聚碳酸酯生產(chǎn)工藝技術(shù)

李小利 楊海波 李永峰 楊琰瑾 張峰 趙進(jìn)進(jìn)

摘 ?要：本文對聚碳酸酯做了簡要介紹，根據(jù)國內(nèi)外文獻(xiàn)資料，對聚合、萃取、濃縮、離析和干燥方法進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：聚碳酸酯;合成工藝;界面縮聚

1 引言

聚碳酸酯是一種性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，具有突出的抗沖擊能力，耐蠕變，尺寸穩(wěn)定性好，耐熱、吸水率低、無毒、介電性優(yōu)良，是五大工程塑料中唯一具有良好透明性的產(chǎn)品，也是近年來增長速度最快的通用工程塑料[1]。

2 聚碳酸酯工藝流程的選擇及論證

工藝流程的選擇原則是：有一定的科學(xué)先進(jìn)性和一定的科學(xué)水平，能體現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)效益及可操作性強(qiáng)。在兼顧企業(yè)的實際情況同時制定出工藝流程簡短、技術(shù)成熟、投資少、生產(chǎn)成本低、適應(yīng)生產(chǎn)的連續(xù)化流程，使整個生產(chǎn)裝置達(dá)到高水平操作。

2.1 聚合工藝敘述

以光氣界面法制備聚碳酸酯。以水/二氯甲烷為介質(zhì)，光氣和雙酚A在催化劑作用下在水/二氯甲烷的界面進(jìn)行聚合反應(yīng)，得到的聚碳酸酯溶于二氯甲烷，而反應(yīng)的副產(chǎn)物氯化鈉等無機(jī)鹽溶于水相。將有機(jī)相分離清洗，除去溶劑，再將產(chǎn)物干燥即得到聚碳酸酯樹脂粉末。

目前世界上大部分聚碳酸酯是采用光氣法路線生產(chǎn)的。“一步”光氣界面縮聚法與其處于同時代技術(shù)水平，技術(shù)成熟，工藝先進(jìn)，可靠性高。目前國內(nèi)其它聚碳酸酯生產(chǎn)企業(yè)所采用的是酯交換法生產(chǎn)技術(shù)，受到生產(chǎn)工藝及設(shè)備的限制，難以提高產(chǎn)品質(zhì)量并進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)。

2.2 萃取工藝的選擇

聚合反應(yīng)后得到的溶液為膠體樹脂及鹽水無機(jī)相混合物，此處所采取的后處理方法的優(yōu)劣，將直接決定著樹脂的質(zhì)量及其應(yīng)用效果。

膠體洗滌的工藝有兩種。其一為液-液洗滌。用洗滌劑與膠液進(jìn)行高效混合，使膠液中的雜質(zhì)逐步轉(zhuǎn)移到洗滌劑中，再將兩相分離，以除去雜質(zhì)。另一種方法為液-固洗滌。此法是先用沉淀劑將樹脂從膠液中離析出來，再用洗滌劑洗滌固體樹脂。從洗滌效果上看前者優(yōu)于后者。除此之外還有其它許多方法，如電離析法、冷凍法等，這些方法尚未具有工業(yè)應(yīng)用意義。

高效洗滌設(shè)備借助于特殊形式的高效攪拌器，如渦輪攪拌器、轉(zhuǎn)盤塔、脈沖塔等，但迄今為止洗滌效果最好的，是液-液萃取離心機(jī)。選用五臺高速離心機(jī)串聯(lián)組成精制水洗工藝[2]。

2.3 離析工藝的選擇

如何把經(jīng)過萃取后膠液中的樹脂從液體中以粉粒形式離析出來，是此工序的任務(wù)。傳統(tǒng)的離析方法有三種[3]。現(xiàn)介紹如下：

第一種為沉淀法。沉淀法是最早在工業(yè)應(yīng)用的方法之一。此法是加入不良溶劑，使樹脂從膠液中沉淀出來。經(jīng)過濾，將粉狀樹脂與混合溶劑分離。沉淀法需要使用大量的溶劑，從而需要復(fù)雜的混合溶劑回收裝置，而且回收樹脂的質(zhì)量受沉淀工藝的影響極大。由于引入大量的沉淀劑，使混合溶劑的回收分離變得更為艱難。因此，目前此法已逐漸被其它方法取代。

第二種為凝膠成粉法。此法是將樹脂的稀膠液濃縮至樹脂含量為26%～60%時，使其達(dá)到凝膠點（結(jié)晶化），膠液相變?yōu)榉蹱顦渲?，然后除盡濕粉中的溶劑。控制達(dá)到凝膠點的樹脂含量，對樹脂中溶劑的最終含量具有重要意義。

第三種為水-汽噴析法。此法是將樹脂稀溶液噴入熱水或水蒸氣中，借助于溶劑的瞬時汽化排出溶劑，并使樹脂以顆粒析出。此法的關(guān)鍵在于獲得表觀密度較大的、適于加工的顆粒。因此，研究噴嘴的結(jié)構(gòu)和功能即成為首要問題。噴嘴的作用除了要把膠液分散成為均勻的微粒以外，還要求液體有一定的速度和壓力。噴出速度可影響析出的樹脂粒度。

2.4 脫水干燥工藝的選擇

離析出的樹脂粉料含有一定量的水和溶劑，此工序要求除去大部分的水和溶劑，為下一步深度干燥做好準(zhǔn)備。粉體干燥方法有很多種。對粉狀樹脂進(jìn)行干燥可運(yùn)用氣流干燥、噴霧干燥、流化床干燥等[4]。

氣流干燥是化工行業(yè)廣泛使用的干燥方式，具有干燥強(qiáng)度大、干燥結(jié)構(gòu)簡單，干燥時間短等優(yōu)點，但對具有一定粘性的聚碳酸酯粉料不適應(yīng)該種干燥方式。

噴霧干燥適用于熱敏性物料的干燥，且有很大的操作彈性，噴霧能力每小時從幾千克至幾百噸。但是熱效率比較低，一般為30%～40%，而且干燥成本高，設(shè)備維護(hù)費用大，會導(dǎo)致產(chǎn)品成本顯著增加。

流化床干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，造價低，且物料在流態(tài)化干燥器內(nèi)的停留時間可以自由調(diào)節(jié)，對于需要長時間干燥的物料或干燥產(chǎn)品濕含量要求低的情況可適應(yīng)。

2.5 深度干燥工藝的選擇

由于聚碳酸酯產(chǎn)品對水份及溶劑含量的要求很高，所以在樹脂造粒之前必須對聚碳酸酯產(chǎn)品再進(jìn)行深度干燥，以達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量要求。

真空耙式干燥器主要由殼體、旋轉(zhuǎn)軸和耙齒組成。由水環(huán)式真空泵組成真空系統(tǒng)。殼體選用低壓飽和水蒸氣作為加熱介質(zhì)。旋轉(zhuǎn)軸和耙齒作為攪拌物料和更新表面的作用，使物料在干燥過程中不斷地向中間和兩端推動。通過這些措施，可以保證傳熱表面的及時更新，從而加速熱質(zhì)傳遞的速率。這種干燥特別適應(yīng)于熱敏性物料。和普通真空干燥比較，此干燥器節(jié)省干燥時間1/3以上，大大提高了生產(chǎn)能力，降低能耗[5]。

參考文獻(xiàn)

[1] ?晨光化工廠編. 聚碳酸酯. 北京：燃料化學(xué)工業(yè)出版社，1973。

[2] ?Subhas K.Sikdar，Clifton Park，Yaw D.Yeboah et al. Catalyzed Interfacial ? ?Polycondensation Polycarbonate Process. US 4515936. 1985-5-7。

[3] ?邱鵬. 聚碳酸酯國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)及市場分析. 化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2004，17（2）。

[4] ?William Hollar，Jr.Mt.Vernon，Renato Hoogeveen et al. Resin Preheating For Steam Precipition Jet Polycarbonate Resin Isolation. US 6362304. 2002-5-26。

[5] ?吳劍平. 聚碳酸酯產(chǎn)需不斷擴(kuò)大，國際化工信息，2006，20（5）。