Polycarbonate (PC) là một chuỗi phân tử có chứa nhóm cacbonat, theo cấu trúc phân tử có các nhóm este khác nhau, có thể chia thành aliphatic, alicyclic, thơm, trong đó nhóm thơm có giá trị thực tế nhất và quan trọng nhất là polycarbonate loại bisphenol A, 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 chịu 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 ngành khác trong các bộ phận máy móc công nghiệp, CD-ROM, bao bì, thiết bị văn phòng, y tế và chăm sóc sức khỏe, phim ảnh, 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 khoảng 5,88 triệu tấn, năng lực sản xuất PC của Trung Quốc là 1,94 triệu tấn/năm, sản lượng khoảng 960.000 tấn, trong khi 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 nhiều dự án PC đang được xây dựng và đề xuất tại Trung Quốc cùng lúc, năng lực sản xuất trong nước sẽ vượt quá 3 triệu tấn/năm trong ba năm tới, ngành PC cho thấy xu hướng chuyển dịch nhanh 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 lược qua một chút.

PC ba phương pháp sản xuất chính thống

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 giao diện

Là phản ứng của phosgene vào 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 một thời gian, khoảng 90% sản phẩm polycarbonate công nghiệp được tổng hợp theo phương pháp này.

Ưu điểm của phương pháp PC phosgene trùng ngưng giao diện là trọng lượng phân tử tương đối cao, có thể đạt 1,5~2*105, sản phẩm tinh khiết, tính chất quang học tốt, khả năng chống thủy phân tốt hơn, 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 và độc hại 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 mặt của chất xúc tác để trao đổi este, ngưng tụ trước, phản ứng ngưng tụ.

Theo nguyên liệu thô 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 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.

Sản phẩm phụ phenol thu được từ quá trình trao đổi este và ngưng tụ có thể được tái chế thành quá trình tổng hợp DPC, do đó thực hiện tái sử dụng vật liệu và tiết kiệm tốt; do độ tinh khiết của nguyên liệu cao, sản phẩm cũng không cần phải sấy khô và rửa sạch, chất lượng sản phẩm tốt. Quá trình này không sử dụng phosgene, thân thiện với môi trường và là tuyến đường quy trình xanh.

Với yêu cầu quốc gia về ba chất thải của doanh nghiệp hóa dầu Với việc tăng cường yêu cầu quốc gia về an toàn và bảo vệ môi trường của 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.