淺談聚碳酸酯生產現狀及國產化技術

[摘要]論述聚碳酸酯的生產工藝、生產現狀及市場需求，簡述國產聚碳酸酯技術的工藝流程。

[關鍵詞]聚碳酸酯（PC） 市場 國產化 流程

中圖分類號：TQ31 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2009）0110088-02

一、前言

聚碳酸酯（PC）樹脂是一種性能優良的熱塑性工程塑料，是當前用量最大的工程塑料之一，其高透明性和高抗沖擊強度兼備的性能目前無其他材料可比。它具有特別好的抗沖擊強度、熱穩定性、光澤度、抑制細菌特性、阻燃特性以及抗污染性，耐熱、吸水率低、無毒、介電性能優良，是五大工程塑料中唯一具有良好透明性的產品，也是近年來增長速度最快的通用工程塑料。

聚碳酸酯用途廣泛，應用范圍涵蓋光學、電子電氣、食品包裝、辦公自動化、擠出膜片、汽車、機械、醫療器械等眾多領域，其中光學和電子電氣是其最重要的兩大市場，各占總消費量的近四分之一。電氣電子市場主要是受以超薄型電視為主的數字家電液晶顯示用高性能薄膜的需求量日益增長的推動；而數碼相機、筆記本電腦、手機的殼體材料和液晶盤也需要采用增強型聚碳酸酯材料，液晶盤中的光導板、反射板、擴散板等部件則要求有一定的光學特性。另外汽車領域的應用正成為最具潛力的增長點之一，最初聚碳酸酯主要用于車燈透鏡、合金材料等內外裝飾，最近發展到在消音、減震等吸收材料等方面，進而擴展到敞篷車頂、后車窗等大型樹脂玻璃部分。隨著新用途不斷開發，汽車對其需求量也在不斷攀升。

二、生產工藝

聚碳酸酯(PC)生產方法主要有光氣合成法和酯交換法兩種。光氣合成法在常溫常壓下進行，以雙酚A為原料，使用光氣、氫氧化鈉和二氯甲烷為原料及反應助劑，此法工藝成熟，制得的產品相對分子量較大，產品質量較高，易于規模化和連續化生產，生產條件不高，經濟性好，長期占據著聚碳酸酯生產的主導地位。但其流程較復雜，使用的原料光氣有劇毒，溶劑需配套回收裝置。酯交換法流程較簡單，不需要使用溶劑，但生產要求高溫高真空，并需帶攪拌的特殊設備，老式酯交換法制得的產品相對分子量分布較寬，質量稍差。近年來世界各大公司紛紛研究非光氣法生產路線，1993年非光氣法工藝研究成功，并由GE塑料日本公司實現了工業化生產，該法以雙酚A與碳酸二苯酯為原料。是一種符合環境要求的“綠色工藝”，已成為今后聚碳酸酯合成工藝的發展方向，預計未來在聚碳酸酯生產中將逐漸占據主導地位。目前世界各國主要采用光氣合成法生產聚碳酸酯。

如今，聚碳酸酯已在從電子、航天等尖端科學到百姓日常生活的各個領域得到越來越廣泛應用，發展聚碳酸酯工業具有強國富民的戰略意義。近年來國內聚碳酸酯消費增長迅速，但幾乎全部依賴進口，還沒有依靠國產化技術建立大型的聚碳酸酯生產線，因此下大力氣開發國產聚碳酸酯技術已到了刻不容緩的地步。一方面，應投入資金，加強我國已有一定基礎的聚碳酸酯技術研究，爭取在未來該領域的競爭中占有一席之地；另一方面，應盡快建造萬噸級大型生產裝置，否則該行業將全部被國外壟斷。目前中科院成都有機化學研究所承擔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。

三、生產現狀及市場需求

二十一世紀以來聚碳酸酯的生產增長加速。2007年全球聚碳酸酯需求增長約6～8%，新增需求達20萬噸。其中歐美日需求增加4～6%，日本以外的亞洲市場需求增長8～11%。亞洲尤其是中國將成為推動聚碳酸酯消費的主要力量。全球特別是我國聚碳酸酯投資不斷，許多國際跨國公司前往中國設廠。全球聚碳酸酯的擴建始于2005年，美國通用電氣(GE)在西班牙擴建14萬噸/年裝置、日本帝人化成在中國興建一期5萬噸/年裝置，其它各大公司也陸續興建聚碳酸酯裝置，2005年世界生產能力突破300萬噸/年大關，達到了325萬噸/年。2006年全球PC生產能力比上年增加3%，達到334萬t/a，其中亞洲136萬t/a，占41%；美洲87萬t/a，占26%；歐洲111萬t/a，占33%，亞洲已成為世界聚碳酸酯的生產中心。

2007年聚碳酸酯產能增長集中在亞洲，其中德國拜耳在上海建成11萬噸/年裝置，日本帝人在浙江的裝置擴大到10萬噸/年，LG-DOW在韓國建成6.5萬噸/年裝置，臺灣奇美建成6萬噸/年裝置。不少項目將在今明兩年建成，其中包括：中石化三井合資上海12萬噸/年裝置，中石化三菱合資北京6萬噸/年裝置，三菱日本黑崎6萬噸/年裝置，帝人浙江3期6萬噸/年裝置，拜耳上海2期10萬噸/年裝置，LG-DOW韓國2期8萬噸/年裝置，臺灣旭化成2期10萬噸/年裝置。

1995年以前聚碳酸酯在國內主要用于制備紡織業用沙管，占總消耗量的50％左右。1995年以后逐漸轉向電子、電氣、光盤、建筑、汽車工業等領域，需求量急劇增加。聚碳酸酯消費市場發展十分迅猛，1995年我國聚碳酸酯的消費量為4.2萬噸，到2002年猛漲至34.3萬噸，年均增長率高達35％左右，遠遠高于國民經濟的平均增長速度和其它通用工程塑料的增長速度。根據發達國家數據，聚碳酸酯在電子電氣、汽車制造業中使用比例在40％～50％，目前我國在該領域的使用比例只占10％左右，電子電氣和汽車制造業是我國迅速發展的支柱產業，未來這些領域對聚碳酸酯的需求量將是巨大的。

我國原有10余家聚碳酸酯生產企業，目前能維持生產僅有3家，分別為常州合成化工總廠3000噸/年（光氣法）、上海中聯化工廠1200噸/年（酯交換法）、重慶長風化工廠1000噸/年（酯交換法），總產能約5000噸/年，年產量不足千噸。與國外公司相比，不僅規模極小，而且技術落后，遠遠不能滿足國內需求。由于國內產量極小，我國使用的聚碳酸酯主要從國外進口。

預計2010年世界聚碳酸酯需求量將達到400萬噸，2015年需求量將達到515萬噸。近年來，國內聚碳酸酯消費市場迅猛發展，在過去十年國內聚碳酸酯消費量平均增長高達30％以上，在世界絕無僅有。與國內聚碳酸酯消費市場迅速發展形成巨大反差的是，聚碳酸酯生產水平長期低下，裝置規模小，生產技術落后，產品產量低、質量差。未來國內聚碳酸酯行業會有較大的變化。一是產能會有較大的增長，二是需求繼續保持高速增長。預計2005～2010年間國內聚碳酸酯年均需求增長率約13.8％，2010年需求量將達到120萬噸，2015年需求量將達到160萬噸。

四、國產聚碳酸酯技術

我國于1958年開發出酯交換法技術，1961年開發出光氣合成法技術。我國為發展自己的聚碳酸酯材料工業，已對相關力量作了優勢整合，建設我國自己的聚碳酸酯大型生產裝置的條件已經形成。在國內，中藍晨光化工研究院自二十世紀六十年代就進行聚碳酸酯技術的開發研究工作，并取得了很多成果，七十年代曾成功援助羅馬尼亞建廠。而中國紡織工業設計院在聚酯技術的開發方面具有雄厚的實力，已經成功開發了20萬噸/年聚酯技術。目前，由中國紡織工業設計院與中藍晨光化工研究院共同開發的1萬噸/年聚碳酸酯生產裝置，采用先進的酯交換生產工藝，控制方案可靠，物耗及能耗低，產品質量達到先進水平。主要反應設備國產化，關鍵設備及儀表目前尚未滿足要求的，考慮引進。其裝置投資省、占地少、經濟效益高，頗具有推廣價值。

該國產化技術工藝流程簡述如下：

（一）投料系統

日料倉中粉狀的碳酸二苯酯(DPC)經過計量泵按一定的投料比率進入熔化釜。在160℃，1atm條件下，熔化4小時。然后，雙酚A(BPA)粉末經計量泵進入熔化釜，粉料進入熔化的DPC中，繼續攪拌2小時，至充分熔化。DPC和BPA熔體進入混合罐。在160℃，1atm下進一步攪拌至分子充分接觸。再將催化劑加入DPC、BPA熔體中，經輸送泵進入預反應器。

（二）酯交換反應

首先，在預反應器中熔體下進上出，形成層狀柱推流（活塞流），隨著溫度由160℃至220℃分段升高，壓力由66.67mbar降至40mbar。催化劑的活化能力充分引發。DPC和BPA熔體開始發生小分子間的酯交換反應。產生的苯酚氣體從熔體中脫出，并同熔體一起進入第一酯交換反應器。

第一酯交換反應器采用塔式，其內部形式新穎，充分考慮到熔體的傳質、傳熱的需要。熔體在220～235℃，40～66.7mbar下，反應1.5小時。第一酯交換反應器頂部配有苯酚回收冷卻系統和水環噴射真空系統。將預反應器和第一酯交換反應器中產生的苯酚氣體及時抽出，保證反應向正方向進行，同時保證反應器中的真空度。

所得熔體經低粘度輸送泵進入第二酯交換反應器，熔體在235～250℃，13.33～26.67mbar，反應1.2～1.8小時。在充分攪拌下，酯交換反應完成并伴有縮聚反應。第二酯交換反應器頂部配有苯酚回收冷卻系統和水環噴射真空系統。

（三）縮聚反應

熔體出第二酯交換反應器后進入預縮聚反應器，預縮聚反應器中配有帶圓孔的圓盤及攪拌漿，頂部配有苯酚回收冷卻系統和水環噴射真空系統。在預縮聚反應器中溫度升至280℃，壓力降至1.33～6.67mbar。分子鏈不斷增長，粘度增大。反應0.8～1.2小時之后，進入臥式帶有螺旋推進漿的第一縮聚反應器。在第一縮聚反應器中，溫度升至290℃，壓力降至0.67mbar，反應0.7～1.0小時之后，分子量升至15000～18000。在反應后的熔體中加入終止劑，用以防止端基與空氣反應。

此時熔體可以經中粘度輸送泵輸送，由高精度過濾器過濾后進入切粒機，直接生產光盤級切片。也可以經中粘度輸送泵進入第二縮聚反應器，繼續在290～310℃，0.40mbar下反應0.5～1.0小時。然后經過高粘度輸送泵，加入終止劑后切粒，得到分子量為24000～27000的切片。第一縮聚反應器和第二縮聚反應器頂部均配有苯酚回收冷卻系統和水蒸氣噴射真空系統。

五、結束語

縱觀聚碳酸酯的發展歷史，目前幾家主要的技術供應商壟斷了世界聚碳酸酯的生產技術。而我國越來越成為聚碳酸酯的消費大國，但是至今還沒有利用國產化技術建成大型的聚碳酸酯生產線，這對于中國聚碳酸酯工業的進一步發展極為不利。為了國家的振興，為了民族工業的發展，為了打破國外對聚碳酸酯技術的壟斷，我們應盡早采用國產化技術建立自己的大型聚碳酸酯生產線。國家也應該積極在政策、資金上扶持國內企業利用國產技術生產聚碳酸酯，以期在世界聚碳酸酯市場上占據有利地位，從而促進國家經濟的大發展。

參考文獻：

[1]《聚碳酸酯生產和應用現狀》，中國塑料信息網，2003.11.

[2]《國際聚碳酸酯(PC)市場走勢》，中金在線網，2008.04.

[3]聚碳酸酯(PC)生產簡易流程，中國紡織工業設計院內部資料.

作者簡介：

陳久波，男，重慶市銅梁縣人，本科，在中國紡織工業設計院，研究方向：聚酯、化纖及特種纖維的工程設計工作。