पॉलीकार्बोनेट (संक्षेप में पीसी)

पॉलीकार्बोनेट (पीसी) एक रैखिक थर्मोप्लास्टिक इंजीनियरिंग प्लास्टिक है जिसमें कार्बोनेट समूह होते हैं। 1950 के दशक में अपने औद्योगीकरण के बाद से, यह अपनी उत्कृष्ट पारदर्शिता, प्रभाव प्रतिरोध और ऊष्मा प्रतिरोध के कारण उच्च-स्तरीय विनिर्माण में एक अनिवार्य प्रमुख सामग्री बन गया है। एयरोस्पेस में पारदर्शी घटकों से लेकर रोज़मर्रा के चश्मे के लेंस तक, शिशु की बोतलों से लेकर बुलेटप्रूफ ग्लास तक, पीसी ने अपने अद्वितीय व्यापक प्रदर्शन के साथ कई क्षेत्रों में अपूरणीय लाभ प्रदर्शित किए हैं, साथ ही पर्यावरणीय नवाचार और तकनीकी उन्नयन में अपनी अनुप्रयोग सीमाओं का निरंतर विस्तार किया है।

1、 आणविक संरचना और कोर विशेषताएँ

पीसी की उत्कृष्टता इसकी अनूठी आणविक श्रृंखला संरचना में निहित है। पुनरावर्ती इकाइयों में निहित बेंजीन वलय और कार्बोनेट समूह एक कठोर और लचीले आणविक ढाँचे का निर्माण करते हैं: बेंजीन वलय पदार्थ को कठोरता और ऊष्मा प्रतिरोध प्रदान करता है, जबकि कार्बोनेट समूहों में ईथर बंध एक निश्चित स्तर का लचीलापन प्रदान करते हैं। यह संरचना पीसी को उत्कृष्ट प्रभाव प्रतिरोध के साथ-साथ उच्च शक्ति बनाए रखने में सक्षम बनाती है।

यांत्रिक गुणों में उत्कृष्ट प्रदर्शन

पीसी का प्रभाव प्रतिरोध इसकी सबसे महत्वपूर्ण विशेषता है, जिसकी नोच प्रभाव शक्ति 60-80 के.जे./m² तक होती है, जो साधारण काँच से 250 गुना और पीएमएमए से 30 गुना अधिक है। यह -40 डिग्री सेल्सियस पर भी अपनी प्रभाव कठोरता का 70% से अधिक बनाए रख सकता है, जिससे यह प्रभाव प्रतिरोध की आवश्यकता वाले परिदृश्यों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इसकी तन्य शक्ति 60-70MPa है, बंकन मापांक 2200-2400MPa है, और इसकी कठोरता अधिकांश सामान्य प्लास्टिक से बेहतर है, जो संरचनात्मक घटकों की यांत्रिक आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है। हालाँकि, पीसी का घिसाव प्रतिरोध कम होता है और घर्षण गुणांक अधिक (0.3-0.4) होता है, जिसे स्नेहक मिलाकर या पीटीएफई के साथ मिलाकर सुधारा जाना चाहिए।

ऑप्टिकल और थर्मल प्रदर्शन लाभ

पीसी में उत्कृष्ट पारदर्शिता है, जिसमें 89% -90% तक प्रकाश संप्रेषण, 1% से कम धुंध, पीएमएमए और कांच के करीब, और पराबैंगनी किरणों के लिए कम संप्रेषण (300nm से नीचे लगभग कोई संप्रेषण नहीं) है, जो इसे सनस्क्रीन लेंस और बाहरी पारदर्शी घटकों के निर्माण के लिए उपयुक्त बनाता है। इसका ताप विरूपण तापमान (एचडीटी, 1.82MPa) 130-140 ℃ है, और इसका निरंतर उपयोग तापमान 120-130 ℃ है। इसे उबलते पानी के तापमान पर थोड़े समय के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, जो पेट और पी.एस. जैसी सामग्रियों से बेहतर है। पीसी में रैखिक विस्तार का कम गुणांक (6-7 × 10 ⁻⁵/℃) है, अच्छी आयामी स्थिरता है, और यह सटीक घटकों के उत्पादन के लिए उपयुक्त है।

रासायनिक और प्रसंस्करण विशेषताएँ

पीसी में जल, तनु अम्लों और लवण विलयनों के प्रति अच्छी सहनशीलता होती है, लेकिन कीटोन, एस्टर और सुगंधित हाइड्रोकार्बन जैसे कार्बनिक विलायकों द्वारा संक्षारित हो सकता है। इसका प्रसंस्करण प्रदर्शन विशेष है, जिसमें उच्च पिघलन श्यानता होती है, जिसके लिए उच्च तापमान (260-300 ℃) और दबाव पर ढलाई की आवश्यकता होती है, और इसकी नमी अवशोषण क्षमता (संतुलित जल अवशोषण दर 0.3%) प्रबल होती है। प्रसंस्करण से पहले, इसे पूरी तरह सुखाया जाना चाहिए (नमी की मात्रा ≤ 0.005%), अन्यथा बुलबुले और चांदी के तार जैसे दोष उत्पन्न हो सकते हैं। पीसी को इंजेक्शन मोल्डिंग, एक्सट्रूज़न, ब्लो मोल्डिंग और अन्य प्रक्रियाओं के माध्यम से ढाला जा सकता है, जो जटिल आकृतियों वाले पारदर्शी उत्पादों के उत्पादन के लिए उपयुक्त है। हालाँकि, ढलाई की सिकुड़न दर कम (0.5% -0.7%) होती है, और आंतरिक तनाव को कम करने के लिए साँचे के तापमान पर सटीक नियंत्रण आवश्यक होता है।

2、 उत्पादन प्रक्रिया और कच्चे माल के स्रोत

पीसी की उत्पादन प्रक्रिया जटिल है और इसमें उच्च तकनीकी बाधाएँ हैं। इसका मूल बिस्फेनॉल ए और डाइफेनिल कार्बोनेट की संघनन अभिक्रिया द्वारा बहुलक श्रृंखलाएँ बनाना है। कच्चे माल की शुद्धता और प्रक्रिया नियंत्रण सीधे उत्पाद के प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं।

कच्चा माल प्रणाली और औद्योगिक श्रृंखला

पीसी के लिए मुख्य कच्चे माल बिस्फेनॉल ए (बीपीए) और डाइफेनिल कार्बोनेट (डीपीसी) हैं, जिसमें बिस्फेनॉल ए कच्चे माल की लागत का 70% से अधिक हिस्सा है। यह अम्लीय उत्प्रेरकों के तहत फिनोल और एसीटोन के संघनन द्वारा उत्पादित होता है; डाइफेनिल कार्बोनेट का उत्पादन फॉस्जीन या ऑक्सीडेटिव कार्बोनिलीकरण प्रतिक्रिया के साथ फिनोल की प्रतिक्रिया के माध्यम से किया जाता है। पारंपरिक प्रक्रियाओं में फॉस्जीन का उपयोग सुरक्षा के लिए खतरा पैदा करता है, और वर्तमान में पर्यावरण के अनुकूल गैर फॉस्जीन विधि (एस्टर एक्सचेंज विधि) मुख्यधारा बन गई है। बिस्फेनॉल ए और डाइफेनिल कार्बोनेट दोनों पेट्रोकेमिकल उद्योग श्रृंखला से आते हैं। हाल के वर्षों में, जैव आधारित बिस्फेनॉल ए के अनुसंधान और विकास में प्रगति हुई है

मुख्यधारा उत्पादन प्रक्रियाओं की तुलना

पीसी के औद्योगिक उत्पादन के लिए दो मुख्य प्रक्रियाएँ हैं: पिघल एस्टर विनिमय विधि और अंतरापृष्ठ संघनन विधि। पिघल एस्टर विनिमय विधि में उच्च तापमान (200-300 ℃) और निर्वात स्थितियों में बिस्फेनॉल ए और डाइफेनिल कार्बोनेट के बीच एस्टर विनिमय अभिक्रिया होती है, जिससे फिनोल के छोटे अणु निकल जाते हैं और पीसी पिघल बनता है। इस प्रक्रिया में विलायकों की आवश्यकता नहीं होती है और यह पर्यावरण के लिए अच्छा है, लेकिन इसके लिए उच्च उपकरण सीलिंग आवश्यकताओं की आवश्यकता होती है, जो इसे निम्न से मध्यम आणविक भार पीसी (आंतरिक श्यानता 0.3-0.6dL/g) के उत्पादन के लिए उपयुक्त बनाती है। अंतरापृष्ठ संघनन विधि जलीय और कार्बनिक प्रावस्थाओं के बीच अंतरापृष्ठ पर अभिक्रिया करती है। बिस्फेनॉल ए सोडियम लवण और फॉस्जीन डाइक्लोरोमेथेन में संघनन से गुजरते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक उच्च आणविक भार उत्पाद (आंतरिक श्यानता 0.6-1.0 डेली/g) प्राप्त होता है। हालाँकि, इसमें क्लोरीन युक्त अपशिष्ट जल के उपचार की आवश्यकता होती है और यह उच्च पर्यावरणीय दबाव का सामना करता है। वर्तमान में, इसे धीरे-धीरे पिघलने की विधि द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है।

बहुलकीकरण पूरा होने के बाद, पीसी मेल्ट को बाहर निकालकर पारदर्शी कणों में बदल दिया जाता है, और आवश्यकतानुसार एंटीऑक्सीडेंट (उच्च तापमान क्षरण को रोकने के लिए), यूवी अवशोषक (मौसम प्रतिरोध में सुधार के लिए), और रिलीज एजेंट (प्रसंस्करण क्षमता में सुधार के लिए) जैसे योजक मिलाए जाते हैं। खाद्य ग्रेड पीसी के लिए बिस्फेनॉल ए अवशेष (≤ 0.05 मिग्रा/किग्रा) पर सख्त नियंत्रण की आवश्यकता होती है, जबकि मेडिकल ग्रेड पीसी के लिए जैव-संगतता प्रमाणन (जैसे यूएसपी क्लास छठी) की आवश्यकता होती है।

3、 वर्गीकरण प्रणाली और संशोधन प्रौद्योगिकी

पीसी ने आणविक भार विनियमन और संशोधन प्रौद्योगिकी के माध्यम से एक विविध उत्पाद प्रणाली बनाई है, जो विभिन्न परिदृश्यों की प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है। मुख्य वर्गीकरण विधियों में आणविक भार, कार्यात्मक विशेषताएँ और प्रसंस्करण विधियाँ शामिल हैं।

बुनियादी वर्गीकरण और विशिष्ट ग्रेड

आंतरिक श्यानता (आणविक भार सूचकांक) के अनुसार, इसे निम्न श्यानता (0.3-0.5 डेली/g, उच्च प्रवाहशीलता, पतली दीवार वाली इंजेक्शन मोल्डिंग के लिए उपयुक्त), मध्यम श्यानता (0.5-0.7 डेली/g, सार्वभौमिक परिदृश्य), और उच्च श्यानता (0.7-1.0 डेली/g, उच्च शक्ति, एक्सट्रूडेड शीट और ब्लो मोल्डिंग के लिए उपयुक्त) में विभाजित किया जा सकता है। कार्यात्मक विशेषताओं के अनुसार, इसे सामान्य ग्रेड (मूल प्रदर्शन, पारदर्शी घटकों के लिए प्रयुक्त), मौसम प्रतिरोध ग्रेड (पराबैंगनी अवशोषक के साथ, बाहरी उत्पादों के लिए प्रयुक्त), ज्वाला मंदक ग्रेड (यूएल94 V0 स्तर द्वारा प्रमाणित, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए प्रयुक्त), और चिकित्सा ग्रेड (कम घुलनशीलता, चिकित्सा उपकरणों के लिए प्रयुक्त) में विभाजित किया गया है।

संशोधन प्रौद्योगिकी और मिश्र धातु सामग्री

पीसी की संशोधन तकनीक का उपयोग मुख्य रूप से इसके खराब घिसाव प्रतिरोध और अपर्याप्त रासायनिक प्रतिरोध की भरपाई के लिए किया जाता है: सुदृढीकरण संशोधन के लिए ग्लास फाइबर (10% -40%) जोड़ना, तन्य शक्ति को 100-150MPa तक बढ़ाना, और गर्म विरूपण तापमान को 160-180 ℃ तक बढ़ाना, संरचनात्मक घटकों के निर्माण के लिए उपयुक्त; पीटीएफई और सिलिकॉन जैसे स्नेहक के साथ घिसाव प्रतिरोध को संशोधित करना, घर्षण गुणांक को 50% से अधिक कम करना, बीयरिंग और गियर जैसे गतिशील भागों के लिए उपयोग किया जाता है; विलायक प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए रासायनिक प्रतिरोधी संशोधन को पेट, पीबीटी और अन्य सामग्रियों के साथ मिश्रित किया जाता है। उदाहरण के लिए, पीसी/पेट मिश्र धातु, पीसी के ताप प्रतिरोध और पेट के रासायनिक प्रतिरोध को जोड़ती है, और इसका व्यापक रूप से ऑटोमोटिव इंटीरियर में उपयोग किया जाता है।

पीसी मिश्र धातु इसके अनुप्रयोगों के विस्तार की एक महत्वपूर्ण दिशा है। पीसी/एबीएस मिश्र धातु कुल पीसी मिश्र धातु का 70% से अधिक है, जिसकी प्रभाव शक्ति 20-50kJ/m², गर्म विरूपण तापमान 100-120 ℃ और शुद्ध पीसी की तुलना में कम लागत है। पीसी/पीईटी मिश्र धातु तेल प्रतिरोध और प्रसंस्करण क्षमता में सुधार करती है, और इसका उपयोग ऑटोमोटिव इंजन के परिधीय घटकों के लिए किया जाता है; पीसी/पीएमएमए मिश्र धातु पीसी के खरोंच प्रतिरोध में सुधार करती है और इसका उपयोग मोबाइल फोन केस और लेंस के लिए किया जाता है।

4、 विविध अनुप्रयोग क्षेत्र

पारदर्शिता, उच्च शक्ति और ताप प्रतिरोध के संयुक्त लाभों के साथ पीसी, इलेक्ट्रॉनिक्स, ऑटोमोटिव, चिकित्सा और निर्माण जैसे क्षेत्रों में एक प्रमुख स्थान रखता है, और उच्च-स्तरीय विनिर्माण के लिए एक ऐतिहासिक सामग्री है।

इलेक्ट्रॉनिक्स और 3C उद्योग: पारदर्शिता और सुरक्षा पर समान जोर

इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्र पीसी का सबसे बड़ा बाज़ार है, जहाँ फ़ोन केस और लैपटॉप स्क्रीन फ़्रेम पीसी/एबीएस मिश्र धातु के प्रभाव प्रतिरोध और आयामी स्थिरता का उपयोग करते हैं; मॉनिटर और टीवी का फ्रंट फ़्रेम अग्निरोधी पीसी से बना है, जो अग्नि सुरक्षा आवश्यकताओं को पूरा करता है। 3C उत्पादों के पारदर्शी घटक, जैसे मोबाइल फ़ोन कैमरों और टैबलेट केसिंग के लिए सुरक्षात्मक लेंस, 90% प्रकाश संचरण और प्रभाव प्रतिरोध के साथ खरोंच प्रतिरोधी पीसी (सतह सख्त उपचार) से बने होते हैं। इसके अलावा, एलईडी लैंपशेड और ऑप्टिकल लेंस भी पीसी की पारदर्शिता और ऊष्मा प्रतिरोध (एलईडी ऊष्मा अपव्यय के अनुकूल होने के लिए) पर निर्भर करते हैं।

ऑटोमोटिव उद्योग: सुरक्षा और हल्केपन का संयोजन

ऑटोमोबाइल में पीसी का उपयोग सुरक्षा और पारदर्शी घटकों पर केंद्रित है: सामने की हेडलाइट कवर मौसम प्रतिरोधी पीसी से बना है, जिसमें उच्च प्रकाश संप्रेषण और बजरी के प्रभाव के प्रति प्रतिरोधक क्षमता है, और इसका वजन कांच के केवल आधे हिस्से का है; डैशबोर्ड कवर और खिड़कियां (जैसे पैनोरमिक सनरूफ) अपनी पारदर्शिता और प्रभाव प्रतिरोध का उपयोग करके ड्राइविंग सुरक्षा को बढ़ाती हैं। नई ऊर्जा वाहनों का बैटरी आवरण अग्निरोधी पीसी/एबीएस मिश्र धातु से बना है, जिसमें इन्सुलेशन और अग्नि प्रतिरोध दोनों हैं। धातु आवरण की तुलना में इसका वजन 30% से अधिक कम है। प्रत्येक कार 5-15 किलोग्राम पीसी का उपयोग कर सकती है, जो ऑटोमोबाइल के हल्केपन और कार्यात्मक एकीकरण के लिए एक महत्वपूर्ण सामग्री है।

चिकित्सा एवं स्वास्थ्य क्षेत्र: सुरक्षा एवं स्वच्छता आश्वासन

मेडिकल ग्रेड पीसी अपनी पारदर्शिता, स्टरलाइज़ेशन प्रतिरोध और जैव-संगतता के कारण चिकित्सा उपकरणों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जैसे कि इन्फ्यूजन सेट और सिरिंज केसिंग जहाँ तरल प्रवाह स्पष्ट रूप से दिखाई देता है; रक्त अपोहक का आवरण उच्च-तापमान भाप स्टरलाइज़ेशन (121 ℃) के लिए प्रतिरोधी है; ऑक्सीजन मास्क और एनेस्थीसिया मास्क नरम पीसी मिश्रण से बने होते हैं, जो चेहरे पर फिट होते हैं और इनमें कोई गंध नहीं होती। भोजन के संपर्क में आने पर, पीसी पानी की बोतलों और शिशु की बोतलों को एफडीए और जीबी 4806.6 मानकों का पालन करना चाहिए और बिस्फेनॉल A के विघटन को सख्ती से नियंत्रित करना चाहिए।

वास्तुकला और संरक्षण: पारदर्शिता और स्थायित्व का संतुलन

वास्तुकला के क्षेत्र में, पीसी बोर्ड (एकल-परत, दोहरी-परत खोखले) का उपयोग रोशनदानों और ध्वनि अवरोधों के लिए किया जाता है, जिनका प्रकाश संचरण 80% से अधिक होता है और प्रभाव प्रतिरोध काँच से 200 गुना अधिक होता है। ये हल्के और आसानी से स्थापित होने वाले भी होते हैं। सुरक्षा के क्षेत्र में, बुलेटप्रूफ ग्लास (पीसी और ग्लास कम्पोजिट), सुरक्षा हेलमेट और चश्मे विश्वसनीय सुरक्षा प्रदान करने के लिए पीसी के प्रभाव प्रतिरोध का उपयोग करते हैं। इसके अलावा, पीसी पाइप का उपयोग उनके तापमान और दबाव प्रतिरोध के कारण गर्म पानी की पाइपलाइनों और औद्योगिक तरल पदार्थों के परिवहन के लिए किया जाता है।

5、 पर्यावरण संरक्षण और विकास के रुझान

पीसी की पर्यावरण मित्रता लंबे समय से बिस्फेनॉल ए पर विवाद से प्रभावित रही है। हाल के वर्षों में, इसे धीरे-धीरे तकनीकी नवाचार के माध्यम से हल किया गया है, जबकि उद्योग उच्च प्रदर्शन और हरित विकास की ओर बढ़ रहा है।

बिस्फेनॉल ए का विवाद और समाधान

बिस्फेनॉल ए के अंतःस्रावी विघटन ने पीसी की सुरक्षा को लेकर चिंताएँ बढ़ा दी हैं। वर्तमान में, इस समस्या के समाधान के दो तरीके हैं: पहला, बिस्फेनॉल ए मुक्त पीसी विकसित करना, जिसमें आइसोसोरबाइड जैसे जैव-आधारित मोनोमर्स का उपयोग करके बिस्फेनॉल ए की जगह ली जा सके, जिसका व्यावसायिक रूप से उपयोग किया जा रहा है, विशेष रूप से शिशु और शिशु उत्पादों के क्षेत्र में; दूसरा, उत्पादन प्रक्रिया को अनुकूलित करना और बिस्फेनॉल ए की अवशिष्ट मात्रा को कम करना है। खाद्य ग्रेड पीसी में बिस्फेनॉल ए की प्रवास मात्रा को सुरक्षा सीमा (यूरोपीय संघ विनियमन ≤ 0.05 मिलीग्राम/किग्रा) के भीतर नियंत्रित किया गया है।

पुनर्चक्रण और वृत्ताकार अर्थव्यवस्था

पीसी की भौतिक पुनर्चक्रण तकनीक परिपक्व है। छँटाई, सफाई, कुचलने और पिघलने के बाद, त्यागे गए पीसी उत्पादों का उपयोग गैर-खाद्य संपर्क उत्पादों (जैसे विद्युत आवरण और कूड़ेदान) के उत्पादन के लिए किया जा सकता है, और पुनर्चक्रित सामग्रियों का सम्मिश्रण अनुपात 30% -50% तक पहुँच सकता है। रासायनिक पुनर्चक्रण, डीपोलीमराइजेशन अभिक्रिया द्वारा पीसी को बिस्फेनॉल ए और डाइफेनिल कार्बोनेट में विघटित करता है, जिनका पुन: उपयोग बहुलकीकरण के लिए बंद-लूप परिसंचरण प्राप्त करने के लिए किया जाता है। वर्तमान में, यह तकनीक यूरोप में औद्योगिक चरण में प्रवेश कर चुकी है। वैश्विक पीसी पुनर्चक्रण दर लगभग 15% -20% है, और 2030 तक इसके 30% से अधिक होने की उम्मीद है।

तकनीकी नवाचार दिशा

भविष्य के पीसी का विकास तीन दिशाओं पर केंद्रित होगा: आणविक डिज़ाइन के माध्यम से उच्च-प्रदर्शन में सुधार, ऊष्मा प्रतिरोध (160 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापीय विरूपण तापमान) और रासायनिक प्रतिरोध को बढ़ाना, और उच्च-तापमान इंजीनियरिंग के क्षेत्र में विस्तार करना; चिकित्सा और इलेक्ट्रॉनिक ऊष्मा अपव्यय आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए जीवाणुरोधी पीसी (अतिरिक्त सिल्वर आयनों के साथ) और तापीय चालक पीसी (मिश्रित ग्राफीन) का कार्यात्मक विकास; हरित संवर्धन जैव-आधारित पीसी के औद्योगीकरण को बढ़ावा देता है। वर्तमान में, 30% -50% जैव-आधारित सामग्री वाले पीसी का व्यावसायीकरण हो चुका है, और पूरी तरह से जैव-आधारित पीसी का विकास चल रहा है। इसके अलावा, व्यक्तिगत निर्माण के क्षेत्र में 3D प्रिंटिंग विशिष्ट पीसी तारों का अनुप्रयोग उनकी उच्च निर्माण सटीकता के कारण तेज़ी से बढ़ रहा है।

एक उच्च-प्रदर्शन इंजीनियरिंग प्लास्टिक के रूप में, पीसी का विकास इतिहास सामग्री विज्ञान में "शक्ति पारदर्शिता ऊष्मा प्रतिरोध" के व्यापक संतुलन की खोज को दर्शाता है। उच्च-स्तरीय विनिर्माण से लेकर दैनिक आवश्यकताओं तक, पीसी अपने अद्वितीय प्रदर्शन के साथ आधुनिक समाज की तकनीकी प्रगति का समर्थन करता है। पर्यावरण संरक्षण प्रौद्योगिकी की सफलता और चक्रीय अर्थव्यवस्था को बढ़ावा देने के साथ, पीसी अपने प्रदर्शन लाभों को बनाए रखते हुए अधिक सतत विकास प्राप्त करेगा, और उच्च-स्तरीय सामग्रियों की मुख्य भूमिका निभाता रहेगा।