環(huán)境，這對(duì)保護(hù)環(huán)境非常有利，是公認(rèn)的環(huán)境友好材料。關(guān)愛(ài)地球，你我有責(zé)。世界二氧化碳排放量據(jù)新聞報(bào)道在2030年全球溫度將升至60℃，普通塑料的處理方法依然是焚燒火化，造成大量溫室氣體排入空氣中，而聚乳酸塑料則是掩埋在土壤里降解，產(chǎn)生的二氧化碳直接進(jìn)入土壤有機(jī)質(zhì)或被植物吸收，不會(huì)排入空氣中，不會(huì)造成溫室效應(yīng)。 ⑵機(jī)械性能及物理性能良好。聚乳酸適用于吹塑、熱塑等各種加工方法，加工方便，應(yīng)用十分廣泛。可用于加工從工業(yè)到民用的各種塑料制品、包裝食品、快餐飯盒、無(wú)紡布、工業(yè)及民用布。進(jìn)而加工成農(nóng)用織物、保健織物、抹布、衛(wèi)生用品、室外防紫外線織物、帳篷布、地墊面等等，市場(chǎng)前景十分看好。 ⑶相容性與可降解性良好。聚乳酸在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用也非常廣泛，如可生產(chǎn)一次性輸液用具、免拆型手術(shù)縫合線等，低分子聚乳酸作藥物緩釋包裝劑等。 ⑷聚乳酸（PLA）除了有生物可降解塑料的基本的特性外，還具備有自己獨(dú)特的特性。傳統(tǒng)生物可降解塑料的強(qiáng)度、透明度及對(duì)氣候變化的抵抗能力皆不如一般的塑料。 ⑸ 聚乳酸（PLA）和石化合成塑料的基本物性類似，也就是說(shuō)，它可以廣泛地用來(lái)制造各種應(yīng)用產(chǎn)品。聚乳酸也擁有良好的光澤性和透明度，和利用聚苯乙烯所制的薄膜相當(dāng)，是其它生物可降解產(chǎn)品無(wú)法提供的。 ⑹聚乳酸（PLA）具有最良好的抗拉強(qiáng)度及延展度，聚乳酸也可以各種普通加工方式生產(chǎn)，例如：熔化擠出成型，射出成型，吹膜成型，發(fā)泡成型及真空成型，與廣泛使用的聚合物有類似的成形條件，此外它也具有與傳統(tǒng)薄膜相同的印刷性能。如此，聚乳酸就可以應(yīng)各不同業(yè)界的需求，制成各式各樣的應(yīng)用產(chǎn)品。 ⑺聚乳酸（PLA）薄膜具有良好的透氣性、透氧性及透二氧二碳性，它也具有隔離氣味的特性。病毒及霉菌易依附在生物可降解塑料的表面，故有安全及衛(wèi)生的疑慮，然而，聚乳酸是唯一具有優(yōu)良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料。 ⑻當(dāng)焚化聚乳酸（PLA）時(shí)，其燃燒熱值與焚化紙類相同，是焚化傳統(tǒng)塑料（如聚乙烯）的一半，而且焚化聚乳酸絕對(duì)不會(huì)釋放出氮化物、硫化物等有毒氣體。人體也含有以單體形態(tài)存在的乳酸，這就表示了這種分解性產(chǎn)品具有的安全性。 5方法流程 編輯 聚乳酸生產(chǎn)是以乳酸為原料，傳統(tǒng)的乳酸發(fā)酵大多用淀粉質(zhì)原料，目前美、法、日等國(guó)家已開(kāi)發(fā)利用農(nóng)副產(chǎn)品為原料發(fā)酵生產(chǎn)乳酸，進(jìn)而生產(chǎn)聚乳酸。 由乳酸制聚乳酸生產(chǎn)工藝有： 方法 ⑴直接縮聚法 縮聚法就是把乳酸單體進(jìn)行直接縮合,也稱一步聚合法。在脫水劑的存在下, 乳酸分子中的羥基和羧基受熱脫水, 直接縮聚合成低聚物。加入催化劑, 繼續(xù)升溫, 低相對(duì)分子質(zhì)量的聚乳酸聚合成更高相對(duì)分子量的聚乳酸。 ⑵二步法 使乳酸生成環(huán)狀二聚體丙交酯，再開(kāi)環(huán)縮聚成聚乳酸。這一技術(shù)較為成熟，美國(guó)NatureWorks公司生產(chǎn)聚乳酸工藝的工藝即為該工藝。中國(guó)的海正與中科院共同研制的聚乳酸生產(chǎn)技術(shù)也與此相似，主要過(guò)程是原料經(jīng)微生物發(fā)酵制得乳酸后，再經(jīng)過(guò)精制、脫水低聚、高溫裂解，最后聚合成聚乳酸。 ⑶反應(yīng)擠出制備高分子量聚乳酸 用間歇式攪拌反應(yīng)器和雙螺桿擠出機(jī)組合，進(jìn)行連續(xù)的熔融聚合實(shí)驗(yàn)，可獲得由乳酸通過(guò)連續(xù)熔融縮聚制得的分子量達(dá)150000的聚乳酸。利用雙螺桿擠出機(jī)將低摩爾質(zhì)量的乳酸預(yù)聚物在擠出機(jī)上進(jìn)一步縮聚，制備出較高摩爾質(zhì)量的聚乳酸。在反應(yīng)溫度為150℃、催化劑用量為0.5%、螺桿轉(zhuǎn)速為75 r/min時(shí)可通過(guò)雙螺桿反應(yīng)擠出縮聚法快速有效地提高聚乳酸的摩爾質(zhì)量，而且反應(yīng)擠出產(chǎn)物分散系數(shù)減小，均勻性變好。通過(guò)DSC曲線的比較發(fā)現(xiàn)，通過(guò)反應(yīng)擠出縮聚法制得的聚乳酸的結(jié)晶度有所降低，這對(duì)改善聚乳酸材料在使用過(guò)程中表現(xiàn)出較大的脆性是有益的。 流程 1）取材 將玉米等殼類作物碾碎后，從中提取淀粉，然后將淀粉制成未精化的葡萄糖。很多高技術(shù)已克服減去了碾碎的過(guò)程，直接從大量的農(nóng)作物中提取原料。 2）發(fā)酵 以類似生產(chǎn)啤酒或酒精的方式來(lái)發(fā)酵葡萄糖，而葡萄糖發(fā)酵后變成類似于食物添加用于人體肌肉組織內(nèi)中的乳酸。 3）中間型產(chǎn)物 將乳酸單體以特殊的濃縮制程，轉(zhuǎn)變成中間型產(chǎn)物——減水乳酸，即丙交酯。 4）聚合 丙交酯單體經(jīng)過(guò)真空凈化后，再以一種不使用溶劑的溶解制程來(lái)完成開(kāi)環(huán)的動(dòng)作，使單體聚合。 5）聚合物修飾 由于聚合物的分子量與結(jié)晶度的不同，可使材料特性的變化空間很大，所以因不同應(yīng)用的產(chǎn)品，將PLA做不同的修飾。 6專利獲取 編輯 BRUSSELS BIOTECH (BE)2004年2月13日公開(kāi)的世界專利WO 2004 014889，報(bào)道了聚乳酸的制備，其獨(dú)立權(quán)項(xiàng)包括如下內(nèi)容：⑴按以下方法制備乳酸：（a）蒸發(fā)乳酸或乳酸衍生物溶液制備分子量為400-2000、總?cè)樗岬葍r(jià)酸度119-124.5%、光學(xué)純度相當(dāng)于90-100%L-聚乳酸的低聚體；（b）將低聚體和解聚催化劑加入到解聚反應(yīng)器，制備得到一富含乳酸的氣相和富含低聚體的液相；（c）冷凝氣相得到液態(tài)粗乳酸；（d）將粗乳酸抽取結(jié)晶；（e）分離和排出晶體得到一富含乳酸晶體的濕餅；(f)干燥濕餅，得到預(yù)純化乳酸；和（g）結(jié)晶預(yù)純化乳酸得到殘留酸度低于10meq/kg、水含量低于200ppm和meso-乳酸含量低于1%的純化乳酸；⑵聚合以上得到的乳酸制得聚乳酸。 BOTELHO T 等2004年公開(kāi)的專利 WO 2004 057008-A1，報(bào)道了一種可用于糖果包裝材料的聚乳酸的制備方法，主要是通過(guò)發(fā)酵法得到，其實(shí)施例報(bào)道的具體方法為：將培養(yǎng)液（451）（包括乳清，牛奶蛋白和其它營(yíng)養(yǎng)成分如無(wú)機(jī)鹽和半光胺酸）加熱到70℃并保持45分鐘，再冷卻到45℃。加入乳酸菌helveticus （9克）和Flavourzyme(RTM)(A) （26.5克）。批式發(fā)酵9小時(shí)，補(bǔ)加含乳清、乳糖和Flavourzyme (RTM）的新鮮肉湯。用氨氣調(diào)節(jié)pH為5.75，生物密度控制于7-8%，發(fā)酵過(guò)程中連續(xù)通氣，通氣量為1升/分鐘。在34天的發(fā)酵期內(nèi)稀釋率為0.15-0.3/小時(shí)。流出液中的乳酸鹽為4%，稀釋速度為0.3/小時(shí)下產(chǎn)率為12克/升.小時(shí)。乳酸流出液采用離子交換樹(shù)脂和螯合劑分離，再經(jīng)過(guò)兩次連續(xù)電滲析，回收率為85-90%。 HANZSCH BERND等2003年8月21日公開(kāi)的美國(guó)專利US 2003 158360，報(bào)道了一種聚乳酸的制備方法，步驟如下：發(fā)酵淀粉類農(nóng)產(chǎn)品得到乳酸，通過(guò)超濾，納米濾和/或電滲析超純化乳酸，濃縮乳酸，制備預(yù)聚物，環(huán)化解聚為雙乳酸，純化雙乳酸，開(kāi)環(huán)雙乳酸聚合物和脫單體化聚乳酸得到。 SHIMADZU CORP 2002年10月15日公開(kāi)的JP 2002 300898，報(bào)道了一種生產(chǎn)乳酸和聚乳酸的方法。具體方法為：⑴利用乳酸銨合成乳酸酯；⑵在除丁基錫外的催化劑存在下，縮聚乳酸酯，合成平均分子量小于15000mol.wt聚乳酸（乳酸預(yù)聚體）；⑶解聚聚乳酸得到乳酸；該方法進(jìn)一步包括開(kāi)環(huán)乳酸聚合物制備聚乳酸。 SHIMADZU CORP、OHARA H、TOYOTA JIDOSHA KK、ITO M和SAWA S 2002年8月8日公開(kāi)的專利 WO 2002 60891-A ，報(bào)道了用于生產(chǎn)生物可降解塑料的乳酸和聚乳酸的制備方法，該專利的實(shí)施例之一報(bào)道的方法如下：發(fā)酵得到的L-乳酸銨在90-100℃下與乙醇反應(yīng)，分離、收集乙醇；120℃下脫去反應(yīng)中的水；通過(guò)蒸餾提純得到的乳酸乙酯，在辛基錫存在下于160℃縮聚乳酸乙酯，并脫去乙醇。將得到的反應(yīng)液于200℃下蒸餾得到乳酸，產(chǎn)率為99.2%。在辛基錫存在下聚合乳酸制得乳酸。　NATL INST OF ADVANCED INDUSTRIAL SCIENCE TECHNOLOGY METI、 KONAN KAKO KK和 TOKIWA YUTAKA2001年8月21日公開(kāi)的日本專利JP 2001 224392，報(bào)道了采用水解酶代替有機(jī)金屬催化劑制備聚乳酸。 7制備方法 編輯 二步法制備聚乳酸 ⒈制備乳酸 我們用再生資源玉米，馬鈴薯為原料，利用微生物發(fā)酵法制備光學(xué)純L-乳酸或D-乳酸。而且L-乳酸較D-乳酸能完全被人體吸收，無(wú)任何毒副作用。 生產(chǎn)L-乳酸，所以我們采用國(guó)內(nèi)外通用的米根霉NAF-032。 ⑴制備米根霉孢子； ⑵將米根霉孢子制備成米根霉孢子乳懸液； ⑶將米根霉孢子乳懸液固定到固定化載體上得到固定化米根霉種子； ⑷將固定化米根霉種子接種到發(fā)酵培養(yǎng)基中進(jìn)行固定化發(fā)酵。 該方法培育出了高產(chǎn)的米根霉菌株并將其固定到棉布載體上得到固定化米根霉種子，在適宜的發(fā)酵條件進(jìn)行固定化發(fā)酵，馬鈴薯淀粉轉(zhuǎn)化率高，發(fā)酵產(chǎn)物的生物量高，L－乳酸收率高，成本低廉、步驟簡(jiǎn)捷、容易掌控等。 ⒉乳酸的酸化處理和提純分離 ⑴發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生一種乳酸鹽，因?yàn)榘l(fā)酵的pH值接近中性。需要把一定的乳酸鹽轉(zhuǎn)化成乳酸，通過(guò)直接添加硫酸到乳酸鹽溶液中，可以制得乳酸，對(duì)于結(jié)晶出的副產(chǎn)物二水合硫酸鈣。可以通過(guò)過(guò)濾的方法除去，當(dāng)然二水合硫酸鈣可以用作地面灌注石膏，例如將其作為干墻體、水泥和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的原料。生石膏是在生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的低價(jià)值的鹽，但是這個(gè)方法比較劃算，因?yàn)闅溲趸}和硫酸的成本低，而且生石膏還可以用作其他工業(yè)用途。其他將堿化和酸化兩個(gè)過(guò)程聯(lián)系在一起的方法也有過(guò)嘗試，例如用氨調(diào)節(jié)pH，用硫酸來(lái)酸化，從而得到硫酸銨作為副產(chǎn)物，硫酸銨可用作肥料。因?yàn)殇@鹽比氫氧化鈣價(jià)格高，而副產(chǎn)品硫酸銨的高價(jià)值正好彌補(bǔ)了這種差距，且硫酸銨相對(duì)于鈣鹽易溶于水，這有利于分離。 ⑵細(xì)胞去除 細(xì)胞去除方法的選擇主要取決于生產(chǎn)所使用的微生物。米根霉長(zhǎng)210－2500μm，直徑5－18μm，因?yàn)榧?xì)胞較小可以通過(guò)絮凝法去除。在發(fā)酵液中加入殼聚糖作為絮凝劑，調(diào)節(jié)ph為6.8，保溫，攪拌養(yǎng)絮，絮凝結(jié)束以后靜置1.5h后取上清液于離心管中，用離心機(jī)在4000r/min轉(zhuǎn)速下離心20min，分離出固體沉淀。 ⑶殘?zhí)恰埩襞囵B(yǎng)基和發(fā)酵副產(chǎn)物的分離 本項(xiàng)目采用溶劑萃取法。經(jīng)過(guò)溶劑萃取之后之后，乳酸溶液經(jīng)過(guò)活性炭、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂、陰離子交換樹(shù)脂后可以得到微黃色的去離子產(chǎn)物。 8市場(chǎng)應(yīng)用 編輯 PLA有很多的應(yīng)用，可以在擠出、注塑、拉膜、紡絲等多領(lǐng)域應(yīng)用，具體如下： 擠出級(jí)樹(shù)脂 擠出級(jí)樹(shù)脂是PLA的主要的市場(chǎng)應(yīng)用，主要用于大型超市里新鮮蔬果包裝，該類包裝已成為歐洲市場(chǎng)鏈中的重要一員；其次用于一些宣揚(yáng)安全、節(jié)能、環(huán)保的電子產(chǎn)品包裝上。在這些用途中PLA高透明度、高光澤度、高鋼性等優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)得淋漓盡致，已經(jīng)是PLA應(yīng)用的主導(dǎo)方向。另外，擠出級(jí)樹(shù)脂在園藝上的應(yīng)用也開(kāi)始獲得重視，在斜坡綠化、沙塵暴治理等領(lǐng)域已有所應(yīng)用。 然而，PLA的擠出加工卻并非易事，僅適合在一些先進(jìn)的PET擠出成型機(jī)上進(jìn)行加工，且擠出片材的厚度一般只在0.2-1.0mm范圍。加工過(guò)程對(duì)水 份含量及加工溫度尤其敏感，擠出加工時(shí)，一般要求其水份含量要小于50PPM，這對(duì)設(shè)備的干燥系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)又提出了新的要求。加工過(guò)程中，如果沒(méi)有適宜的結(jié)晶設(shè)備，邊料的回收也是一大難題，這也正是市場(chǎng)上有大量PLA邊角料在流通的原因。 注塑級(jí)樹(shù)脂 在PLA的注塑的市場(chǎng)應(yīng)用中，較為廣泛的是改性后的樹(shù)脂。盡管純PLA有著高透明度、高光澤度等優(yōu)點(diǎn)，但是其硬而脆、加工難度大且不耐熱等缺點(diǎn)影響了它在注塑方面的應(yīng)用。當(dāng)然，化學(xué)、塑料工業(yè)界都一直致力解決這些問(wèn)題。例如，利用BPM-500這種添加劑可以提高PLA的沖擊強(qiáng)度；加入少量一種名為Biomax Strong的乙烯基共聚物可以改進(jìn) PLA的韌性；與另一種生物降解樹(shù)脂PHA共混可以改善PLA的一些性能；另外，日本的科學(xué)家們則開(kāi)發(fā)出了一種添加紙漿的耐熱PLA樹(shù)脂。通過(guò)以上一些方式改性后的聚乳酸制品犧牲了透明性，但是卻改進(jìn)了聚乳酸在耐熱性、柔韌性、抗沖性等方面的缺陷，提高了其加工難易程度，因此應(yīng)用范圍也得到了拓展。在海正的注塑級(jí)樹(shù)脂銷售中大約有70%為改性聚乳酸。 而整體上，相對(duì)高昂的成本是阻礙PLA在注塑市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的最大原因。雖然純樹(shù)脂通過(guò)填充改性可以降低一些成本，但是在保證其性能的前提下，這一措施的作用也有限，如果需要在全生物降解這一前提之下改善PLA性能上的缺陷，比如耐熱性能，成本則更高。 其他牌號(hào)樹(shù)脂 雙向拉伸膜是目前為止應(yīng)用最成功的PLA膜，經(jīng)過(guò)雙向拉伸并熱定型的PLA膜耐熱溫度可提高到90℃，正好彌補(bǔ)了PLA不耐高溫這一缺陷。通過(guò)對(duì)雙向拉伸取向及定型工藝的調(diào)整，還可以控制BOPLA膜的熱封溫度在70～160℃。這一優(yōu)勢(shì)是普通BOPET所不具備的。另外，BOPLA膜透光率達(dá)到94%，霧度極低，表面光澤度也非常好，該類膜可用于鮮花包裝、信封透明窗口膜、糖果包裝等等。 PLA無(wú)紡布中已經(jīng)有應(yīng)用的是紡粘無(wú)紡布，因?yàn)橹袊?guó)限塑令的實(shí)施，這一無(wú)紡布在用于購(gòu)物袋的制作上較為熱門。而吹膜、淋膜這兩個(gè)領(lǐng)域則因?yàn)镻LA本身的一些特性缺陷，應(yīng)用情況還在進(jìn)一步探索中，一些成功的應(yīng)用案例是將PLA改性后使用。 心臟支架 可溶性聚乳酸支架旨在吸收現(xiàn)有器械的好處，而又不像金屬支架那樣留下“金屬蜘蛛”，這種“蜘蛛圖像”會(huì)出現(xiàn)在對(duì)病人拍攝X光片時(shí)，此時(shí)病人的冠狀動(dòng)脈完全支架化了?，F(xiàn)有的支架不會(huì)收縮，并且不會(huì)隨著動(dòng)脈的自然運(yùn)動(dòng)而擴(kuò)張。金屬支架可引發(fā)致命的血栓，并且有可能會(huì)對(duì)未來(lái)的檢測(cè)和手術(shù)產(chǎn)生干擾。 9應(yīng)用領(lǐng)域 編輯 汽車領(lǐng)域 日本東麗公司結(jié)合PLA樹(shù)脂改性技術(shù)、纖維制造技術(shù)和染色加工技術(shù)，開(kāi)發(fā)了以高性能PLA纖維為主要成份的車用腳墊和備用輪胎箱蓋。備用輪胎箱蓋已經(jīng)在豐田汽車公司2003年推出的全面改進(jìn)小型車“Raum”上使用。在繼腳墊和備用輪胎箱蓋開(kāi)發(fā)以后，東麗公司有開(kāi)發(fā)了適用于車門、輪圈、車座、天棚材料的其他汽車部件的PLA產(chǎn)品。 一次性用品領(lǐng)域 聚乳酸對(duì)人體絕對(duì)無(wú)害的特性使得聚乳酸在一次性餐具、食品包裝材料等一次性用品領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。其能夠完全生物降解也符合世界各國(guó)，特別是歐盟、美國(guó)及日本對(duì)于環(huán)保的高要求。但，采用聚乳酸原料所加工的一次性餐具存在著不耐溫、耐油等缺陷。這樣就造成其的功能作用大打折扣，以及在運(yùn)輸途中餐具變形、材質(zhì)變脆，造成大量次品。不過(guò)，經(jīng)過(guò)技術(shù)發(fā)展，市場(chǎng)已有經(jīng)過(guò)PLA改性后的材料，可以有效克服原粒的缺點(diǎn)，有的甚至耐熱溫度高達(dá)120度以上，可以用作微波爐用具材料。 電子領(lǐng)域 為了節(jié)省石油資源同時(shí)減少地球溫室效應(yīng)，進(jìn)一步拓展由可再生的生物資源制造而來(lái)的聚乳酸的應(yīng)用領(lǐng)域，日本許多公司對(duì)PLA在電子電器領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究并取得了卓越的成效。 日本NEC公司筆記本電腦部件材料 日本NEC公司開(kāi)發(fā)了以高性能的PLA/KENAF復(fù)合材料，它是經(jīng)過(guò)改性后的PLA，其改善PLA的耐沖性、耐熱性、剛性和阻燃性。應(yīng)用于2004年9月出售的“LaVie T”型手提電腦部件，2005年進(jìn)一步推廣應(yīng)用于“LaVie TW，VersaPro”型電腦部件。 日本富士通公司的筆記本電腦機(jī)殼材料 2002年日本富士同公司在上市的“FMV-BIBLO NB”系列筆記本電腦的紅外線接收部分采用了質(zhì)量0.2的純聚乳酸配件。在2005年富士通春季款筆記本電腦“FMV-BIBLO NB80K”的機(jī)殼中，全部采用由日本富士通公司、日本富士通研究所和日本東麗公司3家公司共同開(kāi)發(fā)的PLA/PC合金，機(jī)殼重約600G，PLA含量在50%左右。與采用石油類樹(shù)脂相比，僅機(jī)殼一項(xiàng)就能節(jié)約1L左右的使用用量。整個(gè)產(chǎn)品的生命周期中二氧化碳的排放量方面，對(duì)回收的樹(shù)脂進(jìn)行熱循環(huán)處理時(shí)，可比現(xiàn)有樹(shù)脂減少約15%。富士通最新款式筆記本電腦其外殼整體的93%幾乎都采用了PLA樹(shù)脂。 手機(jī)部件及機(jī)殼材料 NTT DoCoMo和索尼愛(ài)立信移動(dòng)通訊公司于2005年4月試制了在機(jī)殼中采用PLA的手機(jī)。該樣機(jī)子啊140G的自量中有22GPLA樹(shù)脂。2005年5月，NTT DoCoMo在市場(chǎng)售的“premini-ⅡS”手機(jī)中的1個(gè)按鈕采用PLA樹(shù)脂。2006年富士通、富士通研究所和東麗聯(lián)合開(kāi)發(fā)成功了耐沖擊性相當(dāng)于PLA1.5倍的PLA/PC合金，并用于手機(jī)外殼等部件。 日本索尼公司DVD影碟機(jī)殼材料 日本SONY公司2002年上市的“MVP-NS999ES”型DVD影碟機(jī)前面板采用了PLA材料，該公司與三菱樹(shù)脂進(jìn)一步研制出了無(wú)機(jī)物阻燃PLA材料，其中PLA含量為60%左右。該材料在2004年秋上市的“DVP-NS955V”型及“DVP-NS975V”型DVD影碟機(jī)前面板采用。通過(guò)改性后的PLA的強(qiáng)度與ABS樹(shù)脂相當(dāng)。同時(shí)通過(guò)改變調(diào)配添加物和加工條件，可以使用一般的射出成型機(jī)，成型效率與普通塑料一樣。 光盤盤片 2003年9月三洋Mavic Mcdia和三井化學(xué)公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)采用PLA為底板材料制造的面向音樂(lè)CD、VCD和CD-ROM盤片“MildDisc”。其稱1個(gè)玉米棒難生產(chǎn)10張CD盤片。該公司開(kāi)發(fā)出了高速而精密地轉(zhuǎn)印CD模型技術(shù)，通過(guò)嚴(yán)格模具溫度調(diào)節(jié)和對(duì)離子劑的改進(jìn)，生產(chǎn)了固化速度慢的聚乳酸CD盤片。通過(guò)使用生物降解樹(shù)脂能夠解決現(xiàn)有CD盤片廢棄時(shí)對(duì)環(huán)境造成的污染。PLA在燃燒時(shí)所消耗的能量比PC燃燒時(shí)所消耗的能量要少，從而減少二氧化碳的排量。若采用填埋方式，PLA在2-5年就能快速地生物降解，而PC則半永久地殘留在土壤中。 富士通公司的LSI包裝帶 2005年2月，富士通和富士通研究所聯(lián)合開(kāi)發(fā)了以PLA為原材料、面向手機(jī)的LS包裝帶。該產(chǎn)品的生命周期評(píng)測(cè)表明，在周期中全體CO2的排放量減少11%，制造過(guò)程中能量消耗少18%。經(jīng)過(guò)提高PLA強(qiáng)度和抗靜電及尺寸穩(wěn)定性改良后，其撕裂強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度時(shí)PC制備材料的兩倍以上，拉伸強(qiáng)度大約是1.5倍，耐折強(qiáng)度接近2倍，抗沖擊強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度也達(dá)到了制品所需要性能的要求。 生物醫(yī)藥領(lǐng)域 生物醫(yī)藥行業(yè)是聚乳酸最早開(kāi)展應(yīng)用的領(lǐng)域。聚乳酸對(duì)人體有高度安全性并可被組織吸收，加之其優(yōu)良的物理機(jī)械性能，還可應(yīng)用在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，如一次性輸液工具、免拆型手術(shù)縫合線、藥物緩解包裝劑、人造骨折內(nèi)固定材料、組織修復(fù)材料、人造皮膚等。高分子量的聚乳酸有非常高的力學(xué)性能，在歐美等國(guó)已被用來(lái)替代不銹鋼，作為新型的骨科內(nèi)固定材料如骨釘、骨板而被大量使用，其可被人體吸收代謝的特性使病人免收了二次開(kāi)刀之苦。其技術(shù)附加值高，是醫(yī)療行業(yè)發(fā)展前景的高分子材料。 聚乳酸復(fù)合纖維制備獲進(jìn)展 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所，近來(lái)取得了聚乳酸及其改性纖維制備與應(yīng)用的系列突破。為提高聚乳酸的強(qiáng)度和高溫尺寸穩(wěn)定性，研究人員采用液相恒溫浴 (LIB)技術(shù)并調(diào)控立構(gòu)復(fù)合晶，制備出包含納米尺度立構(gòu)復(fù)合晶微纖的聚乳酸復(fù)合纖維，將聚乳酸與聚羥基丁酸戊酸共聚酯反應(yīng)性共混，再經(jīng)熔融紡絲制得品質(zhì)優(yōu)異的新型生物基化學(xué)纖維——禾素纖維。 禾素纖維不僅具有從原料、生產(chǎn)到廢棄物處理的全過(guò)程綠色環(huán)保優(yōu)勢(shì)，而且在風(fēng)格與手感等方面與真絲、銅氨等高檔纖維品種相媲美，因而獲得國(guó)內(nèi)外多個(gè)紡織與制衣專業(yè)機(jī)構(gòu)和企業(yè)的高度評(píng)價(jià)，被列入《中國(guó)生物基纖維及其原料科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展(30年)路線圖》。[1] 10SPI標(biāo)識(shí) 編輯 由美國(guó)塑料工業(yè)協(xié)會(huì)（Society of Plastics Industry，SPI）規(guī)定聚乳酸的數(shù)字標(biāo)識(shí)碼為“7”。在比利時(shí)已經(jīng)開(kāi)始作為試點(diǎn)國(guó)家使用循環(huán)利用聚乳酸。聚乳酸的循環(huán)使用與其他聚合物不太相同的是，廢舊的聚乳酸塑料會(huì)被收集在特殊的容器中，通過(guò)熱解、水解等方法降解成為小分子單體，再通過(guò)生產(chǎn)商將單體乳酸合成為具有一定性能的聚乳酸原材料，再次進(jìn)入市場(chǎng)使用。 聚碳酸酯 聚碳酸酯（簡(jiǎn)稱PC）是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據(jù)酯基的結(jié)構(gòu)可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型。聚碳酸酯無(wú)色透明，耐熱，抗沖擊，阻燃BI級(jí)，在普通使用溫度內(nèi)都有良好的機(jī)械性能。其主要分為防靜電PC、導(dǎo)電PC、加纖防火PC、抗紫外線耐候PC、食品級(jí)PC、抗化學(xué)性PC。聚碳酸酯的應(yīng)用開(kāi)發(fā)是向高復(fù)合、高功能、專用化、系列化方向發(fā)展，應(yīng)用于光盤、汽車、辦公設(shè)備、箱體、包裝、醫(yī)藥、照明、薄膜等多種產(chǎn)品制造領(lǐng)域。 1術(shù)語(yǔ)簡(jiǎn)介 編輯 中文名：聚碳酸酯分子式 別名：聚碳酸脂 2,2-雙(4-羥基苯基) 丙烷聚碳酸酯 聚碳酸酯(阻燃) 聚碳酸酯(著色) 英文名：Polycarbonate 常用縮寫：PC 化學(xué)名：2,2'-雙（4-羥基苯基）丙烷聚碳酸酯 CAS編號(hào)：25037-45-0 分子式聚碳酸酯是一種強(qiáng)韌的熱塑性樹(shù)脂，其名稱來(lái)源于其內(nèi)部的CO3基團(tuán)?？捎呻p酚A和氧氯化碳（COCl2）合成。現(xiàn)較多使用的方法為熔融酯交換法（雙酚A和碳酸二苯酯通過(guò)酯交換和縮聚反應(yīng)合成）。 雙酚A和碳酸二苯酯反應(yīng)原理： 2主要性質(zhì) 編輯 化學(xué)性質(zhì) 聚碳酸酯（PC）是碳酸的聚酯類，碳酸本身并不穩(wěn)定，但其衍生物（如光氣，尿素，碳酸鹽，碳酸酯）都有一定穩(wěn)定性。[1] 按醇結(jié)構(gòu)的不同，可將聚碳酸酯分成脂族和芳族兩類。 脂族聚碳酸酯。如聚亞乙基碳酸酯，聚三亞甲基碳酸酯及其共聚物，熔點(diǎn)和玻璃化溫度低，強(qiáng)度差，不能用作結(jié)構(gòu)材料；但利用其生物相容性和生物可降解的特性，可在藥物緩釋放載體，手術(shù)縫合線，骨骼支撐材料等方面獲得應(yīng)用。 聚碳酸酯耐弱酸，耐弱堿，耐中性油。 聚碳酸酯不耐紫外光，不耐強(qiáng)堿。 PC是一種線型碳酸聚酯，分子中碳酸基團(tuán)與另一些基團(tuán)交替排列，這些基團(tuán)可以是芳香族，可以是脂肪族，也可兩者皆有。雙酚A型PC是最重要的工業(yè)產(chǎn)品。 PC是幾乎無(wú)色的玻璃態(tài)的無(wú)定形聚合物，有很好的光學(xué)性。PC高分子量樹(shù)脂有很高的韌性，懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度為600~900J/m，未填充牌號(hào)的熱變形溫度大約為130C ，玻璃纖維增強(qiáng)后可使這個(gè)數(shù)值增加10C。PC的彎曲模量可達(dá)2400MPa以上，樹(shù)脂可加工制成大的剛性制品。低于100C 時(shí)，在負(fù)載下的蠕變率很低。PC有較好的耐水解性，但不能用于重復(fù)經(jīng)受高壓蒸汽的制品。 PC主要性能缺陷是耐水解穩(wěn)定性不夠高，對(duì)缺口敏感，耐有機(jī)化學(xué)品性，耐刮痕性較差，長(zhǎng)期暴露于紫外線中會(huì)發(fā)黃。和其他樹(shù)脂一樣，PC容易受某些有機(jī)溶劑的浸濁。 PC材料具有阻燃性，耐磨。抗氧化性。 物理性質(zhì) 密度：1.18－1.22 g/cm^3 線膨脹率：3.810^-5 cm/C 熱變形溫度：135C 低溫-45C 聚碳酸酯無(wú)色透明，耐熱，抗沖擊，阻燃BI級(jí)，在普通使用溫度內(nèi)都有良好的機(jī)械性能。同性能接近聚甲基丙烯酸甲酯相比，聚碳酸酯的耐沖擊性能好，折射率高，加工性能好，不需要添加劑就具有UL94 V-0級(jí)阻燃性能。但是聚甲基丙烯酸甲酯相對(duì)聚碳酸酯價(jià)格較低，并可通過(guò)本體聚合的方法生產(chǎn)大型的器件。[2] 聚碳酸酯的耐磨性差。一些用于易磨損用途的聚碳酸酯器件需要對(duì)表面進(jìn)行特殊處理。 物性列表 1.18 g/cm³ ASTM D792, ISO 1183 熔流率 (260C/2.16 kg) 22 g/10 min ASTM D1238 溶化體積流率（MVR） (260C/2.16 kg) 23.5 cm³/10min ISO 1133 收縮率 - 流動(dòng) 0.40 到 0.60 % ASTM D955 吸水率 (23C, 24 hr) 0.40 % ASTM D570 螺旋流長(zhǎng)度 3 (260C) 額定值 單位 測(cè)試方法 比重 1.14 g/cm³ ASTM D792, ISO 1183 熔流率 (260C/5.0 kg) 20 g/10 min ASTM D1238 溶化體積流率（MVR） (260C/3.8 kg) 13.0 cm³/10min ISO 1133 3主要分類 編輯 防靜電PC，導(dǎo)電PC，加纖防火PC，抗紫外線耐候PC，食品級(jí)PC，抗化學(xué)性PC。 改性聚碳酸酯及用途 聚碳酸酯改性PC的目的是為了增韌，改良成型加工性能，減少殘余變形，增加阻燃性等，具體能改性PC的品種有： PC/ABS可提高彎曲模量、耐熱性、電鍍性能等。 PC/PET、PBT工可改善耐藥品性，耐溶劑料性等。 PC/PMMA加入有機(jī)玻璃可提高外觀珠光色彩。 PC/PA、 HIPS可提高沖擊韌性、表面光潔度。 PC/HDPE可改善耐沸水性、耐老化性、耐氣候性，而LDPE效果較差。 PC用玻纖或談纖維進(jìn)行增強(qiáng)改性，提高機(jī)械強(qiáng)度。 并用溴類阻燃劑和三氧化二銻，可制成阻燃級(jí)PC。 其他和聚砜、芳香族聚碳酸酯、聚甲醛、聚丙烯、聚苯乙烯都可以進(jìn)行共混改性，達(dá)到經(jīng)濟(jì)性和性能之間的平衡。 4應(yīng)用相關(guān) 編輯 應(yīng)用領(lǐng)域 聚碳酸酯聚碳酸酯的應(yīng)用開(kāi)發(fā)是向高復(fù)合、高功能、專用化、系列化方向發(fā)展，已推出了光盤、汽車、辦公設(shè)備、箱體、包裝、醫(yī)藥、照明、薄膜等多種產(chǎn)品各自專用的品級(jí)牌號(hào)。 建材行業(yè) 聚碳酸酯板材具有良好的透光性，抗沖擊性，耐紫外線輻射及其制品的尺寸穩(wěn)定性和良好的成型加工性能，使其比建筑業(yè)傳統(tǒng)使用的無(wú)機(jī)玻璃具有明顯的技術(shù)性能優(yōu)勢(shì)。中國(guó)建有聚碳酸酯建材中空板生產(chǎn)線20余條，年需用聚碳酸酯7萬(wàn)t左右，預(yù)計(jì)到2005年將達(dá)到14萬(wàn)t。 汽車制造業(yè) 聚碳酸酯具有良好的抗沖擊、抗熱畸變性能，而且耐候性好、硬度高，因此適用于生產(chǎn)轎車和輕型卡車的各種零部件，其主要集中在照明系統(tǒng)、儀表板、加熱板、除霜器及聚碳酸酯合金制的保險(xiǎn)杠等。根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)據(jù)，聚碳酸酯在電子電氣、汽車制造業(yè)中使用比例在40%～50%，中國(guó)在該領(lǐng)域的使用比例只占10%左右，電子電氣和汽車制造業(yè)是中國(guó)迅速發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，未來(lái)這些領(lǐng)域?qū)厶妓岽椎男枨罅繉⑹蔷薮蟮摹ｎA(yù)計(jì)2005年中國(guó)汽車總量將達(dá)300多萬(wàn)輛，屆時(shí)需求量也將達(dá)到3萬(wàn)t，因而聚碳酸酯在這一領(lǐng)域的應(yīng)用是極有拓展?jié)摿Φ摹? 醫(yī)療器械 由于聚碳酸酯制品可經(jīng)受蒸汽、清洗劑、加熱和大劑量輻射消毒，且不發(fā)生變黃和物理性能下降，因而被廣泛應(yīng)用于人工腎血液透析設(shè)備和其他需要在透明、直觀條件下操作并需反復(fù)消毒的醫(yī)療設(shè)備中。如生產(chǎn)高壓注射器、外科手術(shù)面罩、一次性牙科用具、血液分離器等。 航空、航天 隨著航空、航天技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)飛機(jī)和航天器中各部件的要求不斷提高，使得PC在該領(lǐng)域的應(yīng)用也日趨增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅一架波音型飛機(jī)上所用聚碳酸酯部件就達(dá)2500個(gè)，單機(jī)耗用聚碳酸酯約2噸。而在宇宙飛船上則采用了數(shù)百個(gè)不同構(gòu)型并由玻璃纖維增強(qiáng)的聚碳酸酯部件及宇航員的防護(hù)用品等。 包裝領(lǐng)域 在包裝領(lǐng)域出現(xiàn)的新增長(zhǎng)點(diǎn)是可重復(fù)消毒和使用的各種型號(hào)的儲(chǔ)水瓶。由于聚碳酸酯制品具有質(zhì)量輕，抗沖擊和透明性好，用熱水和腐蝕性溶液洗滌處理時(shí)不變形且保持透明的優(yōu)點(diǎn)，一些領(lǐng)域PC瓶已完全取代玻璃瓶。據(jù)預(yù)測(cè)，隨著人們對(duì)飲用水質(zhì)量重視程度的不斷提高，聚碳酸酯在這方面的用量增長(zhǎng)速度將保持在10%以上，預(yù)計(jì)到2005年將達(dá)到6萬(wàn)t。 電子電器 由于聚碳酸酯在較寬的溫、濕度范圍內(nèi)具有良好而恒定的電絕緣性，是優(yōu)良的絕緣材料。同時(shí)，其良好的難燃性和尺寸穩(wěn)定性，使其在電子電器行業(yè)形成了廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。聚碳酸酯樹(shù)脂主要用于生產(chǎn)各種食品加工機(jī)械，電動(dòng)工具外殼、機(jī)體、支架、冰箱冷凍室抽屜和真空吸塵器零件等。而且對(duì)于零件精度要求較高的計(jì)算機(jī)、視頻錄像機(jī)和彩色電視機(jī)中的重要零部件方面，聚碳酸酯材料也顯示出了極高的使用價(jià)值。 光學(xué)透鏡 聚碳酸酯以其獨(dú)特的高透光率、高折射率、高抗沖性、尺寸穩(wěn)定性及易加工成型等特點(diǎn)，在該領(lǐng)域占有極其重要的位置。采用光學(xué)級(jí)聚碳酸配制作的光學(xué)透鏡不僅可用于照相機(jī)、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡及光學(xué)測(cè)試儀器等，還可用于電影投影機(jī)透鏡、復(fù)印機(jī)透鏡、紅外自動(dòng)調(diào)焦投影儀透鏡、激光束打印機(jī)透鏡，以及各種棱鏡、多面反射鏡等諸多辦公設(shè)備和家電領(lǐng)域，其應(yīng)用市場(chǎng)極為廣闊。聚碳酸酯在光學(xué)透鏡方面的另一重要應(yīng)用領(lǐng)產(chǎn)品域便是作為兒童眼鏡、太陽(yáng)鏡和安全鏡和成人眼鏡的鏡片材料。世界眼鏡業(yè)聚碳酸酯消費(fèi)量年均增長(zhǎng)率一直保持在20%以上，顯示出極大的市場(chǎng)活力。 光盤 隨著信息產(chǎn)業(yè)的倔起，由光學(xué)級(jí)聚碳酸酯制成的光盤作為新一代音像信息存儲(chǔ)介質(zhì)，正在以極快的速度迅猛發(fā)展。聚碳酸酯以其優(yōu)良的性能特點(diǎn)因而成為世界光盤制造業(yè)的主要原料。世界光盤制造業(yè)所耗聚碳酸酯量已超過(guò)聚碳酸酯整體消費(fèi)量的20%，其年均增長(zhǎng)速度超過(guò)10%。中國(guó)光盤產(chǎn)量增長(zhǎng)迅速，據(jù)國(guó)家新聞出版總署公布的數(shù)字，2002年全國(guó)共有光盤生產(chǎn)線748條，年耗光學(xué)級(jí)聚碳酸酯約8萬(wàn)噸，且全部進(jìn)口。因而聚碳酸酯在光盤制造領(lǐng)域的應(yīng)用前景是極為廣闊的。[3] 主要用途 光學(xué)照明 用于制造大型燈罩、防護(hù)玻璃、光學(xué)儀器的左右目鏡筒等，還可廣泛用于飛機(jī)上的透明材料。 電子電器 聚碳酸酯是優(yōu)良的E（120℃）級(jí)絕緣材料，用于制造絕緣接插件、線圈框架、管座、絕緣套管、電話機(jī)殼體及零件、礦燈的電池殼等。也可用于制作尺寸精度很高的零件，如光盤、電話、電子計(jì)算機(jī)、視頻錄象機(jī)、電話交換器、信號(hào)繼電器等通訊器材。聚碳酸酯薄摸還被廣泛用作電容器、絕緣皮包、錄音帶、彩色錄象磁帶等。 機(jī)械設(shè)備 用于制造各種齒輪、齒條、蝸輪、蝸桿、軸承、凸輪、螺栓、杠桿、曲軸、棘輪，也可作一些機(jī)械設(shè)備殼體、罩蓋和框架等零件。 醫(yī)療器材 可作醫(yī)療用途的杯、筒、瓶以及牙科器械、藥品容器和手術(shù)器械，甚至還可用作人工腎、人工肺等人工臟器。 其它方面 建筑上用作中空筋雙壁板、暖房玻璃等；在紡織行業(yè)用作紡織紗管、紡織機(jī)軸瓦等；日用方面作奶瓶、餐具、玩具、模型、LED燈外殼和手機(jī)外殼等。 應(yīng)用舉例 聚碳酸酯紡織紗管的生產(chǎn)，選用光氣法生產(chǎn)的PC為原料，其中新料為80%，再生料為20%。其生產(chǎn)工藝流程如下： 聚碳酸酯配料→干燥→注射→修整→拋光→熱處理→制品。 烘箱干燥溫度115-120℃， 16-20小時(shí)，物料在料盤上厚度為30毫米以下，使樹(shù)脂含水量在0.03%以下。 料筒三區(qū)溫度為200-220、 250-280、 260-290℃，噴咀溫度比料筒稍低些，低5-10℃。注射壓力4-6兆帕，成型周期25秒，熱處理溫度115-120℃， 1小時(shí)，要采用倒懸式進(jìn)行熱處理。 該紗管比木質(zhì)紗管使用壽命長(zhǎng)3倍、尺寸穩(wěn)定、耐候性好，不起毛、光潔度好，能提供各種顏色的紗管，便于搞好班組經(jīng)濟(jì)核算。 對(duì)子廢舊再生PC料，還可以進(jìn)行增韌處理，頂替新料使用。可在再生PC料中，共混少量的尼龍樹(shù)脂，或高抗沖聚苯乙烯樹(shù)脂，可使制品的沖擊強(qiáng)度提高1倍以上，彎曲強(qiáng)度也有改善，對(duì)樹(shù)脂的加工性能、表面光鐸均有所提高了很多。 此外，由于尼龍?jiān)谌廴跁r(shí)粘度極低，能對(duì)共混體系中的顏料有優(yōu)良的浸潤(rùn)包復(fù)作用，破壞了顏料較子的聚集給構(gòu)，增加了顏料分散性，為此可降低顏料用最的20%。 擠出聚碳酸酯板 PC料一定要干燥，使之含水量降到0.02%以下。PC板原料的分子量應(yīng)選在3.5萬(wàn)為好。 擠出機(jī)螺桿長(zhǎng)徑比為20：1，桿中的加料段和計(jì)量段長(zhǎng)度各占全長(zhǎng)的25%，而且螺槽深度一定，壓縮段長(zhǎng)度為全長(zhǎng)的一半。螺桿壓縮比為2.5-3;螺槽深度一般應(yīng)小于4毫米;用銷釘螺桿混煉效果更好。 過(guò)遮網(wǎng)組可采用80/120/200/120/80目型式。 衣架式機(jī)頭比較常用，但造價(jià)較貴。 壓延方法 片材的壓延方法有水平方向擠出壓延片，傾斜方向擠出壓延片，向下或向上擠出壓延片。但目前最好的是輥筒傾斜壓延法。 典型的PC板擠出條件： 機(jī)簡(jiǎn)溫度260、 280、300℃，機(jī)頭溫度2801C、壓延輥筒溫度：上輥121-135℃、中輥129-139℃、下輥132--150℃，螺桿轉(zhuǎn)速12-24轉(zhuǎn)/分，過(guò)濾網(wǎng)組40/60/100目。 PC板可用于汽車，飛機(jī)風(fēng)擋玻璃，波紋板，折板，建筑窗玻璃，體育設(shè)施天棚玻璃等。 其他：PC可和ABS共混，提高沖擊強(qiáng)度，ABS添加量為50%時(shí)，提高幅度最大。ABS含量過(guò)少時(shí)如3%，沖擊強(qiáng)度反而下降。 PC可和HDPE共混，共中HDPE含量為30%時(shí)共混效采較好，可改善沖擊強(qiáng)度，加工流動(dòng)性能提高，易于充模。LDPE共餛效果很差，出現(xiàn)分層，不能使用。 薄膜制造 PC還可做成薄膜，其抗穿刺強(qiáng)度高，適合于焊接，熱封。PC膜表面張力大，在印刷前不需進(jìn)行電暈處理，電鍍性能也好。可用于醫(yī)藥，食品包裝，與紙板復(fù)合作裝飾板等。 合成加工 合成 工業(yè)上應(yīng)用的聚碳酸酯主要由雙酚A和光氣來(lái)合成，其主鏈含有苯環(huán)和四取代的季碳原子，剛性和耐熱性增加，Tm=265-270℃，Tg=149℃，可在15-130℃內(nèi)保持良好地力學(xué)性能，抗沖性能和透明性特好，尺寸穩(wěn)定，耐蠕變，性能優(yōu)于滌綸聚酯，是重要的工程塑料。但聚碳酸酯易應(yīng)力開(kāi)裂，受熱時(shí)易水解，加工前應(yīng)充分干燥。 聚碳酸酯的制法有酯交換法和光氣直接法。 （1）酯交換法 原理與生產(chǎn)滌綸聚酯的酯交換法相似。雙酚A與碳酸二苯酯熔融縮聚，進(jìn)行酯交換，在高溫減壓條件下不斷排除苯酚，提高反應(yīng)程度和分子量。 酯交換法需用催化劑，分兩個(gè)階段進(jìn)行：第一階段，溫度180-200℃，壓力270-400Pa，反應(yīng)1-3h,轉(zhuǎn)化率為80%-90%；第二階段，290-300℃,130Pa以下，加深反應(yīng)程度。起始碳酸二苯酯應(yīng)過(guò)量，經(jīng)酯交換反應(yīng)，排出苯酚，由苯酚排出量來(lái)調(diào)節(jié)兩基團(tuán)數(shù)比，控制分子量。 聚碳酸酯苯酚沸點(diǎn)高，從高粘熔體中脫除并不容易。與滌綸聚酯相比，聚碳酸酯的熔體粘度要高得多，例如分子量3萬(wàn)，300℃時(shí)的粘度達(dá)600Pas，對(duì)反應(yīng)設(shè)備的攪拌混合和傳熱有著更高的要求。因此，酯交換法聚碳酸酯的分子量受到了限制，多不超出3萬(wàn)。 （2）光氣直接法 光氣屬于酰氯，活性高，可以與羥基化合物直接酯化。光氣法合成聚碳酸酯多采用界面縮聚技術(shù)。雙酚A和氫氧化鈉配成雙酚鈉水溶液作為水相，光氣的有機(jī)溶液（如二氯甲烷）為另一相，以胺類（如四丁基溴化銨）作催化劑，在50℃下反映。反映主要在水相一側(cè)，反應(yīng)器內(nèi)的攪拌要保證有機(jī)相中的光氣及時(shí)地?cái)U(kuò)散至界面，以供反映。光氣直接法比酯交換法經(jīng)濟(jì)，所得分子量也較高。 界面縮聚是不可逆反應(yīng)，并不嚴(yán)格要求兩基團(tuán)數(shù)相等，一般光氣稍過(guò)量，以彌補(bǔ)水解損失?？杉由倭繂喂倌軋F(tuán)苯酚進(jìn)行端基封鎖，控制分子量。聚碳酸酯用雙酚A的純度要求高，有特定的規(guī)格，不宜含有單酚和三酚，否則，得不到高分子量的聚碳酸酯，或產(chǎn)生交聯(lián)。 加工 PC可注塑、擠出、模壓、吹塑、熱成型、印刷、粘接、涂覆和機(jī)加工，最重要的加工方法是注塑。成型之前必須預(yù)干燥，水分含量應(yīng)低于0.02%，微量水份在高溫下加工會(huì)使制品產(chǎn)生白濁色澤，銀絲和氣泡，PC在室溫下具有相當(dāng)大的強(qiáng)迫高彈形變能力。沖擊韌性高，因此可進(jìn)行冷壓，冷拉，冷輥壓等冷成型加工。擠出用PC分子量應(yīng)大于3萬(wàn)，要采用漸變壓縮型螺桿，長(zhǎng)徑比1：18~24，壓縮比1：2.5，可采用擠出吹塑，注-吹、注-拉-吹法成型高質(zhì)量，高透明瓶子。PC合金種類繁多，改進(jìn)PC熔體粘度大（加工性）和制品易應(yīng)力開(kāi)裂等缺陷， PC與不同聚合物形成合金或共混物，提高材料性能。具體有PC/ABS合金，PC/ASA合金、 PC/PBT合金、PC/PET合金、PC/PET/彈性體共混物、PC/MBS共混物、PC/PTFE合金、PC/PA合金等，利有兩種材料性能優(yōu)點(diǎn)，并降低成本，如PC/ABS合金中，PC主要貢獻(xiàn)高耐熱性，較好的韌性和沖擊強(qiáng)度，高強(qiáng)度、阻燃性， AB