Polykarbonát (PC) je molekulárny reťazec obsahujúci uhličitanovú skupinu. Podľa molekulárnej štruktúry s rôznymi esterovými skupinami sa dá rozdeliť na alifatické, alicyklické a aromatické skupiny, z ktorých najpraktickejšiu hodnotu má aromatická skupina, a najdôležitejší je polykarbonát typu bisfenolu A. Jeho všeobecná priemerná molekulová hmotnosť (Mw) sa pohybuje v rozmedzí od 20 do 100 000.

Štruktúrny vzorec PC (Obrázok)

Polykarbonát má dobrú pevnosť, húževnatosť, priehľadnosť, odolnosť voči teplu a chladu, jednoduché spracovanie, spomaľovač horenia a ďalšie komplexné vlastnosti. Hlavnými následnými aplikáciami sú elektronické spotrebiče, plechy a automobilový priemysel. Tieto tri odvetvia predstavujú približne 80 % spotreby polykarbonátu. Ďalšie oblasti sa používajú v priemyselných strojových súčiastkach, CD-ROM, obaloch, kancelárskych zariadeniach, lekárskej a zdravotnej starostlivosti, filmoch, rekreačných a ochranných prostriedkoch a mnohých ďalších oblastiach, ktoré dosiahli širokú škálu aplikácií a stali sa jedným z piatich najrýchlejšie rastúcich technických plastov.

V roku 2020 dosiahla celosvetová výrobná kapacita PC približne 5,88 milióna ton, pričom výrobná kapacita PC v Číne dosiahla 1,94 milióna ton ročne, čo predstavuje produkciu približne 960 000 ton. Zatiaľ čo zdanlivá spotreba polykarbonátu v Číne v roku 2020 dosiahla 2,34 milióna ton, existuje rozdiel takmer 1,38 milióna ton, čo je potrebné dovážať zo zahraničia. Obrovský dopyt na trhu prilákal množstvo investícií na zvýšenie produkcie. Odhaduje sa, že v Číne je vo výstavbe a zároveň sa navrhuje mnoho projektov v oblasti PC a domáca výrobná kapacita v nasledujúcich troch rokoch prekročí 3 milióny ton ročne. Priemysel PC vykazuje zrýchlený trend presunu výroby do Číny.

Aké sú teda výrobné procesy PC? Aká je história vývoja PC doma a v zahraničí? Ktorí sú hlavní výrobcovia PC v Číne? Ďalej si to stručne rozoberieme.

Tri hlavné metódy výrobného procesu pre PC

Tri hlavné výrobné procesy v priemysle osobných počítačov sú metóda medzifázovej polykondenzácie fotoplynom, tradičná metóda výmeny roztaveného esteru a metóda výmeny roztaveného esteru bez použitia fotoplynu.
Obrázok Obrázok
1. Metóda medzifázovej polykondenzačnej fosgénovej fázy

Ide o reakciu fosgénu s inertným rozpúšťadlom a vodným roztokom bisfenolu A hydroxidu sodného za vzniku polykarbonátu s nízkou molekulovou hmotnosťou, ktorý sa potom kondenzuje na polykarbonát s vysokou molekulovou hmotnosťou. Kedysi sa touto metódou syntetizovalo približne 90 % priemyselných polykarbonátových produktov.

Výhodami metódy medzifázovej polykondenzácie s fosgénom PC sú vysoká relatívna molekulová hmotnosť, ktorá môže dosiahnuť 1,5 až 2 * 105, a čistota produktov, dobré optické vlastnosti, lepšia odolnosť voči hydrolýze a jednoduché spracovanie. Nevýhodou je, že proces polymerizácie vyžaduje použitie vysoko toxického fosgénu a toxických a prchavých organických rozpúšťadiel, ako je metylénchlorid, ktoré spôsobujú vážne znečistenie životného prostredia.

Metóda výmeny esterov v tavenine, známa aj ako ontogénna polymerizácia, bola prvýkrát vyvinutá spoločnosťou Bayer s použitím roztaveného bisfenolu A a difenylkarbonátu (difenylkarbonát, DPC) pri vysokej teplote, vysokom vákuu a prítomnosti katalyzátora pre výmenu esterov, predkondenzačnú kondenzačnú reakciu.

Podľa použitých surovín v procese DPC sa dá rozdeliť na tradičnú metódu výmeny roztaveného esteru (známu aj ako nepriama metóda fotoplynu) a metódu výmeny roztaveného esteru bez fotoplynu.

2. Tradičná metóda výmeny roztaveného esteru

Delí sa na 2 kroky: (1) fosgén + fenol → DPC; (2) DPC + BPA → PC, čo je nepriamy proces s fosgénom.

Proces je krátky, bez rozpúšťadiel a výrobné náklady sú o niečo nižšie ako pri metóde medzifázovej kondenzácie fosgénu, ale výrobný proces DPC stále používa fosgén a produkt DPC obsahuje stopové množstvá chlórformiátových skupín, čo ovplyvní konečnú kvalitu produktu PC, čo do určitej miery obmedzuje propagáciu procesu.

3. Metóda výmeny roztaveného esteru bez fosgénu

Táto metóda je rozdelená do 2 krokov: (1) DMC + fenol → DPC; (2) DPC + BPA → PC, ktorá využíva dimetylkarbonát DMC ako surovinu a fenol na syntézu DPC.

Vedľajší produkt fenol získaný výmenou esterov a kondenzáciou sa môže recyklovať do syntézy DPC procesu, čím sa dosahuje opätovné použitie materiálu a dobrá hospodárnosť; vďaka vysokej čistote surovín sa produkt nemusí sušiť ani prať a kvalita produktu je dobrá. Proces nepoužíva fosgén, je šetrný k životnému prostrediu a ide o zelený proces.

S národnými požiadavkami na tri druhy odpadu petrochemických podnikov. S rastúcimi národnými požiadavkami na bezpečnosť a ochranu životného prostredia petrochemických podnikov a obmedzením používania fosgénu bude technológia výmeny roztavených esterov bez fosgénu v budúcnosti postupne nahrádzať metódu medzifázovej polykondenzácie ako smer rozvoja technológie výroby PC vo svete.