Poliwęglan (PC) to łańcuch cząsteczkowy zawierający grupę węglanową. Ze względu na strukturę cząsteczkową z różnymi grupami estrowymi można go podzielić na alifatyczne, alicykliczne, aromatyczne, z których najbardziej praktyczną wartością jest grupa aromatyczna, a najważniejszym jest poliwęglan typu bisfenolu A, którego średnia masa cząsteczkowa (Mw) wynosi 20-100 000.

Wzór strukturalny obrazu PC

Poliwęglan charakteryzuje się dobrą wytrzymałością, twardością, przejrzystością, odpornością na ciepło i zimno, łatwością przetwarzania, jest trudnopalny i ma inne wszechstronne właściwości. Główne dalsze zastosowania to urządzenia elektroniczne, arkusze i motoryzacja. Te trzy branże odpowiadają za około 80% zużycia poliwęglanu. Inne zastosowania to części maszyn przemysłowych, płyty CD-ROM, opakowania, sprzęt biurowy, medycyna i opieka zdrowotna, film, sprzęt rekreacyjny i ochronny. Wiele innych dziedzin również osiągnęło szeroki zakres zastosowań, stając się jednym z pięciu tworzyw konstrukcyjnych w najszybciej rozwijającej się kategorii.

W 2020 r. globalna zdolność produkcyjna komputerów PC wyniosła około 5,88 mln ton, zdolność produkcyjna komputerów PC w Chinach wyniosła 1,94 mln ton/rok, produkcja wyniosła około 960 000 ton, podczas gdy widoczne zużycie poliwęglanu w Chinach w 2020 r. osiągnęło 2,34 mln ton, istnieje luka wynosząca prawie 1,38 mln ton, konieczność importu z zagranicy. Ogromny popyt rynkowy przyciągnął liczne inwestycje w celu zwiększenia produkcji, szacuje się, że w Chinach w tym samym czasie realizowanych jest wiele projektów komputerów PC i proponowanych, a krajowa zdolność produkcyjna przekroczy 3 mln ton/rok w ciągu najbliższych trzech lat, a przemysł komputerów PC wykazuje przyspieszony trend transferu do Chin.

Jakie są zatem procesy produkcyjne PC? Jaka jest historia rozwoju PC w kraju i za granicą? Kim są główni producenci PC w Chinach? Następnie krótko przeanalizujemy.

Trzy główne metody procesu produkcyjnego PC

Trzy główne procesy produkcyjne w przemyśle komputerowym to międzyfazowa metoda polikondensacji fotogazu, tradycyjna metoda wymiany stopionego estru i metoda wymiany stopionego estru bez udziału fotogazu.
Obrazek Obrazek
1. Metoda polikondensacji międzyfazowej fosgenu

Jest to reakcja fosgenu na obojętny rozpuszczalnik i wodny roztwór wodorotlenku sodu bisfenolu A w celu wytworzenia poliwęglanu o małej masie cząsteczkowej, a następnie skroplonego do poliwęglanu o dużej masie cząsteczkowej. W pewnym momencie około 90% przemysłowych produktów poliwęglanowych było syntetyzowanych tą metodą.

Zalety metody polikondensacji międzyfazowej fosgenu PC to wysoka względna masa cząsteczkowa, która może osiągnąć 1,5~2*105, czyste produkty, dobre właściwości optyczne, lepsza odporność na hydrolizę i łatwe przetwarzanie. Wadą jest to, że proces polimeryzacji wymaga użycia wysoce toksycznego fosgenu oraz toksycznych i lotnych rozpuszczalników organicznych, takich jak chlorek metylenu, które powodują poważne zanieczyszczenie środowiska.

Metoda wymiany estrów w stanie stopionym, znana również jako polimeryzacja ontogeniczna, została po raz pierwszy opracowana przez firmę Bayer, wykorzystująca stopiony bisfenol A i węglan difenylu (węglan difenylu, DPC) w wysokiej temperaturze, wysokiej próżni, w obecności katalizatora do wymiany estrów, wstępnej kondensacji i reakcji kondensacji.

W zależności od surowców wykorzystywanych w procesie DPC, można go podzielić na tradycyjną metodę wymiany stopionego estru (znaną również jako pośrednia metoda fotogazowa) oraz metodę wymiany stopionego estru bez udziału fotogazu.

2. Tradycyjna metoda wymiany stopionego estru

Proces ten dzieli się na 2 etapy: (1) fosgen + fenol → DPC; (2) DPC + BPA → PC, co jest pośrednim procesem fosgenowym.

Proces jest krótki, bezrozpuszczalnikowy, a koszt produkcji jest nieco niższy niż w przypadku metody kondensacji międzyfazowej fosgenu, jednak w procesie produkcyjnym DPC nadal wykorzystuje się fosgen, a produkt DPC zawiera śladowe ilości grup chloroformianowych, co wpływa na jakość produktu końcowego PC, co w pewnym stopniu ogranicza postęp procesu.

3. Metoda wymiany stopionego estru bez użycia fosgenu

Metodę tę dzieli się na 2 etapy: (1) DMC + fenol → DPC; (2) DPC + BPA → PC, w której jako surowiec stosuje się węglan dimetylu DMC, a do syntezy DPC fenol.

Produkt uboczny fenolu uzyskany z wymiany estrów i kondensacji może zostać poddany recyklingowi w procesie syntezy DPC, co pozwala na ponowne wykorzystanie materiału i dobrą ekonomię; ze względu na wysoką czystość surowców, produkt nie musi być również suszony i myty, a jakość produktu jest dobra. Proces nie wykorzystuje fosgenu, jest przyjazny dla środowiska i jest zieloną drogą procesu.

Wraz ze wzrostem krajowych wymagań dotyczących bezpieczeństwa i ochrony środowiska w przedsiębiorstwach petrochemicznych oraz ograniczeniem stosowania fosgenu, technologia wymiany stopionego estru bez udziału fosgenu będzie w przyszłości stopniowo zastępować metodę polikondensacji międzyfazowej jako kierunek rozwoju technologii produkcji PC na świecie.