|
聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有芳香族聚碳酸酯获的了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。本文就聚碳酸酯的结构性能、合成工艺进展、应用范围、市场前景及未来发展趋势作一简单的介绍。
1 聚碳酸酯的主要特性名 称：2，2-(4-羟基苯基)丙烷聚碳酸酯英文名称：Polycarbonate 物化特性：①聚碳酸酯是一种无定型、无味、透明的热塑性工程塑料，其相对密度为1.20，具有良好的透光性，折光率为1.586。②聚碳酸酯主要特点是机械性能良好。既韧又刚、无缺口，冲击强度在热塑性塑料中名列前茅，接近玻璃纤维增强的酚醛或不饱和树脂，呈延性断裂。成型的零件可达到很精密的公差，并在很宽的范围内保持尺寸稳定，优于聚酰胺ABS和聚甲醛。③热塑性好，热变性温度在135一145℃之间。与其他塑料相比，聚碳酸酯的线胀系数低，且加人玻璃纤维后能降低l/3。100℃以上长时间热处理，刚性稍有增加，弹性模量、弯曲强度、拉伸强度也随之增加，而抗冲值有所降低。在100℃以上退火，可消除内应力。④聚碳酸酯具有良好的电性能，在较宽的湿度范围内，电绝缘性恒定，并耐电晕性。聚碳酸酯体积电阻率和介电强度与聚酯薄膜相当。另外还有自熄、易增强、阻燃、能着色等特性。
2 聚碳酸酯的生产技术现状 聚碳酸酯于1953年由德国拜目公司首先研究成功，并于1958年实现了工业化生产，至今已有40多年历史，其工业生产方法主要有溶液光气法、酯交换法、界面缩聚光气法和非光气法。 2.1 溶液光气法 该工艺是将光气通入含有双酚A和酸接受剂的二氯甲烷溶液中进行反应，然后将聚合物从溶液中分离出来。与其它的生产方法相比，溶液光气法由于经济性较差己完全淘汰。2.2 酯交换法 酯交换法又称传统熔融工艺，其实也是一种间接光气法工艺。它是以苯酚为原科，经过光气法反应生成碳酸二苯酯，然后在卤化锂或氢氧化锂等催化剂和添加剂存在下和双酚A进行酯交换反应，生成低聚物，再进一步缩聚得到聚碳酸酯产品[3]。尽管该工艺生产成本低于其它生产工艺，但由于其生产出的聚碳酸酯光学性能较差，催化剂易污染，并且由于存在副产品酚而导致产品分子量较低，应用范围有限，因此限制了该工艺的商业应用。2.3 界面缩聚光气法 界面缩聚光气法工艺是将双酚A和烧碱溶液配制成双酚A钠盐，同时加入酚，然后送入光气反应器内。加入二氯甲烷，通光气进行光气化反应，反应完成后将反应液送到缩聚反应器内，加入三乙胺和烧碱溶液，进行缩聚反应。然后分离含有聚合物的有机相和水相，对有机相进行洗涤、干燥，最后成粒就得聚碳酸酯成品[4]。界面缩聚工艺是目前世界上聚碳酸酯的主要生产工艺。和其他工艺相比，该工艺适于规模生产和连续生产，生产出的产品纯净、易加工、产品分子量高，能满足各种用途。但由于生产中使用剧毒光气，且要用到二氯甲烷溶液和副产品氯化钠，对环境也有影响，目前也处于限制发展状态。因而开发不用光气来生产聚碳酸酯的新工艺成为近年来的研究热点。 2.4 非光气法 非光气法于1993年研究成功，由GE公司首先将此法实现工业化生产，生产能力2.5万t／a，现已扩建到4万吨／a。它先以液相氧化碳基法生产碳酸二甲酯，再与醋酸苯酯交换生成碳酸二苯酯，然后在熔融状态下与双酚A进行酯交换，缩聚制得聚碳酸酯[5]。该工艺无副产物，也基本无污染，在生产过程中原料可以循环使用，降低了生产成本，特别是避免使用剧毒化学物质光气，因此深受世界各大公司的重视，纷纷致力开发。据报道日本国家材料和化学研究院已用碳基化法成功地合成了分子量为5000的聚碳酸酯，该预聚体进一步聚合可制得商品级聚碳酸酯[6]。中科院成都有机化学研究所承坦的碳酸二甲酯与苯酚交换合成碳酸二苯酯的小试项目已通过中科院鉴定，技术达到国际先进水平，这标志着我国在开发非光气法生产聚碳酸酯工艺方面迈出了可喜的一步。非光气工艺生产聚碳酸酯是一种全封闭、无副产物、污染很少、符合环境要求的绿色工艺，是今后聚碳酸酯工艺的发展方向，预计在未来聚碳酸酯生产中将逐渐占据主导地位。3 聚碳酸酯的生产及消费现状3.1 国外聚碳酸酯的生产及消费 国外聚碳酸酯生产源于1956年，首先在德国、依次在日本、西欧和美国实现了工业化生产。从20世纪80年代起，世界聚碳酸酯的生产能力增长较快，1988年生产能力仅为48.7Mt/a，而到2001年时世界聚碳酸酯的生产能力已超过了220Mt/a，总产量约为190Mt，是近年来增长最快的工程塑料之一。预计到2006年，全球将有150Mt/a的新增聚碳酸酯装置投产，届时世界聚碳酸酯的生产能力将达到330Mt／a。表1为2002年国外聚碳酸酯的主要生产厂家及生产能力。
表1 2002年国外聚碳酸酯的主要生产厂家及生产能力 | 国家及地区 | 生产商 | 生产能力 Mt/a | | 美国 | GE | 43.5 | | Bayer | 20.0 | | Dow | 8.0 | | 德国 | Bayer | 15.0 | | Dow | 12.5 | | 荷兰 | GE | 17.0 | | 比利时 | Bayer | 20.0 | | 西班牙 | GE | 13.0 | | 日本 | 出光石油化学 | 4.7 | | 住友 | 5.0 | | GE | 4.5 | | 帝人化学 | 12.0 | | 三菱化学 | 9.0 | | 韩国 | SamYang | 5.0 | | LG-Dow | 6.5 | | 中国台湾 | 旭化成/奇美公司 | 5.0 | | 台塑/出光公司 | 5.0 | | 泰国 | PC公司 | 6.0 | | Bayer | 5.0 | | 新加坡 | 帝人 | 13.0 |
近年来世界聚碳酸酯工业发展呈现以下两大特点：一是生产更集中和垄断。主要集中于几大著名公司中，如德国的Bayer、英国的帝人化学、美国的GE和Dow等，这几家公司生产能力占世界总生产能力的80％左右，控制着世界聚碳酸酯的生产与市场。二是亚洲发展迅速，1995年以前世界聚碳酸酯生产装置主要位于美国、西欧等工业发达国家和地区，近年来随着亚洲经济逐步恢复，对工程塑料的需求越来越强劲，世界著名聚碳酸酯生产商看好亚洲市场，如Bayer、Dow等纷纷来亚洲投资建厂，准备在这一巨大市场的竞争中占据先机。国外聚碳酸酯应用最大的市场是电子/电气(包括计算机、办公设备和光盘)，透明薄板、片材以及汽车工业。表2列举了2001年主要地区聚碳酸酯各领域的消费份额。
表2 2001年主要地区聚碳酸酯各领域的的消费份额| 消费领域 | 美国 % | 西欧 % | 日本 % | | 汽车 | 25 | 12.3 | 17.7 | | 玻璃/板材 | 16 | 24.0 | 18.2 | | 光学材料 | 12 | 24.0 | | | 电器/电子 | 11 | 18.4 | 35.9 | | 仪器设备 | 10 | 4.4 | | 家庭用品 | 7 | 1.3 | | 医疗保健 | 9 | 4.2 | 5.0 | | 其他 | 10 | 11.5 | 23.2 |
赵光辉，任敦泾，李建忠，孙吉明，刘鑫，陈勇 |
