聚碳酸酯的合成技術(shù)及發(fā)展前景

呂海麗 刁春霞 陳 俊 徐鑑亮

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司化工部，200540)

聚碳酸酯(雙酚A型聚碳酸酯)無(wú)味、無(wú)嗅、透明，是一種無(wú)定形熱塑性聚合物。

聚碳酸酯以沖擊強(qiáng)度高而著稱，具有突出的韌性、優(yōu)異的電絕緣性、寬廣的溫度使用范圍、尺寸穩(wěn)定性、較好的耐熱性能、良好的透明性和耐老化性能。正是這些優(yōu)異的性能，聚碳酸酯被廣泛應(yīng)用于電子電氣、建筑、醫(yī)療器械、汽車(chē)及家用電器等領(lǐng)域［1－2］。

1 聚碳酸酯的生產(chǎn)技術(shù)比較［3－7］

1.1 合成聚碳酸酯技術(shù)路線的比較

聚碳酸酯合成路線可分為兩種，即光氣法和非光氣法(熔融聚合工藝)，其中光氣法包括:間接光氣法(又稱酯交換熔融縮聚法)、直接光氣法(又稱溶液光氣法)和界面縮聚光氣法;非光氣法有:二氧化碳－甲醇法、液相甲醇羰基化法和氣相甲醇羰基化法。各合成路線的特點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

表1 合成聚碳酸酯技術(shù)路線的比較

1.2 聚碳酸酯產(chǎn)品成本及投資回報(bào)率比較

光氣法雖然是傳統(tǒng)的聚碳酸酯生產(chǎn)技術(shù)，但是由于該技術(shù)路線投資大，且光氣又為劇毒產(chǎn)品，危險(xiǎn)性極大，世界各國(guó)對(duì)光氣的生產(chǎn)與應(yīng)用都有著嚴(yán)格的法律規(guī)定和限制。

界面縮聚光氣法是雙酚A與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成雙酚A鈉鹽，然后加入光氣，使物料在界面上聚合，生成低相對(duì)分子質(zhì)量的聚碳酸酯，再經(jīng)過(guò)縮聚和分離得到高相對(duì)分子質(zhì)量的聚碳酸酯。目前世界上大多數(shù)裝置采用這種工藝。

CO2－環(huán)氧乙烷－甲醇法合成聚碳酸酯的工藝中，環(huán)氧乙烷(EO)可以轉(zhuǎn)化為乙二醇(EG)，EG的選擇性很高，可以避免二乙二醇和三乙二醇的生成。甲醇可以轉(zhuǎn)化為碳酸二甲酯，不必增加原料費(fèi)，整個(gè)工藝僅消耗EO、CO2、苯酚(PhOH)和丙酮(ACE)，屬于一項(xiàng)綠色環(huán)保技術(shù)，也是聚碳酸酯生產(chǎn)工藝的發(fā)展方向。

液相甲醇羰基化法是以PhOH、ACE、甲醇、CO和O2為原料，副產(chǎn)物少。該法基本無(wú)污染，也是綠色工藝，缺點(diǎn)是催化劑氯化銅對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致單元設(shè)備投資大、整體裝置投資高。

氣相甲醇羰基化法以甲醇和一氧化氮為原料，經(jīng)氧化羰基制備DMC，DMC與PhOH酯交換合成DPC，再與雙酚A(BPA)熔融聚合制備聚碳酸酯。該工藝原料消耗額定低，能耗較液相甲醇羰基化法高，設(shè)備投資費(fèi)用低和產(chǎn)品生產(chǎn)成本較低。但該工藝存在能耗高，且成熟的工業(yè)裝置生產(chǎn)規(guī)模小。不同工藝條件下聚碳酸酯產(chǎn)品成本及投資回報(bào)率的比較見(jiàn)表2。

表2 產(chǎn)品成本及投資回報(bào)率的比較 美元/t

2 聚碳酸酯市場(chǎng)前景［8］

2.1 全球聚碳酸酯的消費(fèi)結(jié)構(gòu)及市場(chǎng)需求

全球內(nèi)聚碳酸酯在玻璃/片材、電子/電器、光盤(pán)光學(xué)儀器、汽車(chē)業(yè)等不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求情況見(jiàn)表3。預(yù)計(jì)2016年全球聚碳酸酯的需求量達(dá)4 199 kt。亞洲國(guó)家的需求量將超過(guò)全球總需求量的65%。

表3 全球聚碳酸酯不同領(lǐng)域的需求量及預(yù)測(cè)

2.2 國(guó)內(nèi)聚碳酸酯的市場(chǎng)需求

聚碳酸酯無(wú)色透明，具備耐熱、抗沖擊和阻燃等特性，被廣泛用于電子電器、汽車(chē)和陽(yáng)光板等眾多領(lǐng)域。電子/電器業(yè)(占29.0%)、光盤(pán)光學(xué)儀器業(yè)(21.5%)、玻璃/片材(21.0%)、復(fù)合材料/汽車(chē)業(yè)(9.8%)成為聚碳酸酯的主要市場(chǎng)。

近年聚碳酸酯合成工業(yè)發(fā)展較快，2003年世界聚碳酸酯生產(chǎn)能力為2 750 kt/a，2006年達(dá)到3 670 kt/a，2009年達(dá)到4 080 kt/a。2010年全球?qū)厶妓狨サ男枨罅繛? 050 kt左右，預(yù)計(jì)2015年全球聚碳酸酯需求量達(dá)5 150 kt。

2012年來(lái)我國(guó)聚碳酸酯的消費(fèi)量增加迅猛，雖然我國(guó)開(kāi)展聚碳酸酯合成技術(shù)研發(fā)已近半個(gè)世紀(jì)，但聚碳酸酯合成工業(yè)仍然很薄弱，無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)需求。2007—2011年，進(jìn)口量從1 021 kt增加到1 228 kt，平均進(jìn)口增長(zhǎng)率為16.8%，出口量從306 kt減少到238 kt;2010年，國(guó)內(nèi)聚碳酸酯的表觀消費(fèi)量約為1 189 kt。近年來(lái)國(guó)內(nèi)聚碳酸酯的進(jìn)出口量及均價(jià)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。

2012年國(guó)內(nèi)聚碳酸酯的產(chǎn)能大約為685 kt/a，實(shí)際需求量為1 394 kt產(chǎn)能不能滿足國(guó)內(nèi)的需求量。據(jù)預(yù)測(cè)，2016年國(guó)內(nèi)聚碳酸酯的需求量達(dá)1 647 kt，約占全球的 39.2%，2016—2021 年聚碳酸酯的需求量將以年均5.4%的速率增長(zhǎng)。

表5是國(guó)內(nèi)聚碳酸酯的實(shí)際需求量、預(yù)測(cè)需求量和年度平均增長(zhǎng)率情況。

表4 近年來(lái)國(guó)內(nèi)聚碳酸酯的進(jìn)出口量及均價(jià)統(tǒng)計(jì)

表5 國(guó)內(nèi)聚碳酸酯不同領(lǐng)域的需求量及預(yù)測(cè)

3 結(jié)束語(yǔ)

(1)通過(guò)對(duì)聚碳酸酯生產(chǎn)路線合成的比較及分析可知，非光氣法合成聚碳酸酯具有一定的發(fā)展前景，是國(guó)內(nèi)未來(lái)合成聚碳酸酯的發(fā)展趨勢(shì)。

(2)近幾年，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展造成對(duì)聚碳酸酯的需求量持續(xù)增加，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力的不足造成市場(chǎng)供不應(yīng)求，多數(shù)產(chǎn)品依賴進(jìn)口。因此，聚碳酸酯是一個(gè)具有一定發(fā)展前景的產(chǎn)品。

(3)新建聚碳酸酯裝置須考慮原料來(lái)源，避免有毒有害、易燃易爆的液體和氣體化工品的運(yùn)輸;產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，要求能滿足多層次不同領(lǐng)域的需求，大多數(shù)高附加值化工品種的技術(shù)復(fù)制速率非?？?新項(xiàng)目技術(shù)須充分考慮并適應(yīng)環(huán)保與節(jié)能減排等方面政策的法規(guī)要求。

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