聚碳酸酯生产技术国内外现状

聚碳酸酯生产技术国内外现状

摘要：简述了聚碳酸酯的性质，几种工艺生产方式之间的优势与劣势，概括了国内外生产PC的量，以及对当今社会的需求，对聚碳酸酯的发展前景进行了展望。

关键词：聚碳酸酯；性质；生产技术及对比；市场应用；国内外现状；展望；结语一、聚碳酸酯的性质

聚碳酸酯也叫（Polycarbonate）常用缩写PC，是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，聚碳酸酯耐弱酸，耐弱碱，耐中性油，不耐紫外光，无色透明，耐热，抗冲击，阻燃BI级。PC是几乎无色的玻璃态的无定形聚合物，有很好的光学性。PC高分子量树脂有很高的韧性，有较好的耐水解性，但不能用于重复经受高压蒸汽的制品。主要性能缺陷是耐水解稳定性不够高，对缺口敏感，耐有机化学品性，耐刮痕性较差，长期暴露于紫外线中会发黄。和其他树脂一样，容易受某些有机溶剂的浸浊。根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型⑴。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有芳香族聚碳酸酯获的了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料⑵，给我们的日常生活、研究带来很大用处，不管是在吃、住、看病等发面，还是在一些新的材料的研发，都是不可缺的。例如：光碟、眼睛片，水瓶，防弹玻璃，护目镜、银行防子弹之玻璃、车头灯、动物笼子等。

二、生产技术及对比

国外PC的早期工业化生产方法有酯交换法和溶液光气法两种，现在已基本不再使用。目前工业上采用的主要生产方法是界面光气法，由于光气毒性大，同时溶剂二氯甲烷对环境污染严重，故20世纪90年代以来非光气法工艺发展迅速。现在工业生产方法主要有溶液光气法、酯交换熔融缩聚法、界面缩聚光气法、非光气酯交换熔融缩聚法四种⑶

1、酯交换法：以苯酚为原料，经界面光气化反应制备碳酸二苯酯。碳酸二苯酯再在催化剂（如卤化锂、氢氧化锂、卤化铝锂及氢氧化硼等）、添加剂等存在下与双酚A进行酯交换反应得到低聚物，进一步缩聚得到PC产品。该法生产成本比界面光气法低，但存在的一些缺陷阻碍了其工业化应用。目前拜耳公司仍在对该工艺继续进行研究，试图用电解法从副产物氯化钠中回收氯，并将氯循环用于制光气。

2、溶液光气法：将光气引入含双酚A和酸接受剂（如氢氧化钙、三乙胺及对叔丁基酚）的二氯甲烷溶剂中反应，然后将聚合物从溶液中分出。GE公司曾使用

此工艺。此工艺经济性较差，与界面光气法相比缺乏竞争力。

3、界面光气法：先由双酚A与50%氢氧化钠溶液反应生成双酚A钠盐，送入光气化反应釜，以二氯甲烷为溶剂，通入光气，使其在界面上与双酚A钠盐反应生成低分子聚碳酸酯，然后缩聚为高分子聚碳酸酯。反应在常压下进行，一般采用三乙胺作催化剂。缩聚反应后分离的物料、离心母液、二氯甲烷及盐酸等均需回收利用。该法工艺成熟，产品质量较高。

光气化界面缩聚法近年来的主要改进体现在环状齐聚物的开环聚合和后处理工艺方面。后处理工艺开发的趋势是将蒸发和沉析相结合，GE、Bayer、三菱化成开发了相应的技术，沉析法的优点是可以借溶剂和沉析剂以除去可溶性杂质，对树脂有提纯作用，提高树脂质量。

4、非光气熔融法：非光气法工艺于1993年研究成功，并由GE塑料公司率先实现工业化生产。首先，以甲醇羰基化法或碳酸乙烯酯( 或碳酸丙烯酯)与甲醇酯交换生产碳酸二甲酯(DMC);再与醋酸苯酯交换生成碳酸二苯酯(DP)，然后在熔融状态下与双酚A进行酯交换、缩聚制得PC产品。该法的副产物醋酸甲酯经热裂解转化为甲醇和乙烯酮，甲醇回收后用于合成碳酸二甲酯，乙烯酮与苯酚反应生成醋酸苯酯，从而有效地降低生产成本。该工艺为绿色工艺⑸，具有全封闭、无副产物、基本无污染等特点。

根据以上的几种方法分析，从生产方法、废料的处理，根本上摆脱了有毒原料光气，且碳酸二苯酯的纯度进一步提高，对聚合更为有利，是PC工艺的发展方向，非光启熔融法是预计在未来聚碳酸酯生产中将逐渐占据主导地位。

三、市场应用

对于当今社会来说，聚碳酸酯已经成为一种十分重要的工业高分子材料，聚碳酸酯(PC)是聚酯高聚物的一个重要分支，是分子链中含有碳酸酯结构的高分子化合物和以碳酸酯为基质而制得的各种材料的总称。可以分为以下几种，也逐渐扩展到航空、航天、电子计算机、光盘等许多高新技术领域⑹。

1、光学材料主要为照明、建筑采光板、窗玻璃、光学仪器、光盘及通信等。照明材料有大型灯罩、防护玻璃、窗玻璃、建筑采光板等。通信材料有光盘及光导纤维等近年来开发的具有潜力的用途。PC可用作光学透镜材料和光学仪器材料

2、电子/电器 PC属E级绝缘材料，注塑件可用于接插件及线圈框架等，薄膜可用于电容器、录像带、录音带及磁带等。

3、机械零件 PC可用于齿轮、齿条、蜗轮、凸轮、拉杆、曲轴及壳体等。

4、包装材料利用透明和耐热等性能，用于纯净水、矿泉水的周转桶，旅行用热水杯、奶瓶及餐具等。

5、医疗器材用于医疗器械如杯、瓶、筒、牙科器材、药品容器及手术器械等，医用材料如人工肾、人工肺及人工脏器等。

PC在我们的日常生活无处不在，我们的吃、穿、住等方面都需要用到它，还在一些高技术的研发也是不可缺的。

四、全球产能现状：

PC生产主要集中在美国、西欧和日本，其中德国拜耳公司、美国GE化学公司、道化学公司以及日本帝人公司的生产能力占世界总生产能力的80％左右，这几大公司控制着世界聚碳酸酯的生产与市场，主宰着世界聚碳酸酯的命运。聚碳酸酯生产源于1956年，首先在德国，其次在日本、西欧和美国实现了工业化生产。从20世纪80年代起，世界聚碳酸酯的生产能力增长较快，1988年生产能力仅为48.7万t/a，而到2001年时世界聚碳酸酯的生产能力已超过了220万t/a，是近年来增长最快的工程塑料之一。2002年全球生产能力近240万t/a，产量突破200万吨。

全球PC产业的扩建潮始于2005年。这一年，以美国通用电气公司（GE）（在西班牙扩建了14 万t/a装置）和日本帝人化成公司（在中国开始兴建其1期5万t/a工程）为代表的各大公司陆续兴建PC装置，使当年的世界PC生产能力突破了300万t/a 大关，达到了325万t/a，较上一年增长了6%。2006年PC 消费增长20多万吨，产能扩建依然如火如荼，拜耳公司在德国扩建了2万t/a 产能，全球PC生产能力比上年增加3%，达到334万t/a，其中亚洲136万t/a，占41%；美洲87万t/a，占26%；欧洲111万t/a，占33%，亚洲已成为世界PC 的生产中心[5]。2007年以后美国和欧盟没有新的建设计划公布，只有俄罗斯的喀山Orgsintex（KOS）拟在2008 年引进日本旭化成公司技术专利，计划在鞑靼自治共和国首次兴建7万t/a生产装置。

五、展望

目前全球聚碳酸酯发展呈现新的特点。各国纷纷开发非光气法环保工艺，发展非常迅速，预计今后新建装置以非光气法为主。装置规模大型化，依赖规模获取效益，增强市场竞争力。PC 生产商主要是通过装置脱瓶颈改造和新建10万～20万t/a装置来提升PC 产能，预计未来几年全球PC 产能年均增速为5%～6%。2010年，全球PC产量可能达到400万t。亚洲地区聚碳酸酯发展迅速，预计未来五年亚洲聚碳酸酯的需求与发展将呈现较高的速度发展，亚洲将掀起聚碳酸酯建设的热潮。世界聚碳酸酯的应用研究开发工作非常活跃，向多功能化、专用化方面发展，尤其是光盘级聚碳酸酯的应用研究备受各国的重视。世界聚碳酸酯生产和消费结构正在迅速发生变化，由以往的欧洲和北美市场转移到了亚洲市场，需求则以东亚和中国为重心。目前全球聚碳酸酯的消费结构为: 玻璃/板材约占19%、光学材料约占24%，汽车约占13%，电子电气约占19%，其他约占25%。预计未来几年，聚碳酸酯发展较快的地区将在远东，美国、日本、韩国和中国台湾

仍是聚碳酸酯的主要出口国家和地区。我国将是主要的进口国，消费量随着IT 行业和汽车产业的不断发展。预测我国聚碳酸酯市场的年均增长率将达到10.2%，至2010年工程塑料需求量将接近400万t。聚碳酸酯产量年增长可能达到9%，销售量年增长将达10%。

六、结语

综上所述，聚碳酸酯的生产工艺主要有光气法和非光气法，非光气法因其对环境无污染，无副产物，投资少，效益好，所得产品质量较好，是未来的发展方向。今后应该对该工艺进行进一步的完善．进一步提高产品的性能。另外。随着PC生产技术的不断进步，其应用领域将越来越广阔。采用改性的方法可以有效地提高PC产品的性能，降低生产成本，拓宽其应用领域。随着我国PC生产能力和产量的不断提高，PC的应用领域不断得到扩展．对PC的需求量将日益增加．对其性能的要也求越将日益提高，因此，我们应该加强对其生产技术以及应用改性技术的研究开发，以满足实际生产的需求．获得更大的经济效益⑿。

参考文献：

⑴合成树脂及塑料技术全书编委会. 合成树脂及塑料技术全书[M].北京：中国石化出版社.

⑵李复生，殷金柱，魏东炜.聚碳酸酯应用与合成工艺进展[J].化工进展，2002，21：395-398.

⑶钱伯章．聚碳酸酯市场分析和技术进展[J]．化工新型材料，2005，33(9)：17—21．