Linya ng pagpilit ng guwang na sheet ng PC

Pananaliksik at pagsusuri sa merkado ng mga pamamaraan ng polimerisasyon para sa polycarbonate PC

PC guwanglinya ng extrusion ng sheetAng Polycarbonate (PC) ay isang polimer na naglalaman ng mga grupo ng carbonate sa kadena ng molekula, ang pormula ng istrukturang molekular ay ipinapakita sa pormula.

Ang PC ay isang halos walang kulay, malasalamin, at amorpong polimer na may mahusay na mga katangiang optikal, resistensya sa init, resistensya sa impact, resistensya sa mahihinang asido at alkali at mga neutral na langis. Ang mataas na relatibong molekular na masa ng PC ay may mataas na tibay, ngunit ito ay mahina ang resistensya sa hydrolysis, sensitibo sa pagkapira-piraso, mahina ang resistensya sa pagkamot, madaling kapitan ng ilang mga organikong solvent, naninilaw sa matagal na pagkakalantad sa ultraviolet light at hindi maaaring gamitin para sa mga produktong paulit-ulit na isinailalim sa high pressure steam.

Ang PC ay maaaring hatiin sa aliphatic, aromatic, aliphatic-aromatic at iba pang mga uri ayon sa istruktura ng ester group, kung saan ang aliphatic at aliphatic-aromatic PC ay may mas mababang mekanikal na katangian, na naglilimita sa kanilang aplikasyon sa mga plastik na pang-inhinyero; tanging ang aromatic PC lamang ang nagawa sa industriya sa ngayon. Dahil sa mga kakaibang istruktura nito, ang PC ay naging isa sa pinakamabilis na lumalagong pangkalahatang plastik na pang-inhinyero na may mahusay na pangkalahatang pagganap at malawakang ginagamit sa mga larangan ng electronics at electrical appliances, sheet containers, industriya ng automotive, mga medikal na aparato at kagamitang pangproteksyon, at mabilis na lumalawak sa mga bagong larangan tulad ng aerospace at abyasyon, mga optical component at optoelectronic information.

Proseso ng produksyon ng PC

Sa kasalukuyan, mayroong tatlong proseso ng produksyon para sa PC, katulad ng photogas interface polycondensation (kilala rin bilang photogas method), molten ester exchange polycondensation at non-photogas molten ester exchange polycondensation.

1.Polikodensasyon sa pagitan ng photogas

Una, ang CO ay nakukuha sa pamamagitan ng bahagyang oksihenasyon at paglilinis ng coking coal o mga low-carbon alkane, habang ang may tubig na NaCl ay kino-electrolyze upang makuha ang Cl2 at NaOH. Ang nagresultang CO ay nirereact sa Cl2 upang makagawa ng hilaw na materyal na phosgene, na sumasailalim sa interfacial condensation kasama ang BPA sa CH2Cl2 solution upang makagawa ng PC.

Bukod pa rito, ang NaOH na nalilikha ng electrolysis ay nagsisilbing katalista sa proseso ng reaksyon. Ang nakuha na solusyon ng PC ay unang dinadalisay sa pamamagitan ng paghuhugas gamit ang maraming tubig, pagkatapos ay pagdaragdag ng hexane o toluene at pagdidistila upang maalis ang mga solvent tulad ng CH2Cl2 upang makakuha ng mga PC pellet. Ang pinatuyong PC ay binubutasan gamit ang isang melt granulator. Ang reaksyon ay isinasagawa sa presyon ng atmospera at ang mga pinaghiwalay na materyales pagkatapos ng reaksyon ng polycondensation, ang mother liquor mula sa centrifugation, dichloromethane at hydrochloric acid ay nirerecycle.

Ang proseso ay ganap na ganap, ang kalidad ng produkto ay mataas, walang mga espesyal na kinakailangan para sa kadalisayan ng hilaw na materyal, ang kagamitan sa reaksyon ay medyo simple at maaaring isagawa sa ilalim ng mababang temperatura at mababang presyon, ngunit ang natitirang mga ion ng klorido sa proseso ng paghahanda ay magkakaroon ng epekto sa kalidad ng produkto. Bukod pa rito, ang hilaw na materyal ay ang lubos na nakalalasong phosgene, na medyo mapanganib, habang ang dami ng basurang gas at basurang tubig na nalilikha ay malaki.

Pinagsasama ng GE (General Electric) Plastics, Bayer at Mitsubishi Chemical ang ebaporasyon at presipitasyon sa proseso pagkatapos ng paggamot upang maalis ang mga natutunaw na dumi sa tulong ng mga solvent at precipitant at mapabuti ang epekto ng paglilinis.

2. Polikondensasyon ng Melt Ester Exchange
Ang Melt Ester Exchange Polycondensation ay batay sa phenol bilang hilaw na materyal, ang DPC ay unang inihahanda sa pamamagitan ng interfacial photogasification reaction, pagkatapos ay sa presensya ng mga catalyst (tulad ng lithium halide, lithium hydroxide, lithium aluminum halide at boron hydroxide, atbp.) at mga additives, pagkatapos ay ang oligomer ay nakukuha sa pamamagitan ng ester exchange reaction kasama ang bisphenol A, at karagdagang polycondensation upang makuha ang mga produkto ng PC, ang proseso ng reaksyon ay ipinapakita sa equation (3).

Ang proseso ay mas mura kaysa sa photogas interfacial polycondensation at medyo simple at nakakagawa ng mas kaunting waste water at gas. Gayunpaman, ang proseso ay nangangailangan pa rin ng paggamit ng lubhang nakalalasong phosgene sa paghahanda ng hilaw na materyal na DPC, at ang mga nagresultang impurities na naglalaman ng Cl ay maaaring mag-deactivate ng alkaline catalyst sa pamamagitan ng mga neutralization reaction, na nagpapababa sa performance ng PC habang nagiging sanhi rin ng pagdilaw ng materyal.

3. Paraan ng polycondensation exchange na hindi phosgene melt ester
Noong 1978, unang isiniwalat ng GE Plastics ang isang patente para sa oxidative carbonylation ng phenol na may CO at O2 gamit ang Pd bilang katalista upang makagawa ng DPC, na pagkatapos ay ipinagpalit sa BPA sa tinunaw na estado upang bumuo ng PC, gaya ng ipinapakita sa equation (4).

Ang proseso ng oxidative carbonylation ng methanol kasama ang CO at O2 upang bumuo ng dimethyl carbonate (DMC) ay unang isiniwalat nina Romano et al. noong 1980. Ang DMC ay sumailalim sa isang ester exchange reaction kasama ang phenol upang bumuo ng toluene carbonate (MPC), ang MPC ay hindi proporsyonal upang bumuo ng DPC, at ang DPC ay sumailalim sa isang ester exchange polycondensation reaction kasama ang bisphenol A sa tinunaw na estado upang makagawa ng mga produktong PC, gaya ng ipinapakita sa pormula (5).

Noong 1993, nanguna ang GE Plastics sa industriyal na produksyon ng PC sa pamamagitan ng prosesong hindi phosgene gamit ang isang biaxial reactor na may kapasidad na 25,000 tonelada/taon gamit ang CO2 bilang hilaw na materyal.

Ang CO2 ay isang hindi nakalalason, hindi nasusunog, at bio-renewable na hilaw na materyal, at ang aktibidad nito ay mas mababa kumpara sa CO, ngunit maaari rin itong gamitin bilang isang copolymer monomer upang makagawa ng PC. Ang ningbo zhejiang iron dafeng chemical co., ltd. sa Tsina ay nakapag-iisa na bumuo ng isang proseso ng produksyon ng PC na may non-phosgene method gamit ang CO2 at propylene oxide bilang mga hilaw na materyales, at ang kasalukuyang taunang kapasidad ng produksyon ay 100,000 tonelada. Ang Asahi Kasei sa Japan ay bumuo rin ng isang proseso para sa produksyon ng PC sa pamamagitan ng non-phosgene method gamit ang CO2, gaya ng ipinapakita sa Figure 2. Ito ay ipinapakita sa Figure 2.
Ang proseso ay isinasagawa sa isang walang tubig na kapaligiran (maliban sa tubig na nagpapalamig) nang hindi gumagamit ng anumang kinakaing unti-unting hilaw na materyales. Ang mga by-product na methanol at phenol ay maaaring i-recycle at ang proseso ng reaksyon ay nagbubunga ng 2 produkto ng mataas na kalidad na PC at mataas na kadalisayan na MEG nang walang anumang basura o pagbuo ng effluent.
Ang proseso ay hindi gumagamit ng mga nakalalasong sangkap, may mataas na antas ng paggamit ng atomiko at halos walang polusyon. Ang sobrang hilaw na materyales at mga by-product ay maaaring i-recycle sa panahon ng proseso ng produksyon, na epektibong kumokontrol sa mga gastos sa produksyon.

Pamilihan ng PC at mga prospect sa pag-unlad

Sa mga nakaraang taon, dahil sa mabilis na pag-unlad ng ekonomiya at paglawak ng mga bagong aplikasyon, ang PC ay naging isa sa pinakamabilis na lumalagong plastik sa inhinyeriya, kung saan ang mga pangunahing prodyuser ay nakatuon sa Estados Unidos, Kanlurang Europa at Japan, kung saan kontrolado ng Bayer, GE Plastics, Dow Chemical at Teijin ang produksyon at merkado ng PC sa mundo.

Sa taong 2020, ang rehiyon ng Asya-Pasipiko ay bubuo sa humigit-kumulang 72.6% ng pandaigdigang demand para sa PC, at ang Tsina ay naging pinakamalaking prodyuser at mamimili ng PC sa mundo. Dahil sa matibay na suporta ng mga pambansang patakaran, at sa pagpapakilala ng teknolohiya ng PC sa anyo ng mga joint venture at sa patuloy na pagkahinog ng lokal na self-developed na teknolohiya sa produksyon, ang mga pangunahing proyekto sa produksyon ng PC ay namuhunan, na lubos na nagpapataas ng kapasidad ng produksyon ng PC sa loob ng bansa, kaya naman ang industriyang ito ay nagdulot ng mga bagong pagkakataon sa pag-unlad.

Medyo mataas ang mga teknikal na hadlang sa proseso ng produksyon ng PC, at huli nang nagsimula ang Tsina. Bago ang 2015, lahat ng lokal na planta ng produksyon ng PC ay itinayo sa pamamagitan ng mga joint venture o pagpapakilala ng teknolohiya, at ang kapasidad ng produksyon ay lubos na konsentrado. Simula noon, ang mga negosyo tulad ng Wanhua Chemical at Sichuan Zhonglan Guohua New Material ay bumuo ng iba't ibang teknolohiya ng PC synthesis na may mga independiyenteng karapatan sa intelektwal na ari-arian, na nagbigay-daan sa industriya ng PC ng Tsina na umunlad at lumago.

Sa kasalukuyan, ang bagong kapasidad ng produksyon sa mundo ay pangunahing nakatuon sa Tsina. Ang kapasidad ng produksyon ng PC ng Tsina noong 2019 ay 1.66 milyong tonelada, isang pagtaas ng 31.74% kumpara sa nakaraang taon, na may rate ng paggamit ng kapasidad na 58%. Ang kapasidad ng produksyon ng PC ng Tsina noong 2020 ay tumaas sa 2.44 milyong tonelada at ang produksyon ay tumaas sa 1.185 milyong tonelada.

Ang PC ay isinama sa pambansang industriya ng high-tech, mga pangunahing estratehikong umuusbong na industriya at ang sampung pangunahing larangan na inilarawan sa "Made in China 2025". Dahil sa hinihikayat ng mga pambansang patakaran at malawakang pamumuhunan sa kapasidad ng produksyon sa loob ng bansa, ang hinaharap na pamilihan ng PC sa loob ng bansa ay tiyak na magpapakita ng isang sitwasyon kung saan ang suplay ay lumalampas sa demand, na may konserbatibong pagtatantya na 2.41 milyong tonelada ng kapasidad ng produksyon ng PC na ilalabas sa Tsina pagsapit ng 2023, kung saan sa panahong iyon ang kabuuang kapasidad ng produksyon ng PC ng Tsina ay malapit na sa 3.6 milyong tonelada.

Kung ikukumpara sa mabilis na lumalagong kapasidad ng produksyon ng PC, ang demand sa downstream ay hindi sabay-sabay na nailabas. Sa pangkalahatan, mabagal ang paglago ng pagkonsumo ng PC at ang industriya ay pumasok sa isang panahon ng mababang pag-unlad. Ang ordinaryong PC ay may mahinang resistensya sa impact at kemikal at hindi maaaring ilapat sa maraming larangan, ngunit ang mga teknikal na hadlang sa produksyon ng mga high-end na produkto ay mataas. Habang pinalalawak ang produksyon sa mabilis na bilis, dapat palakasin ng mga lokal na negosyo ang kalidad ng kanilang mga produkto at baguhin ang problema ng labis na mga low-end na produkto at kakulangan ng mga high-end na produkto upang lumago at umunlad sa matinding kompetisyon sa merkado.

Sa tatlong pangunahing proseso ng produksyon ng PC, ang pamamaraang non-phosgene ay hindi nagdudulot ng polusyon sa kapaligiran, walang mga by-product, mababang puhunan, mahusay na kahusayan at mataas na kalidad ng mga nagreresultang produkto, na tiyak na magiging direksyon ng pag-unlad ng PC sa hinaharap. Sa kasalukuyan, ang gastos sa produksyon ng high-purity DPC ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng pagbuo ng mga mahusay na catalyst, at bilang karagdagan, ang mga high-efficiency reactor ay maaaring idisenyo upang gawing angkop ang mga ito para sa produksyon ng mga PC prepolymer na may mataas na melt viscosity.

Bagama't tumataas ang kapasidad ng produksyon at pagkonsumo ng PC sa Tsina, ang mga produkto ay karaniwang mga pangunahing materyales, pangunahing ginagamit sa packaging, film at sheet, atbp., na may makitid na aplikasyon at mababang kita. Ang mga high-end na produkto na ginagamit sa automotive, home appliances, electronic products at iba pang larangan ay umaasa pa rin sa mga joint venture o mga dayuhang negosyo. Sa karagdagang paglabas ng kapasidad ng produksyon, ang supply at demand ay unti-unting papalapit sa ekwilibriyo, ang kompetisyon sa industriya ng PC ay tumitindi at ang mga kumpanya ay nahaharap sa malalaking hamon. Ang pag-aalis ng mga teknolohiyang hindi environment-friendly, pagbabawas ng gastos sa produksyon ng mga hilaw na materyales ng PC, pag-regulate at pagpapabuti ng pagganap ng produkto, pagbuo ng mga produktong may mataas na pagganap, pagbabawas ng pagkonsumo ng enerhiya ng mga device, pagpapabuti ng kompetisyon ng mga device, at pagpapataas ng independiyenteng puwersa ng pananaliksik at pagpapaunlad ng domestic technology ang siyang direksyon ng pag-unlad ng industriya ng PC sa hinaharap.