1、聚碳酸酯的現狀與發展2009級化學一班李曉鵬2009435037摘要:綜述了聚碳酸酯生產工藝及國內外生產現狀,分析聚碳酸酯的市場情況并進行了前景預測,對我國聚碳酸酯產業的發展提出了建議。關鍵詞:聚碳酸酯;性質;應用;現狀;市場需求;合成工藝;意義;建議1 聚碳酸酯的性質聚碳酸酯(簡稱PC是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物,根據酯基的結構可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的機械性能較低,從而限制了其在工程塑料方面的應用。目前僅有芳香族聚碳酸酯獲的了工業化生產。由于聚碳酸酯結構上的特殊性,現已成為五大工程塑料中增長速度最快的通用工程塑料。化學性

2、質:耐弱酸,耐弱堿,耐中性油,不耐紫外光,不耐強堿。物理性質:密度:1.20-1.22 g/cm3線膨脹率:3.810 cm/cmC 熱變形溫度:135C 低溫-45度。無色透明,耐熱,抗沖擊,阻燃BI級,在普通使用溫度內都有良好的機械性能。同性能接近聚甲基丙烯酸甲酯相比,聚碳酸酯的耐沖擊性能好,折射率高,加工性能好,不需要添加劑就具有UL94 V-0級阻燃性能。耐磨性差。一些用于易磨損用途的聚碳酸酯器件需要對表面進行特殊處理。成型性能:無定形料,熱穩定性好,成型溫度范圍寬,流動性差。吸濕小,但對水敏感,須經干燥處理。成型收縮率小,易發生熔融開裂和應力集中,故應嚴格控制成型條件,塑件須經退火處

3、理。熔融溫度高,粘度高。大于200g的塑件,宜用加熱式的延伸噴嘴。冷卻速度快,模具澆注系統以粗、短為原則,宜設冷料井,澆口宜取大,模具宜加熱。料溫過低會造成缺料,塑件無光澤;料溫過高易溢邊,塑件起泡。模溫低時收縮率、伸長率、抗沖擊強度高,抗彎、抗壓、抗張強度低;模溫超過l20時塑件冷卻慢,易變形,粘模。可用擠出、注塑、吹塑和真空成型方法進行加工,制造各種板材、制件、容器、管件和薄膜等,其中最常用的是注塑成型法。2 應用介紹對于當今社會來說,聚碳酸酯已經成為一種十分重要的工業高分子材料,聚碳酸酯(PC是聚酯高聚物的一個重要分支,是分子鏈中含有碳酸酯結構的高分子化合物和以碳酸酯為基質而制得的各種材

4、料的總稱。聚碳酸酯是一種無味、無臭、無毒、綜合性能優良的熱塑性工程塑料,具有突出的抗沖擊、耐蠕變性能,較高的抗張強度,較高的耐熱性和耐寒性,介電性能優良,有極好的形狀和顏色穩定性,透光性好,可見光的透過率可達90%左右,是五大工程塑料中唯一的透明產品。聚碳酸酯也可以與摻混物以合金方式使用。按功能特性,聚碳酸酯分通用、透明醫藥、食品、阻燃、耐熱、耐候、潤滑、玻璃纖維增強、無機物填充、電磁屏蔽、抗靜電等品級及復合品級,各品級又可分為更多牌號。聚碳酸酯應用與開發正向高復合、多功能、專用化、系列化方面發展,廣泛應用于汽車、建筑、包裝、醫療保健、家庭用品等領域,并迅速擴展到航空、航天、電子計算機、光盤等

5、許多高新技術領域。3 國內外生產現狀與需求情況3.1 生產現狀生產現狀2005年,世界產能約為326萬t/a,其中歐洲109萬t/a,占總產能的34%;美國和南美82萬t/a,占25%;亞洲產能最大,約為135萬t/a,占43%,其中日本產能40萬t/a占全球總產能的14%。GE塑料集團公司是目前世界上最大的PC生產企業,生產能力合計達到102.0萬t/a,占世界總生產能力的31.28%,分別在日本、美國、荷蘭和西班牙建有生產裝置;其次是拜耳集團公司,生產能力為90.0萬t/a,占世界總生產能力的27.60%。2006年,隨著帝人化學、拜耳中國等一批新建Pc項目的投產,世界Pc產能達358萬t

6、/a,同比增長8.9%,預計2007年世界產能達393萬t/a。國內自1959年沈陽化工研究院對PC進行研究開始,先后有八家生產企業,但裝置規模小、生產技術落后,裝置紛紛停產,目前維持正常生產的只有上海申聚化工廠、重慶長風化工廠和常州有機化工廠三家,生產能力5 600 t/a, 2004年產量約4 000 t,且大部分自用。但我國PC消費增長迅速,世界聚碳酸酯生產商迅速將投資轉向我國聚碳酸酯市場。2005年5月,日本帝人公司在我國嘉興興建的5萬t/a聚碳酸酯裝置(光氣法建成投產,2007年計劃擴到l0萬t/a;德國Bayer公司與上海華誼集團所屬氯堿化工公司在上海化學工業區建設的l0萬t/a聚

7、碳酸酯裝置于2006年9月投產,20072008年二期工程逐步將生產規模擴大到20萬t/a。大連齊化公司采用非光氣熔融酯交換技術建設的6萬t/a聚碳酸酯裝置將于近期投產;三菱瓦斯化學公司欲在我國建設6萬t/a聚碳酸酯裝置。四川綿陽晨光發達實業有限公司5萬t/a聚碳酸酯項目正式開工建設,一期1萬t /a即將投產。銅陵金泰化工實業有限責任公司3 000 t/a全非光聚碳酸酯已開始動工興建,甘肅銀光聚銀公司與中科院長春應用化學研究所利用自己研發的技術,已建立起了500 t/a的中試生產線,并計劃將生產規模擴大到5萬l0萬t/a。如果以上項目能如期完成,預計2010年,國內聚碳酸酯產能將達到51萬t/

8、a。3.2 市場需求由于聚碳酸酯優良的綜合性能,得到了廣泛應用,目前已推出了光盤、汽車、辦公設備、箱體、包裝、醫藥、照明、薄膜等多種產品各自專用的品級牌號。2005年全球需求達到260萬t,其中歐洲需求占總需求的18%;美國占23%;亞洲占59%,其中日本占12%。亞洲是全球需求最大的地區,全球每年新增的2O 萬t/a產能基本被亞洲地區吸收,亞洲已經成為世界市場的中心。2006年后,應用的更加廣泛將使全球需求規模進一步擴大,消費以每年20萬t的速度增長。其中,日本、美國、歐洲年均需求增長率估計為4%6%;不包括日本的亞洲其他地區的年均需求增長率為8%11%;世界年均需求增長率為6%8%。中國市

9、場將隨著汽車產業的擴大,以及2008年奧運會和2010年上海世博會的舉辦迅速增長。因此,2007年全球需求將持續維持緊張態勢,20082010年,隨著各公司新建裝置的投產,供給緊張將開始緩解,但直到2010年全球將一直保持供應緊張局面。不過,各公司新產能投產所造成的需求變化,可能造成短期的供給過剩。我國聚碳酸酯2000年消費量18.3萬t,2005年高達62.9萬t,2006約80萬t,年均增長率高達28%,預計2010年將達到85萬t。國內聚碳酸酯供需矛盾十分突出,每年要靠大量進口來彌補。GE是最大的進口商,其次是Bayer,三菱化學位居第三。進口量2000年為23.6萬t,2005年為73

10、.1萬t。據統計,2006年進口量90萬噸,進口平均價格為2 924美元。出口18.5萬t,出口平均價格為2 885美元。中國PC進出口貿易主要集中在廣東、上海和蘇浙地區。其中,廣東、上海、浙江為中國Pc出口的主要貨源地,廣東、上海為主要進口目的地。2006年,自廣東、上海和浙江出口PC分別為10萬t、54 聚碳酸酯的合成工藝聚碳酸酯于1953年由德國拜耳公司首先研究成功,并于1958年實現了工業化生產,其工業生產方法主要有溶液光氣法、酯交換熔融縮聚法、界面縮聚光氣法、非光氣酯交換熔融縮聚法四種。2.1 溶液光氣法溶液光氣法是以光氣和雙酚A為原料,在堿性水溶液和二氯甲烷(或二氯乙烷溶劑中進行界

11、面縮聚,得到的PC膠液經洗滌、沉淀、干燥、擠出造粒等工序制得Pc產品。此工藝經濟性較差,且存在環保問題,已完全淘汰。2.2 酯交換熔融縮聚法酯交換熔融縮聚法簡稱酯交換法,又稱本體聚合法,是一種間接光氣法工藝。以苯酚為原料,經光氣法反應生成碳酸二苯酯(DPC;然后在微量鹵化鋰或氫氧化鋰等催化劑和添加劑存在下與雙酚A在高溫、高真空下進行酯交換反應,生成低聚物;再進一步縮聚鋁惰PC產品。該工藝流程短,無溶劑,全封閉,無污染,生產成本略低于光氣法;但產品光學性能較差,催化劑易污染,副產品酚難以去除,產品分子量低,應用范圍有限;再加上攪拌、傳熱等問題的限制,難以實現大噸位工業化生產。2.3 界面縮聚光氣

12、法界面縮聚光氣法是目前工業上應用較為廣泛的工藝,雙酚A首先與氫氧化鈉溶液反應生成雙酚A鈉鹽;后加人二氯甲烷,通人光氣,使物料在界面上聚合,生成低分子量Pc,然后經縮聚分離得到高分子量Pc產品。此工藝路線技術成熟,產品質量高,不用脫除溶劑,成本較低,適合大規模和連續生產,而且產品純凈、易加工、分子量高、能滿足各種用途性能要求,在PC生產工藝中占絕對優勢,目前世界上約有90%的Pc生產采用該工藝。但由于生產中使用劇毒光氣,且要用到二氯甲烷溶液和副產品氯化鈉,對環境有影響,目前也處于限制發展狀態。近年來,對該法的主要改進體現在環狀齊聚物的開環聚合和后處理工藝方面。2.4 非光氣酯交換熔融縮聚法首先,

13、以甲醇羰基化法或碳酸乙烯酯(或碳酸丙烯酯與甲醇酯交換生產碳酸二甲酯(DMC;再與醋酸苯酯交換生成碳酸二苯酯(DP;然后在熔融狀態下與雙酚A進行酯交換、縮聚制得PC產品。該法的副產物醋酸甲酯經熱裂解轉化為甲醇和乙烯酮,甲醇回收后用于合成碳酸二甲酯,乙烯酮與苯酚反應生成醋酸苯酯,從而有效地降低生產成本。該工藝為綠色工藝,具有全封閉、無副產物、基本無污染等特點,從根本上擺脫了有毒原料光氣,且碳酸二苯酯的純度進一步提高,對聚合更為有利,是PC工藝的發展方向,將在未來PC生產中逐漸占據主導地位。“九五”期間,國內晨光化工研究院承擔“5001 000 t/a酯交換法PC連續縮聚新工藝工業性技術開發”,并于

14、1998年完成百噸級中試,1999年建立千噸級連續化試驗裝置,成功地解決了縮聚反應器和高溫負壓下連續輸送粘稠物料及反應過程中傳質、傳熱等關鍵技術,生產出合格產品。目前,晨光化工研究院與綿陽晨光發達實業公司合作進行萬噸級工業試驗。該項目完成后,將對我國PC 發展起到積極的推動作用。天津大學承擔的重大科技攻關項目“光學級PC非光氣法生產新工藝攻關”采用熔融酯交換法“綠色”生產工藝,中試規模已生產出質量與拜耳等公司相應光學級牌號相當的產品,性能達到國際先進水平,具備了進一步放大的技術條件。中科院成都有機化學研究所等單位在非光氣法PC生產工藝研究開發方面,也進行了相關的研究,小試技術已經達到國際先進水

15、平。5 開發聚碳酸酯的意義由于目前國內PC產量不能滿足市場需要,巨大的市場空間吸引了眾多投資目光,跨國公司紛紛在我國投資建設聚碳酸酯產業。目前,在華投資PC生產的跨國公司主要有德國的Bayer、日本帝人、美國GE這3家大公司。其中由德國Ba yer公司和上海氯堿股份有限公司投資建設的該項目預計規模將擴大到20萬t/a;此外日本帝人化學正在浙江嘉興建設5萬t級的PC裝置也將投產。即使上述裝置能夠如期建成,其生產能力還不到國內目前消費量的1/3,仍有40萬t的缺口。因此聚碳酸酯項目是值得大力開發的朝陽產業。6 發展建議近年來聚碳酸酯消費量迅速增長，生產與市場形成了極不協調的供需矛盾， 大力發展我國

16、聚碳酸酯工業十分迫切。近幾年，由于環保與能源問題，煤化工產 業呈快速發展趨勢，大規模甲醇裝置相繼開工和投產，甲醇產量將大幅增加，發 展非光氣酯交換熔融縮聚法生產裝置有很好的原料優勢，應充分利用這一優勢， 加快該綠色工藝的開發研究，或與國外公司合作，盡早建立大規模裝置。目前全 球聚碳酸酯應用已向高功能化、專用化方向發展，我國聚碳酸酯生產能力和市場 需求均呈現快速發展局面，尤其是國內多套規模化裝的建設，加上汽車工業迅猛 發展的拉動，未來幾年我國聚碳酸酯工業將進入一個新的發展階段，其中最為關 鍵的是應加快聚碳酸酯的應用研究。 充分利用國內生產能力的增加和在塑料改性 及塑料合金方面積累的經驗， 加快聚碳酸酯合金等復合材料的開發、 生產及應用， 例如聚碳酸ABS合金、聚碳酸PBT合金、聚碳酸酯Ps合金等的研究， 并加快聚碳酸酯在光學、阻燃、汽車部件、醫療領域的應用研究。 7 結語 聚碳酸酯是十分重要的塑料原料， 其應用正在向高功能化、 專用化方向發展。 我國強勁的需求已經成為全球聚碳酸酯增長的主要拉動力量。椐分析，目前聚碳 酸酯應用領域的開發不斷加強， 應用規模進一步加快擴展。 經過半個世紀的發展， 我國聚碳酸酯仍未形成自己先進的