Plásticos de Engenharia: Policarbonato (PC) – Propriedades, Aplicações e Desenvolvimento(1)

Definição e Estrutura do Policarbonato

Policarbonato é um termo geral para uma classe de polímeros de alto peso molecular que contêm grupos carbonato em suas cadeias moleculares. De acordo com as diferenças na estrutura dos grupos éster, eles podem ser classificados em vários tipos, como policarbonato alifático, policarbonato alicíclico e policarbonato aromático. Entre eles, os policarbonatos alifáticos e alifático-aromáticos têm aplicações limitadas na área de plásticos de engenharia devido às suas fracas propriedades mecânicas.

Atualmente, o principal tipo produzido industrialmente é o policarbonato aromático, especialmente o policarbonato aromático do tipo bisfenol A. Sua fórmula química é o produto da policondensação do bisfenol A com fosgênio ou carbonato de difenila. Essa estrutura molecular única confere ao policarbonato uma série de excelentes propriedades, destacando-o entre diversos materiais.

Propriedades do policarbonato

(I) Propriedades Ópticas

O policarbonato apresenta transparência excepcional, com uma transmitância de luz superior a 90%, próxima à do vidro inorgânico, o que lhe permite brilhar no campo óptico. Seja utilizado na fabricação de componentes ópticos de precisão, como discos ópticos, lentes e lentes ópticas, ou em produtos ópticos de uso diário, como grandes abajures, vidros de proteção e vidros de janelas, o policarbonato pode proporcionar uma experiência visual nítida aos usuários devido à sua alta transparência. Além disso, sua boa adaptabilidade à coloração permite que os produtos apresentem uma rica variedade de cores, atendendo às necessidades estéticas de diferentes cenários.

(II) Propriedades Mecânicas

O policarbonato apresenta excelente resistência ao impacto, com uma resistência ao impacto Izod entalhada de até 600-900 J/m, classificando-se entre os melhores plásticos de engenharia. Suas características robustas, porém rígidas, permitem que ele resista a impactos externos significativos sem quebrar facilmente, e esse desempenho mecânico superior estabelece uma base sólida para sua aplicação em diversos campos com requisitos rigorosos de resistência e impacto.

Além disso, a resistência à tração e à flexão do policarbonato é comparável à do náilon e do polioximetileno, destacando-se entre os plásticos termoplásticos e aproximando-se do nível das resinas fenólicas reforçadas com fibra de vidro ou dos poliésteres insaturados. Além disso, as peças moldadas podem atender a requisitos de tolerância de alta precisão e manter a estabilidade dimensional em uma ampla gama de mudanças ambientais, com uma taxa de contração de moldagem constante de 0,5 a 0,7%. Também possui excelente resistência à fluência.

(III) Propriedades Térmicas

O policarbonato possui uma temperatura de transição vítrea de aproximadamente 147 °C e uma temperatura de distorção térmica de 135 °C, permitindo seu uso estável por longos períodos na faixa de temperatura de -45 °C a 120 °C. Essa excelente estabilidade térmica permite sua adaptação a diversos ambientes de trabalho complexos; seja em regiões polares frias ou em climas tropicais quentes, os produtos feitos de policarbonato podem funcionar normalmente.

Além disso, o policarbonato funde a 220-230 °C e tem uma temperatura de decomposição térmica superior a 310 °C. É uma resina autoextinguível, o que aumenta em certa medida sua segurança quando usado em ambientes de alta temperatura.

(IV) Estabilidade Química

O policarbonato apresenta boa resistência a ácidos fracos, bases fracas e óleos neutros, mantendo um desempenho estável em ambientes que contêm essas substâncias químicas. No entanto, é relativamente sensível a bases fortes e propenso à corrosão por elas, além de apresentar baixa resistência aos raios UV.

Portanto, em aplicações práticas, tratamentos adequados de proteção ou modificação devem ser aplicados ao policarbonato de acordo com o ambiente de serviço específico para prolongar sua vida útil.

Processos de Produção de Policarbonato

(I) Método do Fosgênio (Policondensação Interfacial)

O método do fosgênio é atualmente um dos processos mais populares para a produção de policarbonato. Nesse processo, o bisfenol A reage com o fosgênio em uma solução alcalina para formar PC de alto peso molecular. A vantagem desse método é que ele permite a produção de produtos de policarbonato com alta pureza e excelente qualidade.

No entanto, o fosgênio é um gás altamente tóxico, exigindo medidas rigorosas de proteção durante a produção para garantir a segurança dos operadores e do meio ambiente. Além disso, impõe requisitos extremamente elevados à vedação e à resistência à corrosão dos equipamentos de produção, o que aumenta os custos de produção e os desafios técnicos.

(II) Método de Transesterificação (Policondensação por Fusão)

O método de transesterificação é outro importante processo de produção de policarbonato. Ele utiliza carbonato de difenila e bisfenol A como matérias-primas para realizar reações de policondensação em condições de alta temperatura e vácuo.

Este método apresenta um fluxo de processo relativamente simples e não requer o uso de fosgênio altamente tóxico, o que reduz, até certo ponto, os riscos de segurança no processo de produção. No entanto, o método de transesterificação também apresenta algumas desvantagens. Por exemplo, o peso molecular do policarbonato produzido é relativamente baixo e o desempenho do produto pode ser inferior ao do policarbonato produzido pelo método do fosgênio em alguns aspectos. Portanto, este método é mais adequado para a produção de produtos de baixa viscosidade que não exigem altos requisitos de peso molecular.

Situação atual da indústria de policarbonato

(I) Capacidade e produção global

A capacidade global de produção de policarbonato (PC) continua a se expandir, embora a taxa de crescimento esteja gradualmente desacelerando. Em 2024, a capacidade global de produção de PC aumentou 4,7% em relação ao ano anterior, com a produção crescendo 4,0% em relação ao ano anterior, e a taxa média de operação das instalações de produção foi de 63,5%.

A concentração regional da produção global de PCs está se deslocando para o Nordeste Asiático, com a produção concentrada principalmente em regiões como Nordeste Asiático, Europa Ocidental e América do Norte. Em 2024, o Nordeste Asiático representava 66,3% da capacidade global de produção de PCs, ocupando o primeiro lugar; a Europa Ocidental, 12,9%; e a América do Norte, 10,3%.

O padrão de concorrência no setor é altamente concentrado. Em 2024, havia mais de 30 grandes fabricantes globais de PCs, e a capacidade de produção dos 10 maiores fabricantes representava 71,8% da capacidade total de produção mundial. Entre eles, a Covestro é a maior produtora mundial de PCs.

(II) Situação do Comércio Internacional

Em 2023, o valor total do comércio internacional de policarbonato (PC) foi de US$ 8,93 bilhões, uma queda de 23,5% em relação ao ano anterior, com um volume total de comércio de 3,232 milhões de toneladas, uma queda de 15,6% em relação ao ano anterior. Em termos de preços, o preço médio global de exportação de PC foi de US$ 2.761,6 por tonelada, uma queda de 9,4% em relação ao ano anterior.

China, Índia e México são os principais importadores de PCs do mundo, com suas importações totais representando aproximadamente 43,9% do total global. Coreia do Sul, Tailândia e China são os principais países exportadores, cujas exportações totais representam cerca de 44,4% do total global.

(III) Situação do Mercado Chinês

A taxa de crescimento da capacidade de produção de PCs da China desacelerou. Nos últimos anos, a capacidade de produção de PCs da China expandiu-se rapidamente, e o fenômeno óbvio de escassez de oferta no setor melhorou significativamente. Nos últimos dois anos, o setor começou a retornar à racionalidade, com o ritmo de expansão da capacidade diminuindo significativamente, passando gradualmente da expansão acelerada anterior para a otimização do estoque existente e o aumento da eficiência.

Em 2024, a capacidade de produção de PCs da China aumentou 13,1% em relação ao ano anterior, e sua produção cresceu 22,6% em relação ao ano anterior. As importações de PCs da China continuaram a diminuir, enquanto as exportações continuaram a aumentar. Em 2024, as importações de PCs da China caíram 14,8% em relação ao ano anterior, e as exportações cresceram 34,6% em relação ao ano anterior.

As importações de PC da China ocorrem principalmente por meio do comércio geral e do processamento com materiais importados, representando 69,6% e 18,9% do total das importações, respectivamente. As importações de PC da China vêm principalmente de países e regiões como Coreia do Sul, Tailândia e Taiwan, representando aproximadamente 60,3% do total das importações.

O consumo aparente de PCs na China aumentou 8,9% em relação ao ano anterior, e a taxa de autossuficiência aumentou 9,9 pontos percentuais em relação ao ano anterior. Com a conclusão e o comissionamento de diversas instalações novas e ampliadas, a capacidade de produção de PCs na China aumentará ainda mais, e o volume de fornecimento também crescerá rapidamente. Embora os produtos das novas instalações ainda não sejam suficientes para substituir os materiais importados de forma rápida e eficaz, a taxa de autossuficiência aumentou significativamente e a dependência de matérias-primas estrangeiras diminuiu significativamente.