淺談聚碳酸酯生產(chǎn)現(xiàn)狀及國(guó)產(chǎn)化技術(shù)

[摘要]論述聚碳酸酯的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場(chǎng)需求，簡(jiǎn)述國(guó)產(chǎn)聚碳酸酯技術(shù)的工藝流程。

[關(guān)鍵詞]聚碳酸酯（PC） 市場(chǎng) 國(guó)產(chǎn)化 流程

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2009）0110088-02

一、前言

聚碳酸酯（PC）樹(shù)脂是一種性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，是當(dāng)前用量最大的工程塑料之一，其高透明性和高抗沖擊強(qiáng)度兼?zhèn)涞男阅苣壳盁o(wú)其他材料可比。它具有特別好的抗沖擊強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、光澤度、抑制細(xì)菌特性、阻燃特性以及抗污染性，耐熱、吸水率低、無(wú)毒、介電性能優(yōu)良，是五大工程塑料中唯一具有良好透明性的產(chǎn)品，也是近年來(lái)增長(zhǎng)速度最快的通用工程塑料。

聚碳酸酯用途廣泛，應(yīng)用范圍涵蓋光學(xué)、電子電氣、食品包裝、辦公自動(dòng)化、擠出膜片、汽車(chē)、機(jī)械、醫(yī)療器械等眾多領(lǐng)域，其中光學(xué)和電子電氣是其最重要的兩大市場(chǎng)，各占總消費(fèi)量的近四分之一。電氣電子市場(chǎng)主要是受以超薄型電視為主的數(shù)字家電液晶顯示用高性能薄膜的需求量日益增長(zhǎng)的推動(dòng)；而數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦、手機(jī)的殼體材料和液晶盤(pán)也需要采用增強(qiáng)型聚碳酸酯材料，液晶盤(pán)中的光導(dǎo)板、反射板、擴(kuò)散板等部件則要求有一定的光學(xué)特性。另外汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用正成為最具潛力的增長(zhǎng)點(diǎn)之一，最初聚碳酸酯主要用于車(chē)燈透鏡、合金材料等內(nèi)外裝飾，最近發(fā)展到在消音、減震等吸收材料等方面，進(jìn)而擴(kuò)展到敞篷車(chē)頂、后車(chē)窗等大型樹(shù)脂玻璃部分。隨著新用途不斷開(kāi)發(fā)，汽車(chē)對(duì)其需求量也在不斷攀升。

二、生產(chǎn)工藝

聚碳酸酯(PC)生產(chǎn)方法主要有光氣合成法和酯交換法兩種。光氣合成法在常溫常壓下進(jìn)行，以雙酚A為原料，使用光氣、氫氧化鈉和二氯甲烷為原料及反應(yīng)助劑，此法工藝成熟，制得的產(chǎn)品相對(duì)分子量較大，產(chǎn)品質(zhì)量較高，易于規(guī)模化和連續(xù)化生產(chǎn)，生產(chǎn)條件不高，經(jīng)濟(jì)性好，長(zhǎng)期占據(jù)著聚碳酸酯生產(chǎn)的主導(dǎo)地位。但其流程較復(fù)雜，使用的原料光氣有劇毒，溶劑需配套回收裝置。酯交換法流程較簡(jiǎn)單，不需要使用溶劑，但生產(chǎn)要求高溫高真空，并需帶攪拌的特殊設(shè)備，老式酯交換法制得的產(chǎn)品相對(duì)分子量分布較寬，質(zhì)量稍差。近年來(lái)世界各大公司紛紛研究非光氣法生產(chǎn)路線(xiàn)，1993年非光氣法工藝研究成功，并由GE塑料日本公司實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，該法以雙酚A與碳酸二苯酯為原料。是一種符合環(huán)境要求的“綠色工藝”，已成為今后聚碳酸酯合成工藝的發(fā)展方向，預(yù)計(jì)未來(lái)在聚碳酸酯生產(chǎn)中將逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。目前世界各國(guó)主要采用光氣合成法生產(chǎn)聚碳酸酯。

如今，聚碳酸酯已在從電子、航天等尖端科學(xué)到百姓日常生活的各個(gè)領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用，發(fā)展聚碳酸酯工業(yè)具有強(qiáng)國(guó)富民的戰(zhàn)略意義。近年來(lái)國(guó)內(nèi)聚碳酸酯消費(fèi)增長(zhǎng)迅速，但幾乎全部依賴(lài)進(jìn)口，還沒(méi)有依靠國(guó)產(chǎn)化技術(shù)建立大型的聚碳酸酯生產(chǎn)線(xiàn)，因此下大力氣開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)聚碳酸酯技術(shù)已到了刻不容緩的地步。一方面，應(yīng)投入資金，加強(qiáng)我國(guó)已有一定基礎(chǔ)的聚碳酸酯技術(shù)研究，爭(zhēng)取在未來(lái)該領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地；另一方面，應(yīng)盡快建造萬(wàn)噸級(jí)大型生產(chǎn)裝置，否則該行業(yè)將全部被國(guó)外壟斷。目前中科院成都有機(jī)化學(xué)研究所承擔(dān)的碳酸二甲酯與苯酚交換合成碳酸二苯酯的小試項(xiàng)目已通過(guò)中科院鑒定，技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，這標(biāo)志著我國(guó)在開(kāi)發(fā)非光氣法生產(chǎn)聚碳酸酯工藝方面邁出了可喜的一步。

三、生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場(chǎng)需求

二十一世紀(jì)以來(lái)聚碳酸酯的生產(chǎn)增長(zhǎng)加速。2007年全球聚碳酸酯需求增長(zhǎng)約6～8%，新增需求達(dá)20萬(wàn)噸。其中歐美日需求增加4～6%，日本以外的亞洲市場(chǎng)需求增長(zhǎng)8～11%。亞洲尤其是中國(guó)將成為推動(dòng)聚碳酸酯消費(fèi)的主要力量。全球特別是我國(guó)聚碳酸酯投資不斷，許多國(guó)際跨國(guó)公司前往中國(guó)設(shè)廠。全球聚碳酸酯的擴(kuò)建始于2005年，美國(guó)通用電氣(GE)在西班牙擴(kuò)建14萬(wàn)噸/年裝置、日本帝人化成在中國(guó)興建一期5萬(wàn)噸/年裝置，其它各大公司也陸續(xù)興建聚碳酸酯裝置，2005年世界生產(chǎn)能力突破300萬(wàn)噸/年大關(guān)，達(dá)到了325萬(wàn)噸/年。2006年全球PC生產(chǎn)能力比上年增加3%，達(dá)到334萬(wàn)t/a，其中亞洲136萬(wàn)t/a，占41%；美洲87萬(wàn)t/a，占26%；歐洲111萬(wàn)t/a，占33%，亞洲已成為世界聚碳酸酯的生產(chǎn)中心。

2007年聚碳酸酯產(chǎn)能增長(zhǎng)集中在亞洲，其中德國(guó)拜耳在上海建成11萬(wàn)噸/年裝置，日本帝人在浙江的裝置擴(kuò)大到10萬(wàn)噸/年，LG-DOW在韓國(guó)建成6.5萬(wàn)噸/年裝置，臺(tái)灣奇美建成6萬(wàn)噸/年裝置。不少項(xiàng)目將在今明兩年建成，其中包括：中石化三井合資上海12萬(wàn)噸/年裝置，中石化三菱合資北京6萬(wàn)噸/年裝置，三菱日本黑崎6萬(wàn)噸/年裝置，帝人浙江3期6萬(wàn)噸/年裝置，拜耳上海2期10萬(wàn)噸/年裝置，LG-DOW韓國(guó)2期8萬(wàn)噸/年裝置，臺(tái)灣旭化成2期10萬(wàn)噸/年裝置。

1995年以前聚碳酸酯在國(guó)內(nèi)主要用于制備紡織業(yè)用沙管，占總消耗量的50％左右。1995年以后逐漸轉(zhuǎn)向電子、電氣、光盤(pán)、建筑、汽車(chē)工業(yè)等領(lǐng)域，需求量急劇增加。聚碳酸酯消費(fèi)市場(chǎng)發(fā)展十分迅猛，1995年我國(guó)聚碳酸酯的消費(fèi)量為4.2萬(wàn)噸，到2002年猛漲至34.3萬(wàn)噸，年均增長(zhǎng)率高達(dá)35％左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的平均增長(zhǎng)速度和其它通用工程塑料的增長(zhǎng)速度。根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)據(jù)，聚碳酸酯在電子電氣、汽車(chē)制造業(yè)中使用比例在40％～50％，目前我國(guó)在該領(lǐng)域的使用比例只占10％左右，電子電氣和汽車(chē)制造業(yè)是我國(guó)迅速發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，未來(lái)這些領(lǐng)域?qū)厶妓狨サ男枨罅繉⑹蔷薮蟮摹?/p>

我國(guó)原有10余家聚碳酸酯生產(chǎn)企業(yè)，目前能維持生產(chǎn)僅有3家，分別為常州合成化工總廠3000噸/年（光氣法）、上海中聯(lián)化工廠1200噸/年（酯交換法）、重慶長(zhǎng)風(fēng)化工廠1000噸/年（酯交換法），總產(chǎn)能約5000噸/年，年產(chǎn)量不足千噸。與國(guó)外公司相比，不僅規(guī)模極小，而且技術(shù)落后，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)需求。由于國(guó)內(nèi)產(chǎn)量極小，我國(guó)使用的聚碳酸酯主要從國(guó)外進(jìn)口。

預(yù)計(jì)2010年世界聚碳酸酯需求量將達(dá)到400萬(wàn)噸，2015年需求量將達(dá)到515萬(wàn)噸。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)聚碳酸酯消費(fèi)市場(chǎng)迅猛發(fā)展，在過(guò)去十年國(guó)內(nèi)聚碳酸酯消費(fèi)量平均增長(zhǎng)高達(dá)30％以上，在世界絕無(wú)僅有。與國(guó)內(nèi)聚碳酸酯消費(fèi)市場(chǎng)迅速發(fā)展形成巨大反差的是，聚碳酸酯生產(chǎn)水平長(zhǎng)期低下，裝置規(guī)模小，生產(chǎn)技術(shù)落后，產(chǎn)品產(chǎn)量低、質(zhì)量差。未來(lái)國(guó)內(nèi)聚碳酸酯行業(yè)會(huì)有較大的變化。一是產(chǎn)能會(huì)有較大的增長(zhǎng)，二是需求繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)2005～2010年間國(guó)內(nèi)聚碳酸酯年均需求增長(zhǎng)率約13.8％，2010年需求量將達(dá)到120萬(wàn)噸，2015年需求量將達(dá)到160萬(wàn)噸。

四、國(guó)產(chǎn)聚碳酸酯技術(shù)

我國(guó)于1958年開(kāi)發(fā)出酯交換法技術(shù)，1961年開(kāi)發(fā)出光氣合成法技術(shù)。我國(guó)為發(fā)展自己的聚碳酸酯材料工業(yè)，已對(duì)相關(guān)力量作了優(yōu)勢(shì)整合，建設(shè)我國(guó)自己的聚碳酸酯大型生產(chǎn)裝置的條件已經(jīng)形成。在國(guó)內(nèi)，中藍(lán)晨光化工研究院自二十世紀(jì)六十年代就進(jìn)行聚碳酸酯技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究工作，并取得了很多成果，七十年代曾成功援助羅馬尼亞建廠。而中國(guó)紡織工業(yè)設(shè)計(jì)院在聚酯技術(shù)的開(kāi)發(fā)方面具有雄厚的實(shí)力，已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)了20萬(wàn)噸/年聚酯技術(shù)。目前，由中國(guó)紡織工業(yè)設(shè)計(jì)院與中藍(lán)晨光化工研究院共同開(kāi)發(fā)的1萬(wàn)噸/年聚碳酸酯生產(chǎn)裝置，采用先進(jìn)的酯交換生產(chǎn)工藝，控制方案可靠，物耗及能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到先進(jìn)水平。主要反應(yīng)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，關(guān)鍵設(shè)備及儀表目前尚未滿(mǎn)足要求的，考慮引進(jìn)。其裝置投資省、占地少、經(jīng)濟(jì)效益高，頗具有推廣價(jià)值。

該國(guó)產(chǎn)化技術(shù)工藝流程簡(jiǎn)述如下：

（一）投料系統(tǒng)

日料倉(cāng)中粉狀的碳酸二苯酯(DPC)經(jīng)過(guò)計(jì)量泵按一定的投料比率進(jìn)入熔化釜。在160℃，1atm條件下，熔化4小時(shí)。然后，雙酚A(BPA)粉末經(jīng)計(jì)量泵進(jìn)入熔化釜，粉料進(jìn)入熔化的DPC中，繼續(xù)攪拌2小時(shí)，至充分熔化。DPC和BPA熔體進(jìn)入混合罐。在160℃，1atm下進(jìn)一步攪拌至分子充分接觸。再將催化劑加入DPC、BPA熔體中，經(jīng)輸送泵進(jìn)入預(yù)反應(yīng)器。

（二）酯交換反應(yīng)

首先，在預(yù)反應(yīng)器中熔體下進(jìn)上出，形成層狀柱推流（活塞流），隨著溫度由160℃至220℃分段升高，壓力由66.67mbar降至40mbar。催化劑的活化能力充分引發(fā)。DPC和BPA熔體開(kāi)始發(fā)生小分子間的酯交換反應(yīng)。產(chǎn)生的苯酚氣體從熔體中脫出，并同熔體一起進(jìn)入第一酯交換反應(yīng)器。

第一酯交換反應(yīng)器采用塔式，其內(nèi)部形式新穎，充分考慮到熔體的傳質(zhì)、傳熱的需要。熔體在220～235℃，40～66.7mbar下，反應(yīng)1.5小時(shí)。第一酯交換反應(yīng)器頂部配有苯酚回收冷卻系統(tǒng)和水環(huán)噴射真空系統(tǒng)。將預(yù)反應(yīng)器和第一酯交換反應(yīng)器中產(chǎn)生的苯酚氣體及時(shí)抽出，保證反應(yīng)向正方向進(jìn)行，同時(shí)保證反應(yīng)器中的真空度。

所得熔體經(jīng)低粘度輸送泵進(jìn)入第二酯交換反應(yīng)器，熔體在235～250℃，13.33～26.67mbar，反應(yīng)1.2～1.8小時(shí)。在充分?jǐn)嚢柘拢ソ粨Q反應(yīng)完成并伴有縮聚反應(yīng)。第二酯交換反應(yīng)器頂部配有苯酚回收冷卻系統(tǒng)和水環(huán)噴射真空系統(tǒng)。

（三）縮聚反應(yīng)

熔體出第二酯交換反應(yīng)器后進(jìn)入預(yù)縮聚反應(yīng)器，預(yù)縮聚反應(yīng)器中配有帶圓孔的圓盤(pán)及攪拌漿，頂部配有苯酚回收冷卻系統(tǒng)和水環(huán)噴射真空系統(tǒng)。在預(yù)縮聚反應(yīng)器中溫度升至280℃，壓力降至1.33～6.67mbar。分子鏈不斷增長(zhǎng)，粘度增大。反應(yīng)0.8～1.2小時(shí)之后，進(jìn)入臥式帶有螺旋推進(jìn)漿的第一縮聚反應(yīng)器。在第一縮聚反應(yīng)器中，溫度升至290℃，壓力降至0.67mbar，反應(yīng)0.7～1.0小時(shí)之后，分子量升至15000～18000。在反應(yīng)后的熔體中加入終止劑，用以防止端基與空氣反應(yīng)。

此時(shí)熔體可以經(jīng)中粘度輸送泵輸送，由高精度過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)入切粒機(jī)，直接生產(chǎn)光盤(pán)級(jí)切片。也可以經(jīng)中粘度輸送泵進(jìn)入第二縮聚反應(yīng)器，繼續(xù)在290～310℃，0.40mbar下反應(yīng)0.5～1.0小時(shí)。然后經(jīng)過(guò)高粘度輸送泵，加入終止劑后切粒，得到分子量為24000～27000的切片。第一縮聚反應(yīng)器和第二縮聚反應(yīng)器頂部均配有苯酚回收冷卻系統(tǒng)和水蒸氣噴射真空系統(tǒng)。

五、結(jié)束語(yǔ)

縱觀聚碳酸酯的發(fā)展歷史，目前幾家主要的技術(shù)供應(yīng)商壟斷了世界聚碳酸酯的生產(chǎn)技術(shù)。而我國(guó)越來(lái)越成為聚碳酸酯的消費(fèi)大國(guó)，但是至今還沒(méi)有利用國(guó)產(chǎn)化技術(shù)建成大型的聚碳酸酯生產(chǎn)線(xiàn)，這對(duì)于中國(guó)聚碳酸酯工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展極為不利。為了國(guó)家的振興，為了民族工業(yè)的發(fā)展，為了打破國(guó)外對(duì)聚碳酸酯技術(shù)的壟斷，我們應(yīng)盡早采用國(guó)產(chǎn)化技術(shù)建立自己的大型聚碳酸酯生產(chǎn)線(xiàn)。國(guó)家也應(yīng)該積極在政策、資金上扶持國(guó)內(nèi)企業(yè)利用國(guó)產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)聚碳酸酯，以期在世界聚碳酸酯市場(chǎng)上占據(jù)有利地位，從而促進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的大發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]《聚碳酸酯生產(chǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀》，中國(guó)塑料信息網(wǎng)，2003.11.

[2]《國(guó)際聚碳酸酯(PC)市場(chǎng)走勢(shì)》，中金在線(xiàn)網(wǎng)，2008.04.

[3]聚碳酸酯(PC)生產(chǎn)簡(jiǎn)易流程，中國(guó)紡織工業(yè)設(shè)計(jì)院內(nèi)部資料.

作者簡(jiǎn)介：

陳久波，男，重慶市銅梁縣人，本科，在中國(guó)紡織工業(yè)設(shè)計(jì)院，研究方向：聚酯、化纖及特種纖維的工程設(shè)計(jì)工作。