Linka na extruzi dutých desek z PC

Výzkum a analýza trhu s polymerizačními metodami pro polykarbonát PC

PC dutýlinka na vytlačování listůPolykarbonát (PC) je polymer obsahující uhličitanové skupiny v molekulárním řetězci, jehož molekulární strukturní vzorec je uveden ve vzorci.

PC je téměř bezbarvý, sklovitý, amorfní polymer s dobrými optickými vlastnostmi, tepelnou odolností, rázovou houževnatostí, odolností vůči slabým kyselinám a zásadám a neutrálním olejům. PC s vysokou relativní molekulovou hmotností má vysokou houževnatost, ale je špatně odolný vůči hydrolýze, citlivý na odštípnutí, špatně odolný vůči poškrábání, náchylný k některým organickým rozpouštědlům, žloutne při dlouhodobém vystavení ultrafialovému světlu a nelze jej použít pro výrobky opakovaně vystavené vysokotlaké páře.

PC lze podle struktury esterové skupiny rozdělit na alifatické, aromatické, alifaticko-aromatické a další typy, z nichž alifatické a alifaticko-aromatické PC mají nižší mechanické vlastnosti, což omezuje jejich použití v technických plastech; průmyslově se dosud vyrábí pouze aromatický PC. Díky svým strukturním zvláštnostem se PC stal jedním z nejrychleji rostoucích všeobecných technických plastů s vynikajícím celkovým výkonem a je široce používán v oblasti elektroniky a elektrických spotřebičů, fóliových obalů, automobilového průmyslu, zdravotnických prostředků a ochranných prostředků a rychle se rozšiřuje do nových oblastí, jako je letecký a kosmický průmysl, optické součástky a optoelektronické informace.

Proces výroby počítačů

V současné době existují tři výrobní procesy pro PC, a to polykondenzace na rozhraní fotoplynu (známá také jako metoda fotoplynu), polykondenzace s výměnou roztaveného esteru a polykondenzace s výměnou roztaveného esteru bez použití fotoplynu.

1. Mezifázová polykondenzace fotoplynu

Nejprve se CO získává částečnou oxidací a čištěním koksovatelného uhlí nebo nízkouhlíkových alkanů, zatímco vodný roztok NaCl se elektrolyzuje za účelem získání Cl2 a NaOH. Výsledný CO reaguje s Cl2 za vzniku fosgenu, který podléhá mezifázové kondenzaci s BPA v roztoku CH2Cl2 za vzniku PC.

Kromě toho slouží NaOH produkovaný elektrolýzou jako katalyzátor v reakčním procesu. Získaný roztok PC se nejprve čistí promytím velkým množstvím vody, poté se přidá hexan nebo toluen a destilací se odstraní rozpouštědla, jako je CH2Cl2, čímž se získají pelety PC. Vysušený PC se granuluje pomocí tavného granulátoru. Reakce se provádí za atmosférického tlaku a oddělené materiály po polykondenzační reakci, matečný louh z centrifugace, dichlormethan a kyselina chlorovodíková se recyklují.

Proces je vyzrálý, kvalita produktu je vysoká, neexistují žádné zvláštní požadavky na čistotu suroviny, reakční zařízení je relativně jednoduché a lze jej provádět za nízkých teplot a nízkých tlaků, ale zbytkové chloridové ionty v procesu přípravy budou mít vliv na kvalitu produktu. Surovinou je navíc vysoce toxický fosgen, který je relativně nebezpečný, a množství produkovaného odpadního plynu a odpadní vody je velké.

Společnosti GE (General Electric) Plastics, Bayer a Mitsubishi Chemical kombinují v procesu následné úpravy odpařování a srážení, aby pomocí rozpouštědel a srážecích činidel odstranily rozpustné nečistoty a zlepšily tak čisticí účinek.

2. Polykondenzace s výměnou esterů z taveniny
Polykondenzace s výměnou esterů v tavenině je založena na fenolu jako surovině. DPC se nejprve připraví mezifázovou fotozplyňovací reakcí, poté za přítomnosti katalyzátorů (jako je halogenid lithný, hydroxid lithný, halogenid lithiumaluminium a hydroxid boritý atd.) a přísad. Oligomer se získá esterovou výměnnou reakcí s bisfenolem A a další polykondenzací se získají produkty PC. Reakční proces je znázorněn v rovnici (3).

Tento proces je levnější než polykondenzace na rozhraní fotoplynu, je relativně jednoduchý a produkuje méně odpadní vody a plynu. Proces však stále vyžaduje použití vysoce toxického fosgenu při přípravě suroviny DPC a výsledné nečistoty obsahující Cl mohou deaktivovat alkalický katalyzátor neutralizačními reakcemi, což snižuje výkon PC a zároveň způsobuje žloutnutí materiálu.

3. Metoda polykondenzace s výměnou taveniny esterů bez fosgenu
V roce 1978 společnost GE Plastics poprvé zveřejnila patent na oxidační karbonylaci fenolu pomocí CO a O2 za použití Pd jako katalyzátoru k výrobě DPC, který byl poté v roztaveném stavu vyměněn za BPA za vzniku PC, jak je znázorněno v rovnici (4).

Proces oxidační karbonylace methanolu s CO a O2 za vzniku dimethylkarbonátu (DMC) byl poprvé popsán Romanem a kol. v roce 1980. DMC poté podstoupil esterovou výměnnou reakci s fenolem za vzniku toluenkarbonátu (MPC), MPC byl disproporcionován za vzniku DPC a DPC podstoupil esterovou výměnnou polykondenzační reakci s bisfenolem A v roztaveném stavu za vzniku produktů PC, jak je znázorněno ve vzorci (5).

V roce 1993 se společnost GE Plastics ujala lídra v průmyslové výrobě PC bezfosgenovým procesem s použitím biaxiálního reaktoru s kapacitou 25 000 t/rok s použitím CO2 jako suroviny.

CO2 je netoxická, nehořlavá, biologicky obnovitelná surovina a její aktivita je ve srovnání s CO nižší, ale lze ji také použít jako kopolymerní monomer k výrobě PC. Čínská společnost Ningbo Zhejiang Iron Dafeng Chemical Co., Ltd. nezávisle vyvinula proces výroby PC bezfosgenovou metodou s použitím CO2 a propylenoxidu jako surovin a současná roční výrobní kapacita je 100 000 tun. Japonská společnost Asahi Kasei také vyvinula proces výroby PC bezfosgenovou metodou s použitím CO2, jak je znázorněno na obrázku 2. To je znázorněno na obrázku 2.
Proces probíhá v bezvodém prostředí (s výjimkou chladicí vody) bez použití jakýchkoli korozivních surovin. Vedlejší produkty methanol a fenol lze recyklovat a reakční proces poskytuje 2 produkty: vysoce kvalitní PC a vysoce čistý MEG bez vzniku odpadu nebo odpadních vod.
Tento proces nepoužívá toxické látky, má vysokou míru využití atomové energie a je v podstatě bez znečištění. Přebytečné suroviny a vedlejší produkty lze během výrobního procesu recyklovat, což efektivně snižuje výrobní náklady.

Trh s PC a jeho perspektivy rozvoje

V posledních letech se PC s rychlým rozvojem ekonomiky a rozšířením nových aplikací stal jedním z nejrychleji rostoucích technických plastů, přičemž hlavní producenti jsou soustředěni ve Spojených státech, západní Evropě a Japonsku, kde Bayer, GE Plastics, Dow Chemical a Teijin ovládají světovou produkci a trh s PC.

V roce 2020 bude asijsko-pacifický region představovat přibližně 72.6 % celosvětové poptávky po osobních počítačích a Čína se stala největším světovým výrobcem a spotřebitelem osobních počítačů. Díky silné podpoře národních politik, zavádění počítačových technologií ve formě společných podniků a neustálému zrání domácích vlastních výrobních technologií byly investovány do velkých projektů výroby osobních počítačů, což výrazně zvýšilo domácí výrobní kapacitu osobních počítačů a toto odvětví tak otevřelo nové rozvojové příležitosti.

Technické bariéry procesu výroby osobních počítačů jsou relativně vysoké a Čína s tím začala pozdě. Před rokem 2015 byly všechny domácí závody na výrobu osobních počítačů postaveny společnými podniky nebo zaváděním technologií a výrobní kapacita byla vysoce koncentrovaná. Od té doby podniky jako Wanhua Chemical a Sichuan Zhonglan Guohua New Material vyvinuly různé technologie syntézy osobních počítačů s nezávislými právy duševního vlastnictví, což umožnilo rozvoj a růst čínského průmyslu osobních počítačů.

V současné době je nová výrobní kapacita na světě soustředěna především v Číně. V roce 2019 činila čínská výrobní kapacita PC 1.66 milionu tun, což představuje meziroční nárůst o 31.74 %, s mírou využití kapacity 58 %. V roce 2020 se čínská výrobní kapacita PC zvýšila na 2.44 milionu tun/rok a produkce se zvýšila na 1.185 milionu tun.

Počítače osobních počítačů (PC) byly zařazeny do národního high-tech průmyslu, klíčových strategických rozvíjejících se odvětví a deseti klíčových oblastí popsaných v publikaci „Made in China 2025“. Díky národním politikám a masivním investicím do domácí výrobní kapacity se na budoucím domácím trhu s PC pravděpodobně objeví situace, kdy nabídka převyšuje poptávku. Konzervativní odhad je, že do roku 2023 bude v Číně uvolněna výrobní kapacita PC ve výši 2.41 milionu tun ročně, přičemž celková výrobní kapacita PC v Číně se do roku 2023 blíží 3.6 milionu tun ročně.

Ve srovnání s rychle rostoucí výrobní kapacitou osobních počítačů (PC) se poptávka po navazujících produktech neuvolnila současně. Celkově je růst spotřeby PC pomalý a toto odvětví vstoupilo do období nízkého rozvoje. Běžné PC má nízkou odolnost proti nárazu a chemikáliím a nelze je použít v mnoha oblastech, ale technické překážky pro výrobu špičkových produktů jsou vysoké. Při rychlém rozšiřování výroby by domácí podniky měly posílit kvalitu svých produktů a změnit problém nadbytku levných a nedostatku špičkových produktů, aby mohly růst a rozvíjet se v tvrdé tržní konkurenci.

Mezi třemi hlavními výrobními procesy PC je bezfosgenová metoda neznečišťující životní prostředí, nevznikají žádné vedlejší produkty, vyžadují nízké investice, dobrou účinnost a vysokou kvalitu výsledných produktů, což bude rozhodně budoucím směrem vývoje PC. V současné době lze výrobní náklady na vysoce čistý DPC snížit vývojem účinných katalyzátorů a navíc lze navrhnout vysoce účinné reaktory tak, aby byly vhodné pro výrobu prepolymerů PC s vysokou viskozitou taveniny.

Přestože výrobní kapacita a spotřeba PC v Číně rostou, jedná se obecně o základní materiály, které se používají hlavně v obalech, fóliích a deskách atd., s úzkým využitím a nízkými zisky. Špičkové produkty používané v automobilovém průmyslu, domácích spotřebičích, elektronických výrobcích a dalších oblastech jsou stále závislé na společných podnicích nebo zahraničních podnicích. S dalším uvolňováním výrobních kapacit se nabídka a poptávka postupně blíží rovnováze, konkurence v odvětví PC se zintenzivňuje a společnosti čelí velkým výzvám. Budoucím směrem rozvoje odvětví PC je eliminace technologií šetrných k životnímu prostředí, snížení výrobních nákladů na suroviny pro PC, regulace a zlepšení výkonu produktů, vývoj vysoce výkonných produktů, snížení spotřeby energie zařízení, zlepšení konkurenceschopnosti zařízení a zvýšení nezávislé výzkumné a vývojové síly domácích technologií.