Polycarbonate (PC) là một chuỗi phân tử chứa nhóm cacbonat, theo cấu trúc phân tử với các nhóm este khác nhau, có thể chia thành aliphatic, alicyclic, thơm, trong đó giá trị thực tế nhất của nhóm thơm và loại polycarbonate bisphenol A quan trọng nhất, trọng lượng phân tử trung bình nặng (Mw) nói chung là 20-100.000.

Hình ảnh công thức cấu tạo PC

Polycarbonate có độ bền, độ dẻo dai, độ trong suốt, khả năng chịu nhiệt và lạnh tốt, dễ gia công, chống cháy và các hiệu suất toàn diện khác, các ứng dụng hạ nguồn chính là thiết bị điện tử, tấm và ô tô, ba ngành công nghiệp này chiếm khoảng 80% lượng tiêu thụ polycarbonate, các bộ phận máy móc công nghiệp khác, CD-ROM, bao bì, thiết bị văn phòng, y tế và chăm sóc sức khỏe, phim, thiết bị giải trí và bảo vệ và nhiều lĩnh vực khác cũng đã đạt được nhiều ứng dụng rộng rãi, trở thành một trong năm loại nhựa kỹ thuật trong danh mục phát triển nhanh nhất.

Năm 2020, năng lực sản xuất PC toàn cầu đạt khoảng 5,88 triệu tấn, trong đó năng lực sản xuất PC của Trung Quốc đạt 1,94 triệu tấn/năm, sản lượng khoảng 960.000 tấn. Trong khi đó, mức tiêu thụ polycarbonate biểu kiến của Trung Quốc năm 2020 đạt 2,34 triệu tấn, còn thiếu gần 1,38 triệu tấn, cần nhập khẩu từ nước ngoài. Nhu cầu thị trường lớn đã thu hút nhiều khoản đầu tư để tăng sản lượng, ước tính có rất nhiều dự án PC đang được xây dựng và đề xuất tại Trung Quốc cùng lúc, và năng lực sản xuất trong nước sẽ vượt quá 3 triệu tấn/năm trong ba năm tới, và ngành công nghiệp PC đang cho thấy xu hướng chuyển dịch nhanh chóng sang Trung Quốc.

Vậy, quy trình sản xuất PC là gì? Lịch sử phát triển của PC trong và ngoài nước như thế nào? Các nhà sản xuất PC chính ở Trung Quốc là gì? Tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu sơ lược.

Ba phương pháp sản xuất chính của PC

Phương pháp quang khí ngưng tụ giao diện, phương pháp trao đổi este nóng chảy truyền thống và phương pháp trao đổi este nóng chảy không quang khí là ba quy trình sản xuất chính trong ngành PC.
Hình ảnh Hình ảnh
1. Phương pháp phosgene ngưng tụ đa diện

Đây là phản ứng của phosgene với dung môi trơ và dung dịch natri hydroxit của bisphenol A để tạo ra polycarbonate có khối lượng phân tử nhỏ, sau đó ngưng tụ thành polycarbonate có khối lượng phân tử cao. Có thời điểm, khoảng 90% sản phẩm polycarbonate công nghiệp được tổng hợp bằng phương pháp này.

Ưu điểm của phương pháp trùng hợp phosgene giao diện PC là trọng lượng phân tử tương đối cao, có thể đạt 1,5~2*10^5, sản phẩm tinh khiết, tính chất quang học tốt, khả năng chống thủy phân tốt, dễ gia công. Nhược điểm là quá trình trùng hợp đòi hỏi phải sử dụng phosgene có độc tính cao và các dung môi hữu cơ dễ bay hơi như methylene chloride, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.

Phương pháp trao đổi este nóng chảy, còn được gọi là trùng hợp ontogenic, được Bayer phát triển đầu tiên, sử dụng bisphenol A nóng chảy và diphenyl carbonate (Diphenyl Carbonate, DPC), ở nhiệt độ cao, chân không cao, trạng thái có chất xúc tác để trao đổi este, ngưng tụ trước, phản ứng ngưng tụ.

Theo nguyên liệu thô được sử dụng trong quy trình DPC, có thể chia thành phương pháp trao đổi este nóng chảy truyền thống (còn gọi là phương pháp quang khí gián tiếp) và phương pháp trao đổi este nóng chảy không quang khí.

2. Phương pháp trao đổi este nóng chảy truyền thống

Quá trình này được chia thành 2 bước: (1) phosgene + phenol → DPC; (2) DPC + BPA → PC, đây là quá trình phosgene gián tiếp.

Quá trình này ngắn, không cần dung môi và chi phí sản xuất thấp hơn một chút so với phương pháp ngưng tụ phosgene giao diện, nhưng quá trình sản xuất DPC vẫn sử dụng phosgene và sản phẩm DPC có chứa một lượng nhỏ nhóm cloroformat, điều này sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng của PC, ở một mức độ nào đó hạn chế việc thúc đẩy quá trình này.

3. Phương pháp trao đổi este nóng chảy không phosgene

Phương pháp này được chia thành 2 bước: (1) DMC + phenol → DPC; (2) DPC + BPA → PC, trong đó sử dụng dimethyl carbonate DMC làm nguyên liệu và phenol để tổng hợp DPC.

Phenol phụ phẩm thu được từ quá trình trao đổi este và ngưng tụ có thể được tái chế để tổng hợp DPC, do đó có thể tái sử dụng nguyên liệu và tiết kiệm chi phí; do nguyên liệu có độ tinh khiết cao, sản phẩm cũng không cần sấy khô và rửa, chất lượng sản phẩm tốt. Quy trình này không sử dụng phosgene, thân thiện với môi trường và là quy trình xanh.

Với yêu cầu quốc gia về ba loại chất thải của doanh nghiệp hóa dầu Với việc tăng cường yêu cầu quốc gia về an toàn và bảo vệ môi trường đối với doanh nghiệp hóa dầu và hạn chế sử dụng phosgene, công nghệ trao đổi este nóng chảy không phosgene sẽ dần thay thế phương pháp trùng ngưng giao diện trong tương lai như là hướng phát triển công nghệ sản xuất PC trên thế giới.