光气法聚碳酸酯的生产工艺与设备
化学与材料科学系 08级高分子材料与工程
08150119 康颖指导老师：张少华教授
摘要：本文主要是介绍利用光气法来生产聚碳酸酯。
关键词：光气法聚碳酸酯双酚A 通用工程塑料
一、前言
聚碳酸酯结构式：
常用缩写PC（Polycarbonate）化学名：2，2-双（4- 羟基苯基）丙烷聚碳酸酯，它是一种无味、无毒、透明的无定性热塑性材料，是分子链中含有碳酸酯链一类高分子化合物的总称。聚碳酸酯可分为脂肪族、脂环族、芳香族等几大类[1]。双酚A 型聚碳酸酯是目前产量最大、用途最广的一种聚碳酸酯，也是发展最快的工程塑料之一[2]。本文所述聚碳酸酯即为双酚A 型聚碳酸酯。
PC（Polycarbonate）与PA（尼龙，Polyamide，聚酰胺）、POM（Polyacetal, Polyoxy Methylene,聚甲醛）、PBT（Polybutylece Terephthalate，聚对苯二甲酸丁二醇酯）及改性PPO（Poly Phenylene Oxide，聚苯醚）一起被称为五大通用工程塑料。聚碳酸酯由于具有优异的综合性能，尤其以耐冲击强度高而被誉为塑料之“冠”，是使用范围十分广泛、性能优异、备受欢迎的主要热塑性工程塑料品种之一。聚碳酸酯是五十年代末开始发展的合成材料。聚碳酸酯树脂的可见光透过率在90﹪以上，具有突出的抗冲击能力，耐蠕变，尺寸稳定性好及耐化学腐蚀性，耐热、吸水率低、无毒、介电性能优良，还有自熄、易增强阻燃性等优良性能。被广泛用于电
子电气、电动工具、交通运输、汽车、机械、仪表、建筑、信息存储、光学材料、
医疗器械、体育用品、民用制品、保安、航空航天及国防军工等领域，是五大工程塑料中唯一具有良好透明性的产品，也是近年来增长速度最快的通用工程塑料。预测我国聚碳酸酯市场的年均增长率将达到10.2%，至2010 年工程塑料需求
量将接近400 万t。聚碳酸酯产量年增长可能达到9%，销售量年增长将达10%[3~6]。物理性质：
密度：1.20－1.22 g/cm
线膨胀率：3.8×10 cm/cm°C；热变形温度：135°C。
化学性质：
聚碳酸酯耐弱酸，耐中性油；聚碳酸酯不耐紫外光，不耐强碱。
二、生产工艺 [7~10]
聚碳酸酯（PC）树脂生产工艺分为有溶液光气法、酯交换熔融缩聚法、界面缩聚光气法以及非光气酯交换熔融缩聚法四种。
2.1溶液光气法
溶液光气法是以光气和双酚A为原料，在碱性水溶液和二氯甲烷（或二氯乙烷)溶剂中进行界面缩聚．得到的聚碳酸酯胶液经洗涤、沉淀、干燥、挤出造粒等工序制得聚碳酸酯产品。此工艺经济性较差，且存在环保问题，已完全淘汰。
2.2酯交换熔融缩聚法
酯交换熔融缩聚法简称酯交换法，又称本体聚合法．是一种间接光气法工艺。以苯酚为原料，经光气法反应生成碳酸二苯酯(DPC)；然后在微量卤化锂或氢氧化锂等催化剂和添加剂存在下与双酚A在高温、高真空下进行酯交换反应，生成低聚物；再进一步缩聚制得聚碳酸酯产品。该工艺流程短，无溶剂，全封闭，无污染，生产成本略低于光气法；但产品光学性能较差．催化剂易污染。副产品酚难以去除，产品相对分子质量低，应用范围有限；再加上搅拌、传热等问题的限制，难以实现大吨位工业化生产。
2.3界面缩聚光气法
界面缩聚光气法是目前工业上生产聚碳酸酯应用较为广泛的工艺，双酚A首先与氢氧化钠溶液反应生成双酚A钠盐：后加人二氯甲烷．通入光气，使物料在界面上聚合，生成低相对分子质量PC，然后经缩聚分离得到高相对分子质量PC 产品。此工艺路线技术成熟，产品质量高．不用脱除溶剂，成本较低，适合大规模和连续生产，而且产品纯净、易加工、相对分子质量高、能满足各种性能要求的用途，在聚碳酸酯生产工艺中占绝对优势。目前世界上约有90％的PC生产采用该工艺。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，对环境有影响，目前也处于限制发展状态。近年来，对该法的主要改进体现在环状齐聚物的开环聚合和后处理工艺方面。
环状低聚物开环聚合新工艺．不仅改善了产品的加工性能，而且成本有所降低，其关键步骤是制备环状低聚物。双酚A与光气反应生成双酚A一双氯甲酸酯，经水解缩合生成环状低聚物，再进一步缩合即可得到产品聚碳酸酯。此工艺比熔融缩聚更为实用，且为活性聚合，在较短时间内可制得比传统产品相对分子质量高10倍的聚碳酸酯产品[11]。
本文主要介绍光气法合成聚碳酸酯的生产工艺。
界面缩聚工艺是目前世界上聚碳酸酯的主要生产工艺，迄今世界上接近90%左右生产能力的装置仍使用界面光气法。光气法合成聚碳酸酯是以双酚A和光气为原料，二氯甲烷为溶剂，苯酚为分子量调节剂，在氢氧化钠存在下进行缩聚而得。
有关的化学反应如下：
2.3.1、原料配制
（1）双酚A钠盐水溶液（水相）的配制
物料比：双酚A：氢氧化钠=1：3.5（摩尔比）
先将氢氧化钠配制成质量分数7%的水溶液，加至双酚A钠盐配制槽中，在搅拌下将双酚A、抗氧剂NaHSO3、相对分子量调节剂苯酚等一起加入双酚A钠盐配制槽中，搅拌至全部溶解，得到透明溶液。
（2）光气的二氯甲烷溶液（油相）的配制
二氯甲烷溶剂置于溶剂主管中（按1kg双酚A用5L二氯甲烷的配比送入二氯乙烷冷却器，用冰盐水冷却至0℃，然后由上部进入光气、二氯甲烷混合器中。光气经转子流量计计量经过缓冲罐进入光气、二氯甲烷混合器中与二氯甲烷混合（双酚A：光气=1：1.25），混合器的溶液温度0℃～5℃。
2.3.2、光气化反应和缩聚反应
（1）光气化反应
双酚A钠盐水溶液送去钠盐冷却器冷至10℃，然后与光气在光气化反应器反应（预聚反应）。光气化分反应器是带夹套和内置蛇管的冷却装置。
（2）缩聚反应
光气化反应后的物料温度约12℃，与三乙胺催化剂混合后进入塔式缩聚反应器，反应时间1小时，温度约为20℃。
塔式缩聚反应器采用多层浆式搅拌器搅拌，产物的相对分子质量为42000～4500，，呈白色半透明的黏稠状物与水相仪器从塔式缩聚反应器上部溢流至分离器中。
2.3.3、相分离和中和阶段
在分离其中，有机相从底部溢流到中和反应器，在管道中与甲酸混合，在中和反应器中中和至pH=3～5。
2.3.4、聚合物后处理
聚合物后处理的目的是未了除去低相对分子质量的级分、为反映的双酚A和中和后产生的盐。后处理的好坏直接影响PC的性能，特别是产品的电性能。
光气法合成聚碳酸酯生产流程图
三、主要设备[12~13]
1.光气冷凝器—22×3毫米不锈钢管制的蛇管冷凝器。冷却面积为1.3米2, 以冷冻液冷却。
2.光气计量器—以直径为89×1.95毫米的不锈钢管制成的管式计量器, 外冷却夹套。计量器上部为标有刻度的视镜, 藉此进行体积计量,也控制液态光气的接收。计量器下部有液态光气出口管, 通至混合器。计量器的温度计管伸入计量器内中部位置, 可正确指示光气温度计量器在安装时与水平面成一定角度, 以保证放料时液态光气能全部流尽
界面缩聚光气法工艺成熟，和其他工艺相比，该工艺适于规模化和连续化生产，生产出的产品纯净、易加工、产品分子量高，能满足各种用途，长期占据着聚碳酸酯生产的主导地位。但由于生产中使用剧毒光气，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。
四、国外生产能力分析
4.1 全球碳酸酯产能分析
聚碳酸酯生产主要集中在美国、西欧和日本，其中德国拜耳公司、美国GE 化学公司、道化学公司以及日本帝人公司的生产能力占世界总生产能力的80％左右，这几大公司控制着世界聚碳酸酯的生产与市场，主宰着世界聚碳酸酯的命运。聚碳酸酯生产源于1956年，首先在德国，其次在日本、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48.7万t/a，而到2001年时世界聚碳酸酯的生产能力已超过了220万t/a，是近年来增长最快的工程塑料之一。2002年全球生产能力近240万t/a，产量突破200万吨。全球PC 产业的扩建潮始于2005年。这一年，以美国通用电气公司（GE）（在西班牙扩建了14 万t/a 装置）和日本帝人化成公司（在中国开始兴建其1 期5 万t/a工程）为代表的各大公司陆续兴建PC 装置，使当年的世界聚碳酸酯生产能力突破了300 万t/a 大关，达到了325 万t/a，较上一年增长了6%。2006年聚碳酸酯消费增长20多万吨，产能扩建依然如火如荼，拜耳公司在德国扩建了2万t/a 产能，全球聚碳酸酯生产能力比上年增加3%，达到334万t/a，其中亚洲136 万t/a，占41%；美洲87万t/a，占26%；欧洲111万t/a，占33%，亚洲已成为世界聚碳酸酯的生产中心[14]。2007 年以后美国和欧盟没有新的建设计划公布，只有俄罗斯的喀山Orgsintex（KOS）拟在2008 年引进日本旭化成公司技术专利，计划在鞑靼自治共和国首次兴建7万t/a 生产装置。
4.2我国碳酸酯产能分析
我国聚碳酸酯工业发展始于1958 年，由辽宁沈阳化工研究院开发的酯交换法工艺于1965 年在大连塑料四厂建成100 吨/ 年生产装置。到二十世纪70 年代末期，采用国内技术生产聚碳酸酯的企业先后多达20 余家，总生产能力已超过3000t/a。但是由于工艺技术落后，设备简陋，缺乏必要的分析监控手段，以及原料来源等问题，致使产品质量差，消耗高，迫使多数企业停产。目前能维持生产的仅有3 家，且大部分处于中试阶段，生产企业主要为江苏常州合成化工总厂、重庆长风化工厂和上海申聚化工厂，总生产能力约6000t/a。与国外公司相比，国内聚碳酸酯企业不仅规模极小，而且技术落后，远远不能满足国内需求。但是，我国很快形成投资热潮。目前在华投资及计划投资的聚碳酸酯产业的国际跨国公司主要有拜尔公司、帝人化学公司和三菱瓦斯化学公司。
拜耳材料科学公司：拜尔公司与上海华谊集团氯碱化工公司合作，其在上海漕泾的第一阶段10万t/aMakrolon PC 装置已于2006年9月投产，成为亚洲市场上的一匹“黑马”。拜耳追加投资，在当地实施其聚碳酸酯装置的第二阶段扩能，在2008年前达到20万t/a 的生产能力。装置生产主要是光学级产品，用于生产CD、DVD 光盘、汽车照明系统等[15]。日本帝人集团：日本帝人的子公司帝人化成2005年在浙江嘉兴的第一套5万t/a PC 树脂装置投产，产品为通用级产品，主要供应
电气组件、汽车零部件的生产。2006年底增至年产10万吨聚碳酸酯的生产规模。目前在中国浙江建设第3套装置，生产能力为6万吨/年，预计2009年3月投入生产。此外，三菱瓦斯化学公司计划在上海漕泾建设8万吨/ 年PC装置，新装置将于2010 或2011年投产，投资约为1.8亿美元，该装置将主要服务于入驻中国的日本客户；另外，GE公司将继续与中国石油天然气集团公司探讨建立聚碳酸酯合资企业事宜。台湾旭美化成公司于2002年5万t/a装置开工生产，计划在2008年达到15万t/a 产能。台塑出光公司于2001年5万t/a 装置投产，2003年又增加了5万t/a，2007年以后仍计划再增添生产设备。近年来随着我国经济的快速发展，汽车行业、建筑行业及光盘业已经成为聚碳酸酯需求增长最快的领域。预计今后几年我国聚碳酸酯的需求增长率约为9%，2008年我国聚碳酸酯表观消费量将突破80万吨，2010 年消费量将达到90万吨左右。目前中国市场所需的PC几乎全部依赖进口，2006年进口量高达89.9万吨，即使中国国内拟建项目全部投产，届时PC需求缺口仍然很大。
五、市场情况
5.1国外生产消费情况及预测
聚碳酸酯生产主要集中在美国、西欧和日本，其中德国拜耳公司、美国GE 化学公司(目前已被SABIC收购)、三菱化学公司、道化学公司以及日本帝人公司的生产能力占世界总生产能力的80%左右。目前世界上拥有非光气法生产聚碳酸酯工艺的公司，有美国的GE公司、意大利的Enichem公司和日本的大赛珞化学工业公司等。
2007年全球聚碳酸酯生产能力达到391.3万吨/年。德国拜耳（Bayer AG）继续维持其在聚碳酸酯行业内的龙头地位。沙特基础工业公司（SABIC）公司以116亿美元的收购价格完成了对GE塑料集团的收购，并将其更名为SABIC创新塑料公司。表1统计了2007年全球主要聚碳酸酯生产企业的产能。
制造商地址产能（万吨）
拜耳比利时德国美国泰国115
通用塑料荷兰西班牙美国日本85
陶氏化学德国美国25
新加坡帝人聚碳酸酯新加坡21
三菱工程塑料日本14
帝人公司日本美国中国44
台塑出光石油化学中国台湾12
SamYang Kasei 韩国11.5
LG陶氏聚碳酸酯韩国13
泰国聚碳酸酯泰国15
住友陶氏日本 5.5
旭美化成中国台湾 5
日本出光石油化学日本 5
Carbolux 意大利 2
巴西聚碳酸酯巴西 1.5
沙特基础美国西班牙107.5
聚碳酸酯生产商主要是通过装置脱瓶颈改造和新建装置来提升聚碳酸酯产能，预计未来几年全球PC产能年均增速为5%～6%。到2010年，全球聚碳酸酯产量可能达到452万吨。
世界聚碳酸酯主要消费地区是北美、亚太和欧洲地区。聚碳酸酯需求增速最快的是东亚地区，预计2010年前年均增速为8.7%；北美以年均6.6%的增速位居第二；西欧年均增速为6%；其他地区年均增速为6.1%。世界聚碳酸酯消费结构正在迅速发生变化，由以往的欧洲和北美市场转移到了亚洲市场，需求则以东亚和中国为重心。
5.2国内生产消费情况及预测
我国是最早开发聚碳酸酯的国家之一，早在1958年，由沈阳化工研究院首先开发成功酯交换法工艺，并于l965年在大连塑料四厂建成lOOt∕a的生产装置。到2O世纪7O年代末。采用国内技术生产聚碳酸酯的企业多达2O余家，其总生产能力已超过3000t∕a。但是由于工艺技术落后、设备简陋以及原料来源等问题，致使产品质量差、消耗高。迫使多数企业停产。多年来。能维持正常生产的企业只有上海申聚化工厂、重庆长风化工厂和江苏常州有机化工厂3家，总生产能力为5600t∕a，但产量还不足2000t∕a，并且大部分为自用。
5.3 我国聚碳酸酯的发展建议[16]
经过40多年的发展，我国的聚碳酸酯仍未形成自己先进的生产技术和具有工业规模的生产装置，特别是近年来随着国内聚碳酸酯的消费量迅速增长，生产与市场形成了极不协调的供需矛盾。因此，大力发展我国聚碳酸酯工业是十分迫切和必要的。针对目前的现状提出以下几点建议：
(1) 建议通过各种途径引进成套国外先进技术。国内目前技术水平与国外先进水平差距较大，如果完全靠国内自行开发技术，难度较大，可能会错过发展的有利时机，所以应进一步与国外公司接触，引进技术、人才、合资建厂，加快建设经济规模聚碳酸酯生产装置的步伐。
(2) 加强基础建设及配套工程。在加快现有装置的改造的同时应加强配套原料双酚A装置建设，同时有关部门应给予聚碳酸酯装置建设的优惠政策和资金支持，为聚碳酸酯工业在我国快速发展提供有力的保证。
(3) 加强聚碳酸酯的应用研究。聚碳酸酯的应用要向高功能化、专用化方向发展，充分利用国内一些科研单位在塑料改性及塑料合金方面的技术成果，提高产品的档次及附加值，在产品的应用领域同国外的各种专用牌号聚碳酸酯竞争，力争占领国内市场。
(4) 合作开发非光气法。由于非光气生产工艺是一种符合环境要求的绿色工艺，也是今后聚碳酸酯工艺的主要发展方向。因此我们充分利用并发挥国内聚碳酸酯技术潜力，与世界先进的大公司合作，开展非光气法聚碳酸酯的生产和应用开发工作，为我国聚碳酸酯的生产水平早日赶超国外先进水平奠定良好的基础。
六、结语
聚碳酸酯的生产工艺主要有光气法和非光气法，非光气法因其对环境无污染，无副产物，投资少，效益好，所得产品质量较好，是未来的发展方向。今后应该对该工艺进行进一步的完善．进一步提高产品的性能。另外。随着PC生产技术的不断进步，其应用领域将越来越广阔。采用改性的方法可以有效地提高PC 产品的性能，降低生产成本，拓宽其应用领域。随着我国PC生产能力和产量的不断提高，PC的应用领域不断得到扩展．对PC的需求量将日益增加．对其性能的要也求越将日益提高，因此，我们应该加强对其生产技术以及应用改性技术的研究开发，以满足实际生产的需求．获得更大的经济效益[17]。
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[14] 中国化工信息网.全球聚碳酸酯生产商抢滩中国
[EB/OL].https://www.doczj.com/doc/067108025.html,/05/UI/information/page_info.aspx.Tname=hgyw& id=141131.
[15] 中国化工信息网.世界聚碳酸酯工业寻求新的发展平衡.
https://www.doczj.com/doc/067108025.html,/05/UI/focus/page_focus.aspx.id=161&Tname=focus&Capti on=%BD%B9%B5%E3%D7%B7%D7%D9.
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[17] 金栋.碳酸酯的生产及应用改性技术进展[C].北京：北京燕山石油化工公司研究院,2007,319-324.
75分，工艺与设备写的太少，不需要的东西写的太多。
光气法聚碳酸酯的生产工艺与设备 化学与材料科学系 08级高分子材料与工程 08150119 康颖指导老师：张少华教授 摘要：本文主要是介绍利用光气法来生产聚碳酸酯。 关键词：光气法聚碳酸酯双酚A 通用工程塑料 一、前言 聚碳酸酯结构式： 常用缩写PC（Polycarbonate）化学名：2，2-双（4- 羟基苯基）丙烷聚碳酸酯，它是一种无味、无毒、透明的无定性热塑性材料，是分子链中含有碳酸酯链一类高分子化合物的总称。聚碳酸酯可分为脂肪族、脂环族、芳香族等几大类[1]。双酚A 型聚碳酸酯是目前产量最大、用途最广的一种聚碳酸酯，也是发展最快的工程塑料之一[2]。本文所述聚碳酸酯即为双酚A 型聚碳酸酯。 PC（Polycarbonate）与PA（尼龙，Polyamide，聚酰胺）、POM（Polyacetal, Polyoxy Methylene,聚甲醛）、PBT（Polybutylece Terephthalate，聚对苯二甲酸丁二醇酯）及改性PPO（Poly Phenylene Oxide，聚苯醚）一起被称为五大通用工程塑料。聚碳酸酯由于具有优异的综合性能，尤其以耐冲击强度高而被誉为塑料之“冠”，是使用范围十分广泛、性能优异、备受欢迎的主要热塑性工程塑料品种之一。聚碳酸酯是五十年代末开始发展的合成材料。聚碳酸酯树脂的可见光透过率在90﹪以上，具有突出的抗冲击能力，耐蠕变，尺寸稳定性好及耐化学腐蚀性，耐热、吸水率低、无毒、介电性能优良，还有自熄、易增强阻燃性等优良性能。被广泛用于电
子电气、电动工具、交通运输、汽车、机械、仪表、建筑、信息存储、光学材料、 医疗器械、体育用品、民用制品、保安、航空航天及国防军工等领域，是五大工程塑料中唯一具有良好透明性的产品，也是近年来增长速度最快的通用工程塑料。预测我国聚碳酸酯市场的年均增长率将达到10.2%，至2010 年工程塑料需求 量将接近400 万t。聚碳酸酯产量年增长可能达到9%，销售量年增长将达10%[3~6]。物理性质： 密度：1.20－1.22 g/cm 线膨胀率：3.8×10 cm/cm°C；热变形温度：135°C。 化学性质： 聚碳酸酯耐弱酸，耐中性油；聚碳酸酯不耐紫外光，不耐强碱。 二、生产工艺 [7~10] 聚碳酸酯（PC）树脂生产工艺分为有溶液光气法、酯交换熔融缩聚法、界面缩聚光气法以及非光气酯交换熔融缩聚法四种。 2.1溶液光气法 溶液光气法是以光气和双酚A为原料，在碱性水溶液和二氯甲烷（或二氯乙烷)溶剂中进行界面缩聚．得到的聚碳酸酯胶液经洗涤、沉淀、干燥、挤出造粒等工序制得聚碳酸酯产品。此工艺经济性较差，且存在环保问题，已完全淘汰。 2.2酯交换熔融缩聚法 酯交换熔融缩聚法简称酯交换法，又称本体聚合法．是一种间接光气法工艺。以苯酚为原料，经光气法反应生成碳酸二苯酯(DPC)；然后在微量卤化锂或氢氧化锂等催化剂和添加剂存在下与双酚A在高温、高真空下进行酯交换反应，生成低聚物；再进一步缩聚制得聚碳酸酯产品。该工艺流程短，无溶剂，全封闭，无污染，生产成本略低于光气法；但产品光学性能较差．催化剂易污染。副产品酚难以去除，产品相对分子质量低，应用范围有限；再加上搅拌、传热等问题的限制，难以实现大吨位工业化生产。 2.3界面缩聚光气法
宝瑞（国际）塑胶 P https://www.doczj.com/doc/067108025.html, 聚碳酸酯工艺与市场 李飞、王旭峰、崔强 (中国平煤神马集团能源化工研究院河南平顶山467000) 摘要：简述了聚碳酸旨生产工艺，对国内外聚碳酸酯生产厂家做了简要介绍，并介绍了国内外聚碳酸酯的市场需求情况 关键词：聚碳酸酯，工艺技术，应用，市场 Production technology and m arket of polycarbonat Li fei、W ang xu-feng、Cui qiang (China pingmei shenma group Research Institute Of Energy Chemical Industry．Pingdingshan，Henan，467000．China) Abstract：This paper reported the production technology of p0lycarbonate and provided the statistical materials about the manufacturers in the field of producing polycarbonate both at home and abroad．Also，the demand situation of polycarbonate in the domestic and international market was introduced． Key word ：Polycarbonate，Production technology，Application，Market 聚碳酸酯（PC）是含有碳酸脂基（-OROCO-）的一类高分子化合物总称，其中文名字是：2，2一(4一羟基苯基)丙烷聚碳酸酯，化学结构式为： 聚碳酸酯(P C )具有无毒、无味，是一种综合性能优良的热塑性工程塑料，同时具有突出的抗冲击性能、热塑性能好(热变性温度在1 35～1 45℃)、并具有较高的耐寒性和耐热性 (一1 35～1 45oC)、优异的光学性能(可见光的透过率超过90％)、尺寸稳定性、白阻燃性及电性能?等。主要用于建材、汽车制造、包装和电子电器、生产医疗器械、航空、航天等领域。其中光学和电子电气是其最重要的两大市场，各占总消费量的近1／4 J。1 PC的主要生产技术及特点工艺，如表1所示： 1．1溶液光气法 溶液光气法工艺是在含有双酚A (BPA)和酸接受剂的二氯甲烷溶剂中引入光气进行反应，然后从溶液中分离出聚合物。GE公司在其第一套装置中使用此工艺。此工艺经济性较差，且存在环保问题，因此很早即被淘汰_3]。
一、什么是聚碳酸酯？ 聚碳酸酯是一类分子主链中含有—[O-R-O-CO]—链节的高分子化合物及以它为基质而制得的各种材料的总称。英文名Polycarbonate, 简称PC。 二、分类.（聚碳酸酯是分子主链中含有—[O-R-O-CO]—链节的热塑性树脂。） 按分子结构中所带酯基不同分为： （1）.脂肪族聚碳酸酯 （2）.脂肪族聚碳酸酯 （3）.脂肪-芳香族聚碳酸酯 （4）.芳香族聚碳酸酯 三、性质 1.物性：密度:1.18-1.22 g/cm^3 线膨胀率:3.8×10^-5 cm/°C 热变形温度:135°C 低温-45°C 聚碳酸酯无色透明，耐热，抗冲击，阻燃BI级，在普通使用温度内都有良好的机械性能。同性能接近聚甲基丙烯酸甲酯相比，聚碳酸酯的耐冲击性能好，折射率高，加工性能好，不需要添加剂就具UL94 V-0级阻
燃性能。但是聚甲基丙烯酸甲酯相对聚碳酸酯价格较低，并可通过本体聚合的方法生产大型的器件。 2.化性：聚碳酸酯(PC)是碳酸的聚酯类，碳酸本身并不稳定，但其衍生物(如光气，尿素，碳酸盐，碳酸酯)都有一定的稳定性。 聚碳酸酯耐弱酸，耐弱碱，耐中性油。不耐紫外光，不耐强碱。PC 材料具有阻燃性，耐磨。抗氧化性。 PC是一种线型碳酸聚酯，分子中碳酸基团与另一些基团交替排列，这些基团可以是芳香族，可以是脂肪族，也可两者皆有。双酚A型PC是最重要的工业产品。几乎是无色的玻璃态的无定形聚合物，有很好的光学性。PC高分子量树脂有很高的韧性，悬臂梁缺口冲击强度为 600~900J/m，未填充牌号的热变形温度大约为130°C ，玻璃纤维增强后可使这个数值增加10°C。PC的弯曲模量可达2400MPa以上，树脂可加工制成大的刚性制品。低于100°C 时，在负载下的蠕变率很低。PC耐水解性差，不能用于重复经受高压蒸汽的制品。 PC主要性能缺陷是耐水解稳定性不够高，对缺口敏感，耐有机化学品性，耐刮痕性较差，长期暴露于紫外线中会发黄。和其他树脂一样，PC容易受某些有机溶剂的浸浊。 四、主要性能 a、机械性能: 强度高、耐疲劳性、尺寸稳定、蠕变也小(高温条件下也极少有变化); b. 耐热老化性: 增强后的UL温度指数达120~140℃(户外长期老化性也很好); c、耐溶剂性: 无应力开裂; d、对水稳定性: 高温下遇水易分解(高温高湿环境下使用需谨慎); e、电气性能: 1、绝缘性能:优良(潮湿、高温也能保持电性能稳定,是制造电子、电气零件的理想材料); 2、介电系数:3.0-3.2; 3、耐电弧性:120s;
加工工艺: 1、加工特性 PC是无定形材料，它的熔体粘度对温度敏感。由于PC在高温下易发生水解，制品质量对原料的含湿量很敏感，在成型前必须将原料须干燥至小于0.02％。PC 可采用注塑、挤出、吹塑、流延等分法加工，也可进行粘合、焊接和冷加工。2、注塑工艺 (1)塑料的处理 PC的吸水率较大，加工前一定要预热干燥，纯PC干燥120℃，改性PC一般用110℃温度干燥4小时以上。干燥时间不能超过10小时。一般可用对空挤出法判断干燥是否足够。再生料的使用比例可达20%。在某些情况下，可100%的使用再生料，实际份量要视制品的品质要求而定。再生料不能同时混合不同的色母粒，否则会严重损坏成品的性质。 (2)注塑机的选用 现在的PC制品由于成本及其它方面的原因，多用改性材料，特别是电工产品，还须增加防火性能，在阻燃的PC和其它塑料合金产品成型时，对注塑机塑化系统的要求是混合好、耐腐蚀，常规的塑化螺杆难以做到，在选购时，一定要预先说明。 (3)模具及浇口设计 常见模具温度为80~100℃，加玻纤为100~130℃，小型制品可用针形浇口，浇口深度应有最厚部位的70%，其它浇口有环形及长方形。浇口越大越好，以减低塑料被过度剪切而造成缺陷。排气孔的深度应小于0.03~0.06mm，流道尽量短而圆。脱模斜度一般为30′~1°左右。 (4)熔胶温度 可用对空注射法来确定加工温度高低。一般PC加工温度为270~320℃，有些改性或低分子量PC为230~270℃。 (5)注射速度 多见用偏快的注射速度成型，如打电器开关件。常见为慢速→快速成型。 (6)背压 10bar左右的背压，在没有气纹和混色情况下可适当降低。 (7)滞留时间 在高温下停留时间过长，物料会降质，放也CO2，变成黄色。勿用LDPE、POM、ABS或PA清理机筒。应用PS清理。 (8)注意事项 有的改性PC，由于回收次数太多(分子量降低)或各种成分混炼不均，易产生深褐色液体泡。 结构与性能： PC是一种无定形的热塑性塑料，由于主链由柔软的碳酸酯链与刚性的苯环相连接，使之具有许多优良的工程性能。 (1)力学性能 PC具有均衡的刚性和韧性，拉伸强度高达(6l~70)MPa。有突出的冲击强度，在一般工程塑料中居首位，抗蠕变性能优于聚酰胺和聚甲醛。 (2)热性能与聚酰胺和聚甲醛不同，PC是非结晶性塑料，但由于主链上存在苯环。使PC具有较高的耐热性，它的玻璃化转变温度和软化温度分别高达150℃
08级应用化学王芹37号 聚碳酸酯的工艺 1 引言 聚碳酸酯(Polycarbonate，简称PC)是一种无色透明热塑性聚合体，它不仅具有很高的抗冲击强度、优良的热稳定性、耐蠕变性和耐寒性以及良好的电绝缘性、阻燃性，而且可抗紫外线、耐老化。目前使用的工程塑料中，PC的透明性能是最好的，可见光透过率高达90%以上。此外，PC密度低，容易加工成型，是一种性能优良，应用广泛的工程塑料。 PC在国民经济的各个领域中有着广泛的用途，主要应用领域如下：①用作光盘材料。聚碳酸酯是光盘基材的首选材料，目前市场上90%以上的CD、VCD、DVD光盘采用聚碳酸酯作为基材。②用作建筑行业的透光板材及交通工具的车窗玻璃。如制作成PC中空阳光板、高层建筑幕墙、候车室及机场体育馆透明顶棚等。③用作电子及电器外壳等。④用作食物包装。由于PC质量轻、抗冲击、透明、耐热洗、耐高温杀毒消毒，对多种食物都有良好的耐腐蚀性，如制作成饮水桶、茶杯及婴幼儿奶瓶等。⑤用作眼镜镜片及照明灯具等。此外在汽车和建筑板材等领域存在巨大的市场潜力。近两年国内PC消费市场已有了较大变化，电子电器及光盘虽仍为PC的最大用户，但所占比例已有所下降，PC在建材、汽车等领域的应用正在增加。 目前，聚碳酸酯的生产高度集中。世界最大的4家聚碳酸酯生产公司是通用电气、拜耳、陶氏化学和日本帝人，其装置能力分别占2003年世界总生产能力的34%、31%、9%和8%，4家公司产能占世界总产能的82%。除日本帝人外，亚洲企业生产能力均在6.5万吨以下。 PC的消费总量在工程塑料中仅次于聚酰胺(PA)居第二位。2005年全球总消费量已超过450万吨。今后PC的消费量将超过PA。然而，与PC消费市场火热现象呈不协调发展的是国内PC技术开发却始终处于低迷状态，目前只有上海中联化工厂、重庆长风化工厂等8家工厂建有生产装置，年总产能力约5000吨，且品级牌号少，难以满足市场需求，每年要从日本、韩国、美国等国进口大量产品，2005年国内进口PC及PC合金共63.48万吨，供需矛盾十分突出。 2 生产技术概况 自1898年Einhorn通过二羟基苯在吡啶溶液中进行光气化反应，首次合成出PC之后，在PC合成工艺的发展历程中，出现过很多合成方法，如低温溶液缩聚法、高温溶液缩聚法、吡啶法、部分吡啶法、光气界面缩聚法、熔融酯交换缩聚法、固相缩聚法等等，但迄今为止，实现工业规模生产的只有光气界面缩聚法和熔融酯交换缩聚法两种工艺。目前，PC生产技术主要有溶液光气法、界面缩聚光气法、酯交换熔融缩聚法和全非光气法，前两者统称为光气法。 2.1溶液光气法 溶液光气法的工艺路线为：光气+双酚A(BPA)→PC。以光气和双酚A为原料，在碱性水溶液和二氯甲烷(或二氯乙烷)溶剂中进行界面缩聚，得到的PC胶液经洗涤、沉淀、干燥、挤出造粒等工序制得PC产品。此工艺经济性较差，且存在环保问题，缺乏竞争力。 2.2界面缩聚光气法 界面缩聚光气法是目前工业上应用较为广泛的工艺，其与溶液光气法的主要不同在于：双酚A首
聚碳酸脂的生产及应用 系（分院）：××× 专业班级 : ××× 学生姓名：××× 学号：××× 指导教师：××× 2012年5月16日星期三
目录 1.前言 (2) 2.聚碳酸脂的生产工艺 (2) 2.1 溶液光气法 (2) 2.2 酯交换熔融缩聚法 (2) 2.3 界面缩聚光气法 (3) 2.4 非光气酯交换熔融缩聚法 (3) 2. 5 双酚A氧化羰基化法合成PC (3) 3.聚碳酸脂的应用 (4) 3.1用于建材行业 (4) 3.2 用于汽车制造工业 (4) 3.3 用于生产医疗器械 (4) 3.4 用于航空、航天领域 (5) 3.5 用于包装领域 (5) 3.6 用于电子电器领域 (5) 3.7 用于光学透镜领域 (5) 3.8 用于光盘的基础材料 (5) 4.我国聚碳酸酯的发展建议[4] (6) 4.1 通过各种途径引进国外先进技术 (6) 4.2 加强聚碳酸酯的应用研究 (6) 4.3 合作开发非光气法 (6) 5.致谢！ (7)
毕业论文 摘要：本文论述了聚碳酸酯的各种生产工艺路线, 对其在各种领域的应用进行了分析, 并提出了建设新的聚碳酸酯装置的建议。 关键词：聚碳酸脂，生产，应用，发展建议 1.前言 聚碳酸酯简称PC，是一种无定型、无臭、无毒、高度透明的无色或微黄色热塑性工程塑料，具有优良的物理机械性能，尤其是耐冲击性优异，拉伸强度、弯曲强度、压缩强度高; 蠕变性小，尺寸稳定; 具有良好的耐热性和耐低温性，在较宽的温度范围内具有稳定的力学性能，尺寸稳定性，电性能和阻燃性，可在－ 60 ～ 120 ℃下长期使用; 无明显熔点，在20 ～230 ℃呈熔融状态; 其应用领域非常广泛, 已进入到汽车、电子电气、建筑、办公设备、包装、运动器械、医疗保健、家庭用品等领域。目前, PC 正迅速地扩展到航空、航天、电子计算机、光盘等高新技术领域, 尤其在光盘的应用上发展更快。PC 还可与其它树脂共混形成PC 共混物或PC 合金, 改善其抗溶剂性和耐磨性较差的缺点, 使之性能更加完善, 能适应多种特定应用领域对成本和性能的要求。在五大工程塑料中, PC 树脂是增长速度最快的通用工程塑料。 2.聚碳酸脂的生产工艺 自从1956 年, 第一个工业化PC 装置投产以来, PC 工业见证了工艺进展的重大变化。 60 年代, 界面光气法、酯交换法( 熔融法) 和溶液光气法是3 个主要工艺路线。由于经济性原因,溶液法不再采用。目前工业上生产PC 绝大多数采用界面光气法工艺。近年来, 非光气熔融工艺也得到迅速发展[1]。 2.1 溶液光气法 溶液光气法是以光气和双酚A 为原料，在碱性水溶液和二氯甲烷( 或二氯乙烷) 溶剂中进行界面缩聚，得到的PC 胶液经洗涤、沉淀、干燥、挤出造粒等工序制得PC 产品。此工艺经济性较差，且存在环保问题，已完全淘汰。 2.2 酯交换熔融缩聚法 酯交换法其实也是一种间接光气法工艺。在该工艺中，酚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[2]品。酯交换法生产PC 的主要化学反应为：
非光气法制备碳酸二甲酯 一、研究背景 随着全世界环境保护意识的增强,“绿色产品”日益受到人们的青睐。碳酸二甲酯(DMC)作为非毒性、“绿色”新型化工原料,已在国内外引起重视。DMC结构中含有甲基、甲氧基、羰基、甲氧基羰基,因而化学性质非常活泼,能与酚、醇、胺、肼、酯类化合物发生反应,生成许多具有特殊性质的化合物,是重要的有机合成中间体,可作为甲基化剂与羰基化剂替代剧毒、致癌的硫酸二甲酯及光气。除了用于生产聚碳酸酯、异氰酸酯、合成新型润滑油等, DMC还是良好的溶剂及清洗剂,在涂料、医药、电池等领域也有广泛应用;此外,DMC作为汽油添加剂,可提高辛烷值,增加氧含量,提高燃烧效率,降低尾气污染。因而, DMC的开发研究日益受到人们的重视。 二、研究现状 20世纪80年代以来,国内外对DMC的非光气合成进行了大量的研究,主要包括甲醇氧化羰基化、酯交换、直接合成等路线,本文就近年来国内外合成DMC的催化剂研究进展作一综述,为进一步开发高效DMC催化剂提供借鉴。 1、酯交换法 酯交换法的基本原理是利用一种易得的酯合成较难制备的酯，是有机合成中常用的方法。在CO2和甲醇反应体系中，引入环氧烷（环氧乙烷或环氧丙烷）为耦合物，以碱金属氢氧化物、醇盐或碳酸盐为催化剂，通过环加成和酯交换两步反应合成DMC。以环氧乙烷为例，反应式如下： 由反应式可看出，酯交换法可联产乙二醇或丙二醇，这也是提高该方法效益的主要方面。酯交换法中所用原料均已实现工业化生产，价格较低，且整个反应过程无毒，反应条件温和，工艺流程简单，对设备没有腐蚀性，是一种很有发展前途的生产方法。目前所报道的酯交换反应所用的催化剂主要包括均相催化剂和非均相催化剂两类。碳酸乙（丙）烯酯和甲醇之间的酯交换反应最早采用的催化剂主要为均相催化剂，包括有机金属化合物和可溶性酸碱催化剂。例如德国Bayer 公司和美国Dow 化学公司开发无机碱为催化剂，如碱金属烷氧化物、碳酸盐、氢氧化物等；美国Texaco 公司开发有机碱为催化剂，如叔胺等。然而，由于均相催化剂存在与产物分离困难的缺点，因此目前对于酯交换反应，非均相催化剂的利用成为研究的焦点。文献报道的非均相催化剂主要有碱土金属硅酸盐、离子交换树脂及分子筛等。酯交换法具有产率高、反应条件温和、工艺流程简单、对设备无腐蚀等优点，但酯交换法的突出弱点在于其两步反应，且反应可逆，从而造成分离过程复杂，反应物循环量大，操作费用高，生产成本较高。 2、甲醇氧化羰基化法 1966 年Fenton 发现采用一氧化碳和醇在气相催化氧化偶联的条件下可制得碳酸酯和草酸酯，此后这方面的研究日渐活跃，成为DMC 研究开发的主要方向。甲醇氧化羰基化法是以甲醇、CO、O2为原料合成DMC，其反应式如下： 氧化羰基化法是最早出现的非光气法，该方法原料易得，毒性较小，副产物为无害的水，且原子经济性高，符合绿色化学的原则，具有很好的发展前景。甲醇氧化羰基合成工艺根据反应条件的不同，分为液相法和气相法两种生产工艺，工艺的关键之处在于催化剂的选用和产品的分离。所用催化剂以VII、IB、IIB族金属化合物为主，分为铜系、钯系、硒系及复合体系。另外，许多研究者通过加入助剂，如吡啶、聚乙烯吡啶、碱金属溴化物、碱土金属溴化
聚碳酸酯工艺设计 摘要 聚碳酸酯是由双酚A钠盐与光气进行反应，产物简聚体进行缩聚反应获得。本设计聚碳酸酯厂工艺设计，主要进行了工艺计算、设备选型，并绘制了全厂平面布置图、带控制点的工艺流程图、车间的立面图和平面图。关键词：聚碳酸酯，双酚A，工艺一、课题背景聚碳酸酯（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。聚碳酸酯是一种性能优异的通用工程塑料，自问世以来迅速在发达国家形成产业化生产，且技术持续发展，装置规模不断扩大。由于聚碳酸酯光学透明性好、抗冲击强度高，并具有优良的热稳定性、耐蠕变性、抗寒性、电绝缘性和阻燃性等特点，使之在透明建筑板材、电子电器、光盘媒介、汽车工业等领域得到广泛应用。聚碳酸酯的应用开发是向高复合、高功能、专用化、系列化方向发展，目前已推出了光盘、汽车、办公设备、箱体、包装、医药、照明、薄膜等多种产品各自专用的品级牌号。我国在聚碳酸酯研发上虽起步较早，先后有不少企业进行研发生产，但由于工艺技术落后、生产装置规模较小、产能低、产品质量差，目前仅剩一家企业维持生产，国内市场所需的聚碳酸酯不得不大量依赖进口。因此，大力加强聚碳酸酯研发，加速实现其规模产业化，已成为国家的重要战略需求。我国聚碳酸酯长期依赖国外进口，2000年进口量为23万吨，到2008年增至101.7万吨，增长了近4倍，2008年国内聚碳酸酯的表观消费量接近80万吨，未来几年将保持10-15%的增长率。中国聚碳酸酯的产能仅为26万吨，而且绝大部分为合资或独资企业，对外依存度非常高。对我国聚碳酸酯生产企业来讲，加快技术进步已刻不容缓。 二、聚碳酸酯产业的现状由于世界金融市场处于混乱状态，2009年亚洲双酚A(BPA)市场，将继续面临困难时期的挑战，除非经济走势上行，来自下游环氧树脂和聚碳酸酯(PC)工业的需求才会稍有提升。一家亚洲贸易商于表示，要使双酚A(BPA)市场上扬，至少在今后6个月以后。随着双酚A(BPA)现货的急剧下滑，该工业处于不景气状态。截至2008年12月，双酚A(BPA)价格与当年7月相比、下降了近40%。由于全球金融市场恶化和经济衰退带来的影响，来自聚碳酸酯(PC)和环氧树脂工业需求的疲软，而导致双酚A(BPA)市场的不振，将可能会持续到年底。虽然新的环氧树脂和聚碳酸酯(PC)，生产装置已于2008年投运，但经济的下行趋势和竞争 3 的加剧，已大大挤压了一些公司的边际利润，迫使一些生产商降低开工率或延长装置停工期。双酚A(BPA)发展在2008年也受到一些负面的影响，来自与双酚A(BPA)接触的健康危害的争论，已促使一些国家如加拿大在食品容器应用中禁用这种化学品。鉴于终端用户减少购买量，亚洲地区一些双酚A(BPA)生产商纷纷降低开工率，以减少这种高成本材料不断增多的库存。中国大多数环氧树脂装置，目前开工率都在50～60%。中国石化集团公司-三井化学公司合资的，10万吨/年双酚A(BPA)装置于2008年12月投产后，又使该地区新增了供应量，预计双酚A(BPA)价格一度会下跌至底线。另外贸易商和终端用户的调查指出，如果需求继续疲软，则对双酚A(BPA)价格的支撑会很小。2009年也会出现一些新的贸易动向，中国与东南亚国家联盟(ASEAN)成员国之间的自由贸易协定(FTA)将实施，按照新的法则，双酚A(BPA)从ASEAN出口将执行零关税。东南亚国家联盟(ASEAN)有2家主要的双酚A(BPA)生产商：拜耳公司在泰国拥有16万吨/年装置，三井化学公司在新加坡拥有23万吨/年装置。 三、聚碳酸酯市场需求概况20世纪末，世界聚碳酸酯的产量约114万吨，聚碳酸酯按功能特性分为一系列品级，如通用级、透明级、医药食品级等。各品级又可进一步细分为更多的具体牌号。一些大的生产厂商可提供几十个品级、上百个牌号产品。聚碳酸酯的应用开发是向高复合、高功能、专业化、系列化方向发展。2004 年世界聚碳酸酯表观消费量278.2
非光气法聚碳酸酯生产工艺 路辛 编译 摘 要:2002年6月,旭化成公司成功开发出以二氧化碳(CO2)为原料的非光气法聚碳酸酯(PC)生产工艺,并在合资企业旭美化成投入商业化运营。这种新工艺可以降低CO2排放量,而且过程中不产生毒性极大的光气,在保护环境的同时,还可以制造出高纯度、高性能的PC。本文根据旭化成公司福冈伸典博士的论文,简要介绍了该公司开发的PC工艺。 关键词:聚碳酸酯;光气;二氧化碳;工艺 PC树脂是具有耐热性、抗冲击性、尺寸稳定性、透明性等优良性质的工程树脂,用途广泛,常用于汽车、电器、光学显示仪器、移动电话等领域。1959年拜耳首次实现PC的工业化生产以来,世界只有6大公司拥有PC工业化生产技术,包括通用塑料(GE)、拜耳、陶氏化学、帝人、三菱工程塑料和出光石化。目前全球总产能约为270万t/ a,而且PC产量在工程塑料中最大。PC树脂中的碳酸酯结构由一氧化碳(CO)生成,全球总产能中的约248万t/a采用以CO和氯为原料的光气法生产。 2002年6月,世界第一套以CO2为原料的非光气法PC生产装置,在旭化成和奇美石化的合资企业旭美化成实现商业化运营。新工艺集旭化成多年PC研究的成果,不但克服了光气法不利于环境保护的缺点,而且可以生产高纯度、高性能的PC 树脂。另外,新工艺将原来需要向大气排放的CO2气体作为原料,每万吨PC约消耗1730吨CO2,因此减少了向大气排放CO2的数量。 由于在环境保护方面作出的贡献,新工艺获得2003年日本第2届绿色和可持续发展化学奖和第1届日本经济产业省大臣奖。由于在技术进步和发展化学工业方面所做的贡献,新工艺获得第35届日本化学工业协会综合技术奖。 1 光气法简介 光气法也称为表面聚合法,是以二氯甲烷和水的悬浊液作为聚合溶剂,双酚A(BPA)和钠盐与光气进行反应,生产PC的方法。光气法存在6大缺点: ?大量使用剧毒光气 ?大量使用低沸点(40℃)易挥发的二氯甲烷 ?需要处理含大量二氯甲烷等有机化合物的工艺废液 ?回收二氯甲烷的成本较高 ?光气、二氯甲烷和氯化钠(NaCl)等含氯化合物严重腐蚀装置 ?氯等杂质会残留在PC树脂中 光气法的上述缺点会对环境造成污染,增加装置成本,影响产品性能。 随着社会对环境与安全要求的进一步提高,业界对化学工业绿色和可持续发展理念的进一步理解,近年来,各企业、研究机构不断投入人力、物力开展非光气法工艺的开发和研究。但由于单体合成和聚合等关键技术方面的问题,基本上无法实现工业化生产。 2 旭化成非光气法PC工艺及特点 旭化成非光气法新工艺以CO2、环氧乙烷(EO)、BPA为原料,生产高纯度、高性能的PC 树脂,以及高纯度一乙二醇(M EG)两种产品。 在旭化成工艺中,以CO2中的CO作为PC中碳酸酯结构的来源,剩余的一个O成为M EG的一部分,成功地将原来要排放到大气的CO2转化为通用工程塑料产品,并且首次实现了工业化。旭化成工艺中,中间产品碳酸乙烯酯(EC)、二甲基碳 ? 7 ? 《国际化工信息》2004年第3期 行业述评
聚碳酸酯的合成工艺对比及进展分析 聚碳酸酯(PC)是一种无味、无毒、透明的无定形热塑性材料，是分子链中含有碳酸酯链一类高分子化合物的总称。 聚碳酸酯可分为脂肪族、脂环族、芳香族等几大类田。但因制品、加工性能及经济等因素的制约，目前仅有双酚A型的芳香族聚碳酸酯投入工业化规模生产和应用。自从1958年聚碳酸酯商业化生产以来，其种类和用途两方面的研发均获得了巨大进展，因此其作为一种主要的热塑性工程塑料而广泛进入了国民经济的各个领域。双酚A型聚碳酸酯是目前产量最大、用途最广的一种聚碳酸酯，也是发展最快的工程塑料之一。本文所述聚碳酸酯即为双酚A型聚碳酸酯。 聚碳酸酯是一种性能优良的热塑性工程塑料，具有突出的抗冲击能力，耐蠕变，尺寸稳定性好，耐热、吸水率低、无毒、介电性能优良，被广泛用于电子电气、电动工具、交通运输、汽车、机械、仪表、建筑、信息存储、光学材料、医疗器械、体育用品、民用制品、保安、航空航天及国防军工等领域，是五大工程塑料中唯一具有良好透明性的产品，也是近年来增长速度最快的通用工程塑料。预测我国聚碳酸酯市场的年均增长率将达到10.2%，至2010年工程塑料需求量将接近400万t。聚碳酸酯产量年增长可能达到9%，销售量年增长将达10%。 在聚碳酸酯的合成工艺发展历程中，出现的合成方法颇多，如低温溶液缩聚法、高温溶液缩聚法、吡啶法和部分吡啶法等等，至今仍不断有新的合成方法报道，但已工业化、形成大规模生产的工艺路线并不多，这些方法或者不成熟，或者因成本较高而制约了实际应用m。目前世界上大部分生产厂家普遍采用界面缩聚法或熔融酯交换法，其中80%的生产厂家采用界面缩聚法。 聚碳酸酯工业化生产工艺按照是否使用光气作原料可主要分为两大类。第一类是使用光气的生产工艺。第二类是完全不使用光气的生产工艺。 1光气法 1.1溶液光气法 以光气和双酚A为原料，在碱性水溶液和二氯甲烷(或二氯乙烷)溶剂中进行界面缩聚，得到的聚碳酸酯胶液经洗涤、沉淀、干燥、挤出造粒等工序制得聚碳酸酯产品。此工艺经济性较差，且存在环保问题，缺乏竞争力，已完全淘汰。1.2界面缩聚法 1.2.1二步界面缩聚法 界面缩聚法合成聚碳酸酯化学原理：参与界面缩聚反应的两种单体是双酚A 钠盐和光气，其化学反应式如上所示。按传统的方法，在实施上述反应时，一般分为两步，即光气化阶段和缩聚阶段，这便是通常所说的“二步界面缩聚法”。 1.2.2一步界面缩聚法 近年来，“二步界面缩聚法”正在向“一步界面缩聚法”发展。 在一步界面缩聚法反应过程中，在反应一开始就加入催化剂，由于催化剂显著地加速氯甲酸酯基团与酚盐酯化的反应速度，故当双酚A钠盐光气化的同时，就伴随着缩聚反应的进行，而且几乎在光气化反应结束的同时，缩聚反应也随之结束。 “一步法”光气界面聚合生产聚碳酸酯，反应速度快，双酚A、光气等原料消耗大大降低。工艺成熟、生产稳定、易于操控，是目前世界上比较成熟的合成聚碳酸酯方法之一。 1.3酯交换法
聚碳酸酯材料简介 聚碳酸酯 3.1 简介聚碳酸酯是一种无味、无臭、无毒、透明的无定形热塑型材料，是分子链中含有碳酸酯的一类高分子化合物的总称，简称PC。一般结构式可表示，由于R基团的不同，它可分为脂肪族类和芳香族类两种。但因制品性能、加工性能及经济因素等的制约，目前仅有双酚A型的芳香族聚碳酸酯投入工业化规模生产和应用。双酚A型聚碳酸酯是目前产量最大、用途最广的一种聚碳酸酯，也是发展最快的工程塑料之一。双酚A型聚碳酸酯（Bisphenol A type Polycarbonate，简称PC）的结构式因其具有优良的冲击强度、耐蠕变性、耐热耐寒性、耐老化性、电绝缘性及透光性等，广泛应用于电气电子零部件、机械纺织工业零部件、建筑结构件、航空透明材料及零部件、泡沫结构材料等。随着汽车行业和电子行业的迅猛发展，近年来对PC的需求空前高涨，世界消费能力已达l100kt/a，其中国内PC消费也已达60kt／a。目前PC的生产厂主要分布在美国、西欧和日本，其中，GE塑料公司、Bayer公司和Dow化学公司的生产能力占世界总生产能力的80％以上。我国PC的研制开发工作始于1958年，由沈阳化工研究院首先开发成功；发展至今，所有工艺路线均以光气为起始原料，生产规模较小。PC作为一类综合性能优越的工程塑料，应用范围越来越广。但它也存在一些缺点：如加工流动性差，易于应力开裂、对缺口比较敏感以及耐磨性欠佳等。但随着PC的生产工艺和改性技术的进步，这些方面逐步得到了改进，因此PC在越来越多的领域中得以应用。3.2 聚碳酸酯的合成技术PC的早期工业化生产方法有酯交换法和溶液光气法两种，这两种工艺现在基本不再使用。目前在工业生产中采用的主要是接口光气法。由于光气毒性大，同时二氯甲烷和副产品氯化钠对环境污染严重，故20世纪90年代以来非光气法工艺发展迅速，1993年第一套非光气法装置在日本投产。 3.2.1 接口光气法接口光气法工艺先由双酚A和50％氢氧化钠溶液反应生成双酚A钠盐，送入光气化反应釜，以二氯甲烷为溶剂，通入光气，使其在接口上与双酚A钠盐反应生成低分子聚碳酸酯，然后缩聚为高分子聚碳酸酯。反应在常压下进行，一般采用三乙胺作催化剂。缩聚反应后分离的物料、离心母液、二氯甲烷及盐酸等均需回收利用。该法工艺成熟，产品质量较高。 3.2.2 溶液光气法溶液光气法工艺是将光气引入含双酚A和酸接受剂（加氢氧化钙、三乙胺及对叔丁基酚）的二氯甲烷溶剂中反应，然后将聚合物从溶液中分出。GE公司曾在其美国的第一套装置中使用此工艺。此工艺经济性较差，与接口光气法相比缺乏竞争力。 3.2.3 普通熔融酯交换法熔融酷交换法工艺是以苯酚为原料，经接口光气化反应制备碳酸二苯酯（DPC）碳酸二苯酯再在催化剂（如卤化锂、氢氧化锂、卤化铝锂及氢氧化硼等）、添加剂等存在下与双酸A进行酯交换反应得到低聚物，进一步缩聚得到PC产品。酯交换法生产成本比接口光气法低，但该工艺存在的一些缺陷，阻碍了其工业化应用。如产品光学性能差、分子量范围有限、催化剂存在污染等。目前Bayer公司仍在对该工艺继续进行研究，试图用电解法从副产物氯化钠中回收氯，并将氯循环用于制光气。 3.2.4 非光气熔融法工艺由于光气法毒性大、污染严重，近年来不用光气法生产聚碳酸酯的新工艺已研究成功，并实现了工业化，这是聚碳酸酯工业生产的一大突破。与普通熔融酯交换法的不同之处是，非光气熔融法工艺不使用剧毒的光气生产碳酸二苯酯，而是用碳酸二甲酯（DMC）和苯酚进行酯交换反应生产碳酸二苯酯碳酸二苯酯再和双酸A缩聚得到聚碳酸酯。此工艺中的原料碳酸二甲酯的生产方法一般采用意大利埃尼公司的专利，以甲醇、一氧
聚碳酸酯的技术发展及国内外市场分析 摘要：介绍了聚碳酸酯（PC）技术进展现状，特别介绍了中国聚碳酸酯研发历程和研发现状，并对改性技术方向做了介绍。对世界聚碳酸酯市场进行了深度分析，对中国市场进行了展望，指出了存在的问题和解决方法。 关键词：聚碳酸酯技术进展 聚碳酸酯(PC)是具有高强度、高韧性、高抗热性、抗震及加工性能好、有极好的形状和颜色稳定性的透明树脂。它既可单独使用，也可以掺混物和合金方式使用，在六大工程塑料中消费量仅次于聚酰胺(P A)。 在50多年的发展历程中，PC的应用领域不断拓展。近年来由于生产工艺和技术的提高，PC材料在性能完善和个性化设计方面取得了更快的进展，PC制品的应用已渗透到建筑、医学、服装、光盘片、汽车材料、建筑材料、包装材料、宽波透光的光学器械等行业之中，正在迅速改善和提升着人们的生活质量。 关于PC新用途的研究报告也不断问世，如，原美国GE全球研究公司推出了一种新的基片技术，可用于柔性有机光发射二极管(OLED)；英国塑料电子产品开发商Plastic Logic公司开发了25.4cm的柔性有机基体显示器材；用于太阳能电池板的光伏发电是聚碳酸酯又一个增长中的应用领域；随着首支耐高压的PC针剂管的问世，PC的应用领域更加广阔了。PC可制成用于心脏搭桥手术的充氧器外壳，PC 还被用于做肾透析时的贮血池及过滤器外壳，其高透明度可以保证血液流通的快速检查，这使透析变得简单实用。 除此之外，游泳池底部的自照明系统、太阳能采集系统、高清晰大型电视屏幕、纺织品中可进行织物材料识别的芯片标记纤维等一些全新的领域都少不了PC材料的身影，PC制品正在为各行各业作出贡献，其应用潜力还将得到进一步的开发。 1 技术进展 目前，国际上聚碳酸酯工业化生产技术主要有三种：光气化界面缩聚法(简称光气法)、酯交换熔融
第27卷第8期高分子材料科学与工程 Vol.27,No.8 2011年8月 POLYMER MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING Aug 2011 聚碳酸酯的非光气合成法 荀红娣,王小梅,周宏勇,王家喜 (河北工业大学化工学院,天津300130) 摘要:以双酚A(BPA ),碳酸二丁酯(DBC)为原料,制备出双酚A 单丁基碳酸酯(I )和双酚A 二丁基碳酸酯(II),用核磁共振波谱表征其结构。通过I 、II 的熔融自缩聚及I I 与BPA 酯交换反应合成了双酚A 型聚碳酸酯(PC),用凝胶渗透色谱法(GPC)和热失重法(T GA)对PC 的分子量和热力学性质进行分析。研究发现,I I 自缩聚更易得到高分子量的PC,II 在230 自聚6h 后产物的 M w 可达3 1 104,其主链降解温度(50%)已达475 ,开拓了一种非光气合成聚碳酸酯PC 的途径。 关键词:双酚A;碳酸二丁酯;双酚A 聚碳酸酯;非光气法;环境友好过程 中图分类号:T Q 323.4+1 文献标识码:A 文章编号:1000 7555(2011)08 0013 04 收稿日期:2010 07 14 通讯联系人:王家喜,主要从事绿色催化及功能高分子研究,E mai ll:jw ang252004@https://www.doczj.com/doc/067108025.html, 双酚A 型聚碳酸酯(PC)是一种无定型、高抗击、具有良好透明性能的热塑性工程塑料,工业上通常采用双酚A(BPA)和光气缩合聚合反应制备PC,由于这一过程存在着严重的环境问题,发展一种环境友好的聚碳酸酯合成方法,成为绿色化学的需要[1,2]。Desi moned [3] 等以BPA 和碳酸二苯酯(DPC)为原料制得PC 缩聚物,Su 等报道了碳酸二甲酯(DM C)和BPA 反应制备聚碳酸酯[4]。由于DPC 大多采用光气与苯酚反应制备,BPA 与DM C 反应活性较低,提高反应温度后很难保持合适的原料配比,制备的PC 分子量较低[5]。考虑到丁醇沸点相对较低及碳酸二丁酯沸点较高,有利于提高BPA 与碳酸酯的反应温度进而提高反应的转化率,本文以高沸点的碳酸二丁酯(DBC)代替DMC 和BPA 反应制备PC,研究了反应条件对形成高分子量的PC 的影响。1 实验部分 1.1 原料和试剂 双酚A:化学纯;碳酸二甲酯:分析纯;正丁醇:分析纯,天津市大茂化学试剂厂;碳酸钾:分析纯,天津大学科威公司;二丁基氧化锡:分析纯;单丁基氧化锡:分析纯,天津市化学试剂研究所。 1.2 仪器 GC:山东鲁南瑞虹化工仪器有限公司SP 6800A 型气相色谱仪,SE 30毛细管柱,内径0 25mm,长30m,数据处理采用N2000色谱数据工作站,浙江大学智能信息工程研究所;NM R:瑞士布鲁克公司A VANCE400型核磁共振谱仪;T GA:美国TA 公司SDT 2960热重分析仪,升温速率10 /min,氮气流速为40mL/min,20 ~600 温度范围内记录样品的失重曲线;FT IR:德国BRUCK 公司Vector 22型红外光谱仪;GPC:美国SSI H PLC 公司CS4000;GPC 柱为Agilent PLg el 10 m MZXED B,流动相为THF,温度为30 ,UV 监测器波长259nm 。1.3 DBC 的合成 按文献[6]方法制备DBC 。1H NMR (CDCl 3,400MH z, ):4 16(t,4H ,-OCOOCH 2),1 66(m,4H , -OCOOCH 2CH 2), 1 42 (m, 4H, -OCOOCH 2CH 2CH 2),0 94(t,6H,-CH 2CH 3)。1.4 双酚A 单丁基碳酸酯I 的合成 常压下,将BPA (11 4g,0 05mol),DBC (43 5g,0 25mol),催化剂二丁基氧化锡(0 55g)和三苯基膦(0 55g)置入到三口瓶中,油浴加热190 反应,用GC 跟踪馏分中丁醇的量来计算双酚A 与DBC 酯交换反应的反应程度。当馏分中的丁醇与双酚A 物质的量相等时(10h 后),降低温度,将过量的DBC 蒸出,得到淡黄色粘稠物(16 3g,91%)。1H
云南化工Yunnan Chemical Technology May.2018 Vol.45，No.5 2018年5月第45卷第5期 1 聚碳酸酯的应用概述 聚碳酸酯是一类高分子量的化合物，常用来作为热塑性材料，因此被广泛的应用于发展经济建设的各个领域。根据分子组成结构的不同，聚碳酸酯类化合物可以分成脂肪族、脂环族、芳香族几类。不过目前聚碳酸酯化合物的应用受到了加工性能以及生产成本等方面因素的制约，因此目前进行工业化生产以及应用的聚碳酸酯化合物的种类只有双酚A型芳香族聚碳酸酯。该类聚碳酸酯化合物也是目前产量最大、应用范围最广的一种化合物。在本篇文章中所提到的聚碳酸酯都是指的双酚A 型聚碳酸酯化合物。 聚碳酸酯作为一种热塑性的工程塑料用品，具有较强的抗冲击能力，并且它的稳定性好，且具有耐热性能好、吸水率低、无毒、介电性能优良的特点，在多个行业领域，比如电子电器、交通运输、机械、仪表、光学材料、资料器械、航空航天，甚至国防军工等各个领域都被广泛应用。且聚碳酸酯的应用量在近些年来增长十分迅速。 应用如此广泛的聚碳酸酯，其合成工艺经过了多年数次发展，当然也出现了较多的合成工艺，比如低温溶液缩聚、高温溶液缩聚、吡啶法等。虽然聚碳酸酯的合成方法众多，但是真正进入大规模应用的合成工艺却并不多，有些生产工艺因为所需要消耗的成本较高，且生产效率低下，而被限制了应用。目前，应用最普遍的合成方法是界面缩聚法或者熔融酯交换法。 2 聚碳酸酯的合成工艺比较分析 对于聚碳酸酯的合成工艺，根据合成过程中是否用光气做原料可以将其合成工艺分为两大类，一类是光气法即使用光气作为生产原料；另一种是非光气法，在此类生产工艺中，不会应用光气作为原料。 2.1 光气法 2.1.1 溶液光气法 该生产工艺是将光气和双酚A作为生产原料，反应过程是在碱性水溶液和二氯甲烷（或者二氯乙烷）溶液之中进行。原料在溶液中完成缩聚反应，得到聚碳酸酯胶液，将其洗涤、沉淀、干燥，然后通过造粒工艺制成聚碳酸酯产品。不过该工艺的显著缺点就是成本较高，并且对于环境带来的危害较大，因此不符合可持续发展战略，目前该工艺已经被淘汰。 2.1.2 界面缩聚法 根据合成工艺的不同，界面缩聚法又分为二步界面缩聚和一步界面缩聚。 1）二步界面缩聚法。应用该方法合成聚碳酸酯所使用的原料包括双酚A钠盐和光气，该工艺在合成过程中的化学反应式见（1）。该方法的反应过程分成两步，一不是光气化阶段，而另一步是缩聚阶段，两步工艺先后 进行。 （1）2）一步界面缩聚法。一步界面缩聚法是在二步界面缩聚法的基础之上演变而来的，在反应过程中，由于催化剂的加入，使得氯甲酸酯基团和双酚A钠盐的反应速度明显加快，而使得在双酚A钠盐光气化反应进行的同时，后续的缩聚反应也在进行，两个反应几乎同时进行。通过一步界面缩聚法生产的聚碳酸酯，反应速度快，有效减少了原料的损耗。该生产工艺成熟、且便于操控，是目前比较成熟的聚碳酸酯的合成方法。 2.1.3 酯交换法 酯交换法的生产工艺可以分成两个部分：一个是酯交换反应，一个是缩聚反应。首先以苯酚作为原料，然后经界面光气化反应制得碳酸二苯酯，而后在催化剂的作用下，碳酸二苯酯和双酚A进行酯交换反应，得到的低聚物在第二步-缩聚反应中生成聚碳酸酯。 在酯交换法生产工艺中，酯交换阶段和缩聚阶段都是可逆平衡反应，因为为了让产物的产出率增加，要及时的从反应体系中将生成的碳酸二苯酯或者低相对分子产物移出反应体系。 在利用酯交换法生产聚碳酸酯的生产初期阶段，由于该工艺成产出的产品光学性能差、且催化剂容易造成污染问题，并且大规模的工业化生产不易实现，所以初期该工艺并没有得到广泛的应用。从20世纪80年代开始，欧美以及日本等国家开始大量申请有关该工艺研究的专利，对酯交换法进行的改进，主要集中于反应过程 doi：10.3969/j.issn.1004-275X.2018.05.071 对比分析聚碳酸酯的合成工艺 董浩然 （四川君邦监测有限公司，四川 成都 610052） 摘 要：聚碳酸酯是某类高分子化合物的总称，这类化合物无味、无毒、呈透明状态，是一种无定型的热塑性材料。 关键词：聚碳酸酯；合成工艺；界面缩聚法；酯交换法 中图分类号：TQ323.41 文献标识码：B 文章编号：1004-275X（2018）05-110-02 ·110·