Polycarbonaat (PC) is een moleculaire keten die een carbonaatgroep bevat, volgens de moleculaire structuur met verschillende estergroepen, kan worden onderverdeeld in alifatische, alicyclische, aromatische (de meest praktische waarde van de aromatische groep) en het belangrijkste polycarbonaat van het type bisfenol A, het algemene zware gemiddelde molecuulgewicht (Mw) in 20-100.000.

Structuurformule van de PC-afbeelding

Polycarbonaat heeft een goede sterkte, taaiheid, transparantie, hitte- en koudebestendigheid, is eenvoudig te verwerken, brandvertragend en heeft andere uitgebreide prestaties. De belangrijkste toepassingen zijn elektronische apparaten, plaatmateriaal en de automobielindustrie. Deze drie industrieën zijn goed voor ongeveer 80% van het polycarbonaatverbruik. Andere toepassingen zijn onderdelen voor industriële machines, cd-roms, verpakkingen, kantoorapparatuur, medische en gezondheidszorg, folie, vrijetijds- en beschermende uitrusting en vele andere sectoren. Het materiaal heeft ook een breed scala aan toepassingen bereikt en is een van de vijf technische kunststoffen in de snelst groeiende categorie.

In 2020 bedroeg de wereldwijde pc-productiecapaciteit ongeveer 5,88 miljoen ton, de Chinese pc-productiecapaciteit 1,94 miljoen ton/jaar, met een productie van ongeveer 960.000 ton. Terwijl de schijnbare consumptie van polycarbonaat in China in 2020 2,34 miljoen ton bedroeg, is er een tekort van bijna 1,38 miljoen ton, waardoor import uit het buitenland noodzakelijk is. De enorme marktvraag heeft geleid tot talloze investeringen om de productie te verhogen. Naar schatting zijn er in China veel pc-projecten in aanbouw en worden er tegelijkertijd veel voorgesteld. De binnenlandse productiecapaciteit zal de komende drie jaar de 3 miljoen ton/jaar overschrijden en de pc-industrie vertoont een versnelde trend van overdracht naar China.

Dus, wat zijn de productieprocessen van pc's? Wat is de ontwikkelingsgeschiedenis van pc's in binnen- en buitenland? Wat zijn de belangrijkste pc-fabrikanten in China? Hieronder gaan we kort in op de materie.

PC drie gangbare productieprocesmethoden

De fotogasmethode met grensvlakpolycondensatie, de traditionele methode met gesmolten esteruitwisseling en de methode met gesmolten esteruitwisseling zonder fotogas zijn de drie belangrijkste productieprocessen in de pc-industrie.
Foto Foto
1. Grensvlakpolycondensatiefosgeenmethode

Het is de reactie van fosgeen met een inert oplosmiddel en een waterige natriumhydroxideoplossing van bisfenol A om polycarbonaat met een laag moleculair gewicht te produceren, dat vervolgens wordt gecondenseerd tot polycarbonaat met een hoog moleculair gewicht. Ooit werd ongeveer 90% van de industriële polycarbonaatproducten via deze methode gesynthetiseerd.

De voordelen van de PC-methode voor grensvlakpolycondensatie met fosgeen zijn een hoog relatief molecuulgewicht, dat kan oplopen tot 1,5 tot 2*105, en zuivere producten, goede optische eigenschappen, betere hydrolysebestendigheid en eenvoudige verwerking. Nadeel is dat het polymerisatieproces het gebruik vereist van zeer giftig fosgeen en giftige en vluchtige organische oplosmiddelen zoals methyleenchloride, die ernstige milieuvervuiling veroorzaken.

De gesmolten esteruitwisselingsmethode, ook bekend als ontogene polymerisatie, werd voor het eerst ontwikkeld door Bayer, waarbij gesmolten bisfenol A en difenylcarbonaat (difenylcarbonaat, DPC) bij hoge temperatuur, hoog vacuüm en in aanwezigheid van katalysator werden gebruikt voor esteruitwisseling, pre-condensatie en condensatiereactie.

Afhankelijk van de grondstoffen die bij het DPC-proces worden gebruikt, kan het worden onderverdeeld in de traditionele methode van gesmolten esteruitwisseling (ook wel indirecte fotogasmethode genoemd) en de methode van gesmolten esteruitwisseling zonder fotogas.

2. Traditionele gesmolten esteruitwisselingsmethode

Het is verdeeld in 2 stappen: (1) fosgeen + fenol → DPC; (2) DPC + BPA → PC, wat een indirect fosgeenproces is.

Het proces is kort, oplosmiddelvrij en de productiekosten liggen iets lager dan bij de grensvlakcondensatiemethode met fosgeen. Bij het productieproces van DPC wordt echter nog steeds fosgeen gebruikt en het DPC-product bevat sporen van chloorformiaatgroepen, die de uiteindelijke productkwaliteit van PC beïnvloeden en zo de promotie van het proces tot op zekere hoogte beperken.

3. Methode voor het uitwisselen van gesmolten esters zonder fosgeen

Deze methode is verdeeld in twee stappen: (1) DMC + fenol → DPC; (2) DPC + BPA → PC, waarbij dimethylcarbonaat DMC als grondstof en fenol worden gebruikt om DPC te synthetiseren.

Het bijproduct fenol, verkregen uit esteruitwisseling en condensatie, kan worden hergebruikt in het DPC-syntheseproces, wat resulteert in hergebruik van materialen en een gunstige economische besparing. Dankzij de hoge zuiverheid van de grondstoffen hoeft het product ook niet te worden gedroogd en gewassen, en is de productkwaliteit goed. Het proces gebruikt geen fosgeen, is milieuvriendelijk en is een groene procesroute.

Met de nationale vereisten voor de drie soorten afval van petrochemische bedrijven en de toename van nationale vereisten op het gebied van veiligheid en milieubescherming van petrochemische bedrijven en de beperking op het gebruik van fosgeen, zal de technologie voor uitwisseling van gesmolten esters zonder fosgeen in de toekomst geleidelijk de grensvlakpolycondensatiemethode vervangen als de richting van de ontwikkeling van PC-productietechnologie in de wereld.