聚碳酸酯的生產、應用及市場前景

    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快的通用工程塑料。本文就聚碳酸酯的結構性能、合成工藝進展、應用范圍、市場前景及未來發展趨勢作一簡單的介紹。
1 聚碳酸酯的主要特性
名   稱：2，2-(4-羥基苯基)丙烷聚碳酸酯
英文名稱：Polycarbonate
物化特性：①聚碳酸酯是一種無定型、無味、透明的熱塑性工程塑料，其相對密度為1.20，具有良好的透光性，折光率為1.586。②聚碳酸酯主要特點是機械性能良好。既韌又剛、無缺口，沖擊強度在熱塑性塑料中名列前茅，接近玻璃纖維增強的酚醛或不飽和樹脂，呈延性斷裂。成型的零件可達到很精密的公差，并在很寬的范圍內保持尺寸穩定，優于聚酰胺ABS和聚甲醛。③熱塑性好，熱變性溫度在135一145℃之間。與其他塑料相比，聚碳酸酯的線脹系數低，且加人玻璃纖維后能降低l/3。100℃以上長時間熱處理，剛性稍有增加，彈性模量、彎曲強度、拉伸強度也隨之增加，而抗沖值有所降低。在100℃以上退火，可消除內應力。④聚碳酸酯具有良好的電性能，在較寬的濕度范圍內，電絕緣性恒定，并耐電暈性。聚碳酸酯體積電阻率和介電強度與聚酯薄膜相當。另外還有自熄、易增強、阻燃、能著色等特性。
2 聚碳酸酯的生產技術現狀
    聚碳酸酯于1953年由德國拜目公司先研究成功，并于1958年實現了工業化生產，至今已有40多年歷史，其工業生產方法主要有溶液光氣法、酯交換法、界面縮聚光氣法和非光氣法。  
2.1 溶液光氣法
    該工藝是將光氣通入含有雙酚A和酸接受劑的二氯甲烷溶液中進行反應，然后將聚合物從溶液中分離出來。與其它的生產方法相比，溶液光氣法由于經濟性較差己完全淘汰。
2.2 酯交換法
    酯交換法又稱傳統熔融工藝，其實也是一種間接光氣法工藝。它是以苯酚為原科，經過光氣法反應生成碳酸二苯酯，然后在鹵化鋰或氫氧化鋰等催化劑和添加劑存在下和雙酚A進行酯交換反應，生成低聚物，再進一步縮聚得到聚碳酸酯產品[3]。盡管該工藝生產成本低于其它生產工藝，但由于其生產出的聚碳酸酯光學性能較差，催化劑易污染，并且由于存在副產品酚而導致產品分子量較低，應用范圍有限，因此限制了該工藝的商業應用。
2.3 界面縮聚光氣法
    界面縮聚光氣法工藝是將雙酚A和燒堿溶液配制成雙酚A鈉鹽，同時加入酚，然后送入光氣反應器內。加入二氯甲烷，通光氣進行光氣化反應，反應完成后將反應液送到縮聚反應器內，加入三乙胺和燒堿溶液，進行縮聚反應。然后分離含有聚合物的有機相和水相，對有機相進行洗滌、干燥，后成粒就得聚碳酸酯成品[4]。界面縮聚工藝是目前上聚碳酸酯的主要生產工藝。和其他工藝相比，該工藝適于規模生產和連續生產，生產出的產品純凈、易加工、產品分子量高，能滿足各種用途。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，對環境也有影響，目前也處于限制發展狀態。因而開發不用光氣來生產聚碳酸酯的新工藝成為近年來的研究熱點。  
2.4 非光氣法
    非光氣法于1993年研究成功，由GE公司先將此法實現工業化生產，生產能力2.5萬t／a，現已擴建到4萬噸／a。它先以液相氧化碳基法生產碳酸二甲酯，再與醋酸苯酯交換生成碳酸二苯酯，然后在熔融狀態下與雙酚A進行酯交換，縮聚制得聚碳酸酯[5]。該工藝無副產物，也基本無污染，在生產過程中原料可以循環使用，降低了生產成本，特別是避免使用劇毒化學物質光氣，因此深受各大公司的重視，紛紛致力開發。據報道日本材料和化學研究院已用碳基化法成功地合成了分子量為5000的聚碳酸酯，該預聚體進一步聚合可制得商品級聚碳酸酯[6]。中科院成都有機化學研究所承坦的碳酸二甲酯與苯酚交換合成碳酸二苯酯的小試項目已通過中科院鑒定，技術達到國際先進水平，這標志著我國在開發非光氣法生產聚碳酸酯工藝方面邁出了可喜的一步。非光氣工藝生產聚碳酸酯是一種全封閉、無副產物、污染很少、符合環境要求的綠色工藝，是今后聚碳酸酯工藝的發展方向，預計在未來聚碳酸酯生產中將逐漸占據主導地位。