Поликарбонат (ПК) представляет собой молекулярную цепь, содержащую карбонатную группу, в соответствии с молекулярной структурой с различными сложноэфирными группами, можно разделить на алифатические, алициклические, ароматические, из которых наибольшее практическое значение имеет ароматическая группа, а наиболее важным является поликарбонат типа бисфенола А, имеющий общую среднюю молекулярную массу (Mw) в диапазоне 20-100 000.

Структурная формула ПК

Поликарбонат обладает хорошей прочностью, жесткостью, прозрачностью, устойчивостью к воздействию тепла и холода, простотой обработки, огнестойкостью и другими комплексными характеристиками. Основными сферами применения поликарбоната являются электронные приборы, листовой прокат и автомобилестроение. На эти три отрасли приходится около 80% потребления поликарбоната. Кроме того, поликарбонат применяется в таких областях, как детали промышленного оборудования, CD-ROM, упаковка, офисное оборудование, медицинское оборудование и средства индивидуальной защиты, пленка, средства индивидуальной защиты и многое другое. Поликарбонат также нашел широкое применение, став одним из пяти наиболее быстрорастущих видов конструкционных пластиков.

В 2020 году мировые производственные мощности поликарбонатов составили около 5,88 млн тонн, из них производственные мощности Китая – 1,94 млн тонн в год, а объём производства – около 960 000 тонн. В то же время, видимое потребление поликарбоната в Китае в 2020 году достигло 2,34 млн тонн. Дефицит составляет почти 1,38 млн тонн, что обусловлено необходимостью импорта из-за рубежа. Огромный спрос на рынке привлёк многочисленные инвестиции для увеличения производства. По оценкам, в Китае одновременно реализуется множество проектов по производству поликарбонатов, а внутренние производственные мощности превысят 3 млн тонн в год в течение следующих трёх лет. В отрасли производства поликарбонатов наблюдается ускоренная тенденция к переносу производства в Китай.

Итак, каковы процессы производства ПК? Какова история развития ПК в Китае и за рубежом? Какие основные производители ПК в Китае? Далее мы кратко рассмотрим.

Три основных метода производства ПК

Метод межфазной поликонденсации с фотогазом, традиционный метод расплавленного эфирного обмена и метод расплавленного эфирного обмена без фотогаза являются тремя основными производственными процессами в индустрии ПК.
Картинка Картинка
1. Метод межфазной поликонденсации фосгена

Это реакция фосгена с инертным растворителем и водным раствором гидроксида натрия бисфенола А, в результате которой образуется поликарбонат с низкой молекулярной массой, а затем он конденсируется в поликарбонат с высокой молекулярной массой. В своё время около 90% промышленных поликарбонатов синтезировалось этим методом.

Преимущества метода межфазной поликонденсации с использованием фосгена (ПК) заключаются в высокой относительной молекулярной массе, достигающей 1,5–2*105, чистоте продукта, хороших оптических свойствах, повышенной стойкости к гидролизу и простоте переработки. Недостатком процесса полимеризации является необходимость использования высокотоксичного фосгена и токсичных и летучих органических растворителей, таких как метиленхлорид, что приводит к серьёзному загрязнению окружающей среды.

Метод переэтерификации в расплаве, также известный как онтогеническая полимеризация, был впервые разработан компанией Bayer с использованием расплавленного бисфенола А и дифенилкарбоната (дифенилкарбоната, ДПК) при высокой температуре, высоком вакууме, в присутствии катализатора для переэтерификации, предварительной конденсации и реакции конденсации.

В зависимости от сырья, используемого в процессе DPC, его можно разделить на традиционный метод обмена расплавленных эфиров (также известный как косвенный фотогазовый метод) и метод обмена расплавленных эфиров без использования фотогаза.

2. Традиционный метод обмена расплавленного эфира

Он делится на 2 этапа: (1) фосген + фенол → DPC; (2) DPC + BPA → PC, что является косвенным фосгеновым процессом.

Процесс короткий, не требует использования растворителей, а себестоимость производства немного ниже, чем метод межфазной конденсации с фосгеном, однако в процессе производства ДПК все еще используется фосген, а продукт ДПК содержит следовые количества хлорформиатных групп, что влияет на качество конечного продукта ПК, что в определенной степени ограничивает продвижение процесса.

3. Метод обмена расплавленного эфира без использования фосгена

Этот метод делится на 2 этапа: (1) ДМК + фенол → ДПК; (2) ДПК + БФА → ПК, в котором в качестве сырья используется диметилкарбонат ДМК и фенол для синтеза ДПК.

Побочный продукт, фенол, получаемый в результате переэтерификации и конденсации, может быть повторно использован в процессе синтеза DPC, что обеспечивает повторное использование материалов и высокую экономию. Благодаря высокой чистоте сырья, продукт не требует сушки и промывки, а его качество остается высоким. Процесс не использует фосген, является экологически чистым и экологичным.

С повышением национальных требований к безопасности и охране окружающей среды на нефтехимических предприятиях и ограничением использования фосгена, технология расплавленного обмена эфиров без фосгена в будущем постепенно заменит метод межфазной поликонденсации как направление развития технологий производства ПК в мире.