Poliwęglan (PC) to łańcuch cząsteczkowy zawierający grupę węglanową. Ze względu na strukturę cząsteczkową z różnymi grupami estrowymi można go podzielić na alifatyczne, alicykliczne i aromatyczne, przy czym najważniejszą grupą jest grupa aromatyczna, a najważniejszą jest poliwęglan typu bisfenolu A o średniej masie cząsteczkowej (Mw) wynoszącej 20–100 000.

Wzór strukturalny PC

Poliwęglan charakteryzuje się dobrą wytrzymałością, twardością, przejrzystością, odpornością na ciepło i zimno, łatwością przetwarzania, ogniem i innymi wszechstronnymi właściwościami. Główne dalsze zastosowania to urządzenia elektroniczne, arkusze i motoryzacja. Te trzy branże odpowiadają za około 80% zużycia poliwęglanu. Pozostałe obszary 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 roku globalna produkcja komputerów PC wyniosła około 5,88 mln ton, a w Chinach 1,94 mln ton rocznie, co stanowiło produkcję około 960 000 ton. Podczas gdy zużycie poliwęglanu w Chinach w 2020 roku osiągnęło 2,34 mln ton, istnieje luka w produkcji wynosząca prawie 1,38 mln ton, co wiąże się z koniecznością importu z zagranicy. Ogromny popyt rynkowy przyciągnął liczne inwestycje w celu zwiększenia produkcji. Szacuje się, że w Chinach realizowanych jest wiele projektów dotyczących komputerów PC, a krajowe moce produkcyjne przekroczą 3 mln ton rocznie w ciągu najbliższych trzech lat. Jednocześnie obserwuje się przyspieszony trend przenoszenia produkcji do Chin.

Jakie są zatem procesy produkcyjne komputerów PC? Jaka jest historia rozwoju komputerów PC w kraju i za granicą? Kim są główni producenci komputerów PC w Chinach? A teraz pokrótce je przeanalizujemy.

Trzy główne metody procesu produkcyjnego PC

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

Jest to reakcja fosgenu z obojętnym rozpuszczalnikiem i wodnym roztworem wodorotlenku sodu bisfenolu A, w wyniku której powstaje poliwęglan o małej masie cząsteczkowej, a następnie jest on kondensowany do poliwęglanu o dużej masie cząsteczkowej. W pewnym momencie około 90% przemysłowych produktów poliwęglanowych było syntezowanych tą metodą.

Zaletami metody polikondensacji międzyfazowej z fosgenem PC są: wysoka względna masa cząsteczkowa, która może sięgać 1,5–2*105, czyste produkty, dobre właściwości optyczne, lepsza odporność na hydrolizę oraz łatwość przetwarzania. 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 opracowana po raz pierwszy przez firmę Bayer, przy użyciu stopionego bisfenolu A i węglanu difenylu (węglanu difenylu, DPC) w wysokiej temperaturze, w wysokiej próżni, przy obecności katalizatora do wymiany estrów, wstępnej kondensacji i reakcji kondensacji.

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

2. Tradycyjna metoda wymiany stopionego estru

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

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

3. Metoda wymiany stopionego estru bez udziału 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, fenol, uzyskiwany z wymiany estrów i kondensacji, może być zawracany do syntezy w procesie DPC, co pozwala na ponowne wykorzystanie materiału i zapewnia wysoką ekonomiczność. Dzięki wysokiej czystości surowców produkt nie wymaga suszenia i mycia, a jego jakość jest wysoka. Proces ten nie wykorzystuje fosgenu, jest przyjazny dla środowiska i stanowi ekologiczną metodę produkcji.

W związku z krajowymi wymogami dotyczącymi trzech rodzajów odpadów w przedsiębiorstwach petrochemicznych 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.