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追踪聚合物材料的历史:第11部分

聚碳酸酯是如何通过两个行业巨头的努力,几乎同时出现的。

在整个20世纪30年代,新聚合物的开发和商业化速度非常快。PVC、聚苯乙烯、聚乙烯、丙烯酸和可塑纤维素都是在这十年中成熟的。到了20世纪40年代,聚苯乙烯的性能得到了提高,因为添加了丁二烯橡胶,以提高这种通用材料的冲击力,但却牺牲了它的透明度。聚苯乙烯的性能也得到了扩展,与丙烯腈共聚制成了SAN,一种透明的材料,具有更好的耐热和耐化学性。这种材料还通过添加丁二烯橡胶来增韧,从而制成ABS,同样,透明也是一个牺牲品。

在任何需要透明度、耐热性和韧性的地方,聚碳酸酯都是首选材料。

在任何需要透明度、耐热性和韧性的地方,聚碳酸酯都是首选材料。(图片:普立万)

今天,我们认为早期的透明聚合物通常要么硬而脆,如SAN和丙烯酸,要么软而韧,如纤维素。但在这个早期发展时期,许多材料被作为玻璃的安全替代品提供。丙烯酸尤其如此,它在很大程度上是通过像奥托·罗姆这样的化学家的努力发展起来的。丙烯酸仍然是一种非常通用的玻璃替代品,很大程度上由于他们杰出的抗风化和紫外线辐射的影响。但是在20世纪50年代早期,随着一种全新的化学物质——聚碳酸酯的出现,柔软透明材料和坚硬易碎透明材料之间的妥协发生了巨大的变化。

PC的发展,分享共同的主题与许多我们以前讨论过的材料。它的发展发生在时间与多个出师不利较长的时间。这是最终成功的商业材料的发现是偶然的,它在世界各地几乎同时出现。虽然我们的PC生产的开始与20世纪50年代末关联时,材料首先在实验室由德国化学家阿尔弗雷德·艾因霍恩,谁曾创建于1898年,在慕尼黑大学,阿道夫·冯·贝耶尔教授,诺贝尔奖获得者化学家谁第一合成,然后弃酚。

艾因霍恩最为人所知的是他是第一个合成局部麻醉剂普鲁卡因的人,后者后来被称为诺佛卡因。但在19世纪90年代,艾因霍恩试图通过对苯二酚与光气反应合成环状碳酸酯并生产聚碳酸酯。许多化学家在实验室里进行了30年的实验,但没有取得商业上的成功。

但这种化学反应是最终产生我们今天使用的聚合物的原型。1928年,华莱士·卡罗瑟斯和他在杜邦的团队在开发聚酯和尼龙的同时也生产个人电脑。从化学上来说,PC和聚酯有很多相似之处,Carothers用来生产材料的缩合反应与最终用于聚合聚碳酸酯的缩合反应非常相似。

虽然我们在50年代后期电脑制作的开始相关联,该材料首先在实验室于1898年创建的。

但Carothers生产的材料具有脂肪族主链结构,而不是商品产品的芳香主链结构。因此,这些早期聚碳酸酯的热、机械和化学性能被认为是无用的,这些材料也被搁置了。

直到1953年,Hermann Schnell和他的团队,在德国乌丁根的拜耳工厂工作,创造了聚碳酸酯的版本,成为其目前商业成功的平台。一周后,通用电气(General Electric)的丹•福克斯(Dan Fox)在开发一种新的电线绝缘材料时,偶然发现了同一种化合物。这两种聚合物的化学性质相同,但结构不同。拜耳的这种材料在1955年被命名为Makrolon,是一种线性聚合物,而通用电气的发现是一种分支材料。

这两种材料的性能非常相似。它们是透明的,尽管最初的版本有一种琥珀色,直到1971年消除了化学杂质后才溶解。材料的软化点约为50ºC(90ºF)比任何已知的透明材料的高,远高于水的沸点。他们拥有延展性的水平远远超过当时已知的任何其他透明材料。换句话说,聚碳酸酯延长的,可以通过超越任何明确的聚合物以前已经能够满足应用的范围。

通用电气和拜耳生产的个人电脑在化学成分上相同,但在结构上不同。

两家大公司几乎同时开发这种聚合物,可以预期会产生显著水平的法律活动。但与HDPE和PP开发过程中长达30年的漫长法律诉讼不同,这场潜在的个人电脑版权之争很快就得到了解决,最终获得优先权的公司将向另一家公司授予许可证。拜耳(Bayer)获得了优先权,不过如果你读过通用电气(General Electric)在上世纪七八十年代的销售资料,或者你去过马萨诸塞州的匹茨菲尔德(pittsburgh),你就会发现,拜耳(Bayer)获得了优先权。在此期间,如果你认为所有与个人电脑相关的知识产权都在通用电气的大厅里,这是可以理解的。

1978年我在圣诞节期间访问皮茨菲尔德。当时GE就业人员达5000人的小镇,刚刚超过5万人口。这些员工供职于电力变压器事业部,海军条例司,或在塑料事业。正如我们在GE设施开车,我注意到,在前两个配合前面的节日装饰,而塑料业务部的前建筑看起来像切维蔡斯在电影中的房子被断然低调“圣诞假期”。我与评论说,很容易分辨出哪分裂使所有的利润旅行的人。

如今,无论是拜耳还是通用电气都没有这种突破性材料的所有权。2006年,通用电气将其整个塑料部门出售给了沙特阿拉伯基础工业公司(SABIC)。2015年,拜耳的材料科学部门将聚合物业务剥离给了Covestro,而在这位领导者的指导下,拜耳在上世纪80年代和90年代初为通用电气在聚合物共混物方面进行了出色的研究。它是对塑料行业在过去20年里如何从快速增长的业务转变为更成熟的努力的评论,以及大公司对资本投资的重点如何从聚合物世界转移。

然而,在发现后的几年是令人兴奋的时代。聚碳酸酯的生产于1958年,并在通用电气公司于1960年申请在电气和电子领域,建筑和照明,食品包装,汽车和航空航天工业和医疗设备发展迅速开始在拜耳。在被要求的透明度和韧性的任何应用程序,PC成为首选材料。这包括眼镜,挡风玻璃,摩托车和全地形车,甚至是飞机驾驶舱檐篷整流罩和安全屏蔽。该聚合物被证明是非常通用的,可制造在膜,在那里它发现用作非常有效的电绝缘体的形式,但也贷款本身吹塑,挤出,注塑,和热成型。

在被要求的透明度和韧性的任何应用程序,PC成为首选材料。

1981年材料输入的数据存储市场与创建第一光盘,其次是DVD光盘后不久。该材料的高玻璃化转变温度使得它适合于通过蒸汽和高压灭菌技术灭菌,并与所述无定形结构的聚合物主链的芳族化学也使得对高能量灭菌技术诸如γ和领先的候选电子束。成绩已经开发了生物相容性以及与食品接触的是符合标准。UV稳定的等级被开发以该材料的效用延伸到户外应用。第一阻燃等级是在1970年开发的。

聚碳酸酯也一直在共混物中的最经常使用的聚合物之一。这些改进的一些属性在材料被认为是脆弱的地区。共混物已与ABS,SAN,ASA,聚酯和聚氨酯创建。全球产能在2016年共聚物达到了10十亿磅与聚酯有着密切的扩展工作温度200C (392f)和硅氧烷化学的加入提高了聚合物主链的耐水解性和环境应力开裂性,这两个影响一直是材料性能的显著弱点。

尽管取得了这些成功,个人电脑的历史也并非没有挑战。我们将在下一期文章中介绍其中的一些内容。

作者简介:Michael Sepe是一家独立的材料和加工顾问公司,总部设在亚利桑那州的塞多纳。,客户遍及北美、欧洲和亚洲。他在塑料行业有超过45年的经验,帮助客户选择材料,设计制造,工艺优化,故障排除和故障分析。联系方式:(928)203-0408mike@thematerialanalyst.com

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