聚碳酸酯生產技術及其在建筑行業(yè)的應用

楊 震

（河南工業(yè)貿易職業(yè)學院，河南 鄭州 451191）

聚碳酸酯是一種主鏈含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據碳酸酯基的結構可分為脂肪族聚碳酸酯和芳香族聚碳酸酯，這兩類聚碳酸酯的合成技術、性能和應用領域都有很大的差別。工業(yè)化生產的聚碳酸酯通常指芳香族聚碳酸酯，由于其具有優(yōu)異的透光性能、抗沖擊性能、隔熱性、阻燃性、隔音性、耐蠕變性能、耐疲勞性等，廣泛用于汽車、航空、電子電器、醫(yī)療器械、光盤、建筑等領域，已成為增長速率最快的通用工程塑料［1-2］。

1 聚碳酸酯的合成技術

依據聚碳酸酯合成技術的發(fā)展歷程，先后產生了溶液光氣法、界面縮聚法、熔融酯交換法等合成技術。其中，溶液光氣法因生產成本高、經濟性差、污染大等原因已不適用于工業(yè)化生產而被淘汰。目前，工業(yè)生產上廣泛使用的合成方法為界面縮聚法和熔融酯交換法，按使用原料又可分為光氣法和非光氣法［1，3-4］。

1.1 界面縮聚法

界面縮聚法是美國通用電氣公司在1958年首次實現(xiàn)了工業(yè)化合成聚碳酸酯的方法。在常溫常壓條件下，雙酚A先與氫氧化鈉溶液反應生成雙酚A鈉鹽溶液，加入二氯甲烷，恒速通入光氣，在氫氧化鈉溶液和二氯甲烷溶液界面上物料發(fā)生光氣化反應，生成低相對分子質量聚碳酸酯，再經縮聚反應得到高相對分子質量聚碳酸酯，洗滌，沉淀，過濾，干燥，造粒得到最終產品［1-4］。

1.2 熔融酯交換法

熔融酯交換法，也叫本體聚合法，是一種間接光氣法工藝，最早由德國拜耳公司設計。該工藝以苯酚為原料，經界面光氣化反應生成碳酸二苯酯（DPC），在高溫、高真空及微量催化劑、添加劑條件下，DPC與雙酚A進行酯交換反應生成低聚物，再經縮聚得到高相對分子質量聚碳酸酯［1-5］。

1.3 非光氣熔融酯交換法

非光氣熔融酯交換法是在熔融酯交換法的基礎上發(fā)展起來的，以碳酸二甲酯為原料與苯酚反應得到DPC，在熔融狀態(tài)下與雙酚A進行酯交換、縮聚制備聚碳酸酯。非光氣熔融酯交換法的關鍵技術來源于意大利埃尼公司成功開發(fā)的甲醇液相氧化羰化合成碳酸二甲酯技術，將其與苯酚酯交換得到DPC。美國通用電氣公司采用該技術，在日本千葉工廠建成非光氣熔融酯交換法合成裝置，實現(xiàn)了非光氣法生產聚碳酸酯的生產目標［1-5］。

1.4 其他生產方法

巴斯夫歐洲公司［6］研發(fā)了一種由環(huán)狀單硫代碳酸酯合成聚碳酸酯的方法。三乙醇胺與1,1,1-三甲基丙烷混合，在攪拌條件下加入2-丙烯酸-2-甲基-（2-氧代-1,3-氧雜硫雜戊環(huán)-5-基）甲酯，將溫度升至50 ℃，直至獲得均勻的混合物。將混合物保持在50 ℃以下進行固化，3 h后混合物變成固體橡膠狀聚合物，72 h后，得到聚碳酸酯。該制備方法沒有縮合副產物（如水或醇），所得聚碳酸酯具有優(yōu)異的力學性能、光學性能、耐化學藥品腐蝕性能，還有易于進行化學反應的官能團，使聚碳酸酯易于改性和交聯(lián)。

中國科學院過程工程研究所［7］提供了一種由二氧化碳制備聚碳酸酯的方法。雙金屬氰化物催化劑與助催化劑協(xié)同使用，雙金屬氰化物中金屬離子參與活性種的形成，將環(huán)氧丁烷與二氧化碳結合起來，而助催化劑起輔助作用，促進環(huán)氧丁烷的開環(huán)聚合，制備聚碳酸酯。該方法降低了副反應的發(fā)生概率，提高了單體轉化率，反應條件溫和，不需要保證無水無氧條件就有較好的效果。

寧波浙鐵大風化工有限公司［8］研究了生物基聚碳酸酯的制備方法，將異艾杜醇、DPC和鈦系催化劑置于反應釜中混合，在攪拌條件下升溫到228～240 ℃，隨后在真空環(huán)境中（＜5 kPa）保溫反應5.0～6.5 h，反應終止，得到生物基聚碳酸酯。該方法是熔融異艾杜醇與熔融DPC在鈦系催化劑作用下通過酯交換反應進行鏈增長，能高效地合成高相對分子質量的生物基聚碳酸酯，因異艾杜醇對環(huán)境無害，其合成的生物基聚碳酸酯生物毒性相對較低，有助于擴大其應用領域。

2 聚碳酸酯在建筑行業(yè)的應用

聚碳酸酯在建筑行業(yè)的應用十分廣泛。由于其具有透光性良好、抗沖擊性能較高、隔熱性能及化學穩(wěn)定性好等特點，因此，聚碳酸酯被用于替代傳統(tǒng)的建筑材料，特別是替代玻璃廣泛應用于體育場館、火車站、機場、車站、工業(yè)廠房、大型市場、高端農業(yè)溫室、生態(tài)餐廳等大面積建筑物采光屋頂。由于聚碳酸酯“輕質高強”，彌補了玻璃自重大、易碎特點，結合其安全性高、安裝簡便、可設計性強等優(yōu)勢，在現(xiàn)代建筑行業(yè)占據一席之地。隨著聚碳酸酯板材生產工藝和生產技術的提升，其作為一種新型材料在建筑物立面幕墻、室內隔斷、風障條、隔音屏障等方面注入了許多新的建筑元素［9-11］。

聚碳酸酯板運用在建筑外墻上，為整個建筑營造出與眾不同的效果。聚碳酸酯的運用讓建筑在空間利用、保溫、防火、抗沖擊、環(huán)保等方面達到了良好的效果。利用聚碳酸酯質輕、強度高的特點，既降低了結構荷載，又節(jié)省了材料成本，安全性能也極大加強。聚碳酸酯良好的氣密性和水密性能夠保護建筑物因氣候潮濕所帶來的損壞。

安徽坤涂新材料科技有限公司［12］研發(fā)了一種耐磨聚碳酸酯玻璃板生產工藝，將聚碳酸酯、乙烯基聚倍半硅氧烷、抗氧化劑和潤滑劑混合均勻，通過擠壓機擠出造粒，注入預熱的模具，經注塑成型得到聚碳酸酯基板，將其置于烘箱中，在100 ℃條件下保溫15 min，升至118 ℃，保溫35 min，再冷卻至60 ℃，用乙醇或異丙醇進行超聲清洗，經自然風干或烘干，將含有改性硼硅氧烷的改性硅樹脂加入復合溶劑，攪拌30 min后，再加入固化劑、聚己二酸-1,4-丁二酯攪拌均勻制得的耐磨涂料涂覆于處理后的聚碳酸酯基板外表面，于80～110 ℃固化3～5 min，得到一種耐磨聚碳酸酯玻璃板。聚碳酸酯基板生產過程中加入乙烯基聚倍半硅氧烷，可以提高聚碳酸酯基板的阻燃性能，同時提高聚碳酸酯基板與涂層的黏合性能；選用改性硅樹脂作為耐磨層的涂料，利用了改性硼硅氧烷鏈段優(yōu)異的黏彈性，提高了硅樹脂涂膜的附著力和涂膜的彈性，同時，改性聚硼硅烷的引入，使改性硅樹脂含有含氟支鏈，提高了改性硅樹脂涂膜的耐水性和耐溶劑性能。

上海品誠控股集團有限公司［13］將碳納米管、納米紅外線吸收劑、抗氧劑、潤滑劑和部分含硅聚碳酸酯共聚物混合，通過熔融混煉設備擠出造粒，制得母粒；將母粒、異山梨醇基聚碳酸酯、剩余含硅聚碳酸酯共聚物、光穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑、色粉混合，通過熔融混煉設備擠出造粒，制得組合物薄膜層，將薄膜層涂覆于聚碳酸酯實心板基材上，得到了一種應用于戶外的聚碳酸酯實心板。該聚碳酸酯實心板具有長期的紫外線穩(wěn)定性、耐水解、抗氧化，同時能阻隔紫外線、紅外線、氧氣和水氣，具有出色的耐磨性能，在非常嚴苛的戶外環(huán)境下，薄膜層能保持厚度和性能的穩(wěn)定，從而確保聚碳酸酯實心板能長期保持顏色和力學性能穩(wěn)定。

無錫希爾麗塑膠板材有限公司［14］將聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和1,2-雙［β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酰］肼熔融共混，得到初混料；向初混料內加入阻燃劑、著色劑和黃化抑制劑，繼續(xù)熔融共混，得到混合料；將混合料擠出成型，冷卻定型，得到耐力板。其中，黃化抑制劑由特定配比的聚甲基丙烯酸甲酯多孔微球、抗紫外線劑、偶聯(lián)劑、硫酸銅和硬脂酸鹽經特殊工藝制得。采用該方法制備的耐力板具有優(yōu)異的力學性能、良好的阻燃性能和耐光老化性能，能夠長時間受日照而不發(fā)生明顯“黃變”。

3 結束語

隨著社會的發(fā)展，對環(huán)境保護的要求日益提高。界面縮聚法由于光氣的使用將逐步被淘汰，在今后的一定時期內熔融酯交換法和非光氣熔融酯交換法共存；非光氣熔融酯交換法避免使用有毒的光氣，對環(huán)境更友好，經過工藝優(yōu)化，在今后的聚碳酸酯生產工藝中將逐步取得主導地位。隨著生產技術的進步，聚碳酸酯板材性能的提高，將更多地應用于建筑領域。