聚碳酸酯的生产及应用

聚碳酸脂的生产及应用系（分院）：×××专业班级 : ×××学生姓名：×××学号：×××指导教师：×××2012年5月16日星期三目录1.前言 (2)2.聚碳酸脂的生产工艺 (2)2.1 溶液光气法 (2)2.2 酯交换熔融缩聚法 (2)2.3 界面缩聚光气法 (3)2.4 非光气酯交换熔融缩聚法 (3)2. 5 双酚A氧化羰基化法合成PC (3)3.聚碳酸脂的应用 (4)3.1用于建材行业 (4)3.2 用于汽车制造工业 (4)3.3 用于生产医疗器械 (4)3.4 用于航空、航天领域 (5)3.5 用于包装领域 (5)3.6 用于电子电器领域 (5)3.7 用于光学透镜领域 (5)3.8 用于光盘的基础材料 (5)4.我国聚碳酸酯的发展建议[4] (6)4.1 通过各种途径引进国外先进技术 (6)4.2 加强聚碳酸酯的应用研究 (6)4.3 合作开发非光气法 (6)5.致谢！ (7)毕业论文摘要：本文论述了聚碳酸酯的各种生产工艺路线, 对其在各种领域的应用进行了分析, 并提出了建设新的聚碳酸酯装置的建议。

关键词：聚碳酸脂，生产，应用，发展建议1.前言聚碳酸酯简称PC，是一种无定型、无臭、无毒、高度透明的无色或微黄色热塑性工程塑料，具有优良的物理机械性能，尤其是耐冲击性优异，拉伸强度、弯曲强度、压缩强度高; 蠕变性小，尺寸稳定; 具有良好的耐热性和耐低温性，在较宽的温度范围内具有稳定的力学性能，尺寸稳定性，电性能和阻燃性，可在－ 60 ～ 120 ℃下长期使用; 无明显熔点，在20 ～230 ℃呈熔融状态;其应用领域非常广泛, 已进入到汽车、电子电气、建筑、办公设备、包装、运动器械、医疗保健、家庭用品等领域。

目前, PC 正迅速地扩展到航空、航天、电子计算机、光盘等高新技术领域, 尤其在光盘的应用上发展更快。

PC 还可与其它树脂共混形成PC 共混物或PC 合金, 改善其抗溶剂性和耐磨性较差的缺点, 使之性能更加完善, 能适应多种特定应用领域对成本和性能的要求。

在五大工程塑料中, PC 树脂是增长速度最快的通用工程塑料。

2.聚碳酸脂的生产工艺自从1956 年, 第一个工业化PC 装置投产以来, PC 工业见证了工艺进展的重大变化。

60 年代, 界面光气法、酯交换法( 熔融法) 和溶液光气法是3 个主要工艺路线。

由于经济性原因,溶液法不再采用。

目前工业上生产PC 绝大多数采用界面光气法工艺。

近年来, 非光气熔融工艺也得到迅速发展[1]。

2.1 溶液光气法溶液光气法是以光气和双酚A 为原料，在碱性水溶液和二氯甲烷( 或二氯乙烷) 溶剂中进行界面缩聚，得到的PC 胶液经洗涤、沉淀、干燥、挤出造粒等工序制得PC 产品。

此工艺经济性较差，且存在环保问题，已完全淘汰。

2.2 酯交换熔融缩聚法酯交换法其实也是一种间接光气法工艺。

在该工艺中，酚经过光气法反应生成碳酸二苯酯，然后在卤化锂或氢氧化锂等催化剂和添加剂存在下和双酚A 进行酯交换反应，生成低聚物，再进一步缩聚得到聚碳酸酯产[2]品。

酯交换法生产PC 的主要化学反应为：O OH (n+1)C OO HO CCH 3CH 3+n O O O CCH 3CH 3O C O O +2n OH酯交换法是最早工业化的聚碳酸酯生产工艺，虽然其成本被认为低于界面缩聚工艺，但由于其产品光学性能较差，催化剂易污染，存在副产品酚而导致产品相对分子质量较低，因此限制了它的商业应用。

而近期新建项目多采用熔融聚合法，熔融聚合法一般在聚合时不使 用溶剂，只将粉末中间体在高于熔点下呈熔融状态反应制成球状体，方法简单，可靠性强。

GE 集团在日本千叶和西班牙的工厂、三菱集团的黑崎厂、拜耳公司在中国和欧洲的工厂以及台湾旭美化成等公司的工厂都采用了这种工艺。

2.3 界面缩聚光气法界面缩聚工艺是目前世界上聚碳酸酯的主要生产工艺，迄今世界上接近90%左右生产能力的装置仍使用界面光气法。

此法以双酚A 、光气、氢氧化钠等为原料和反应助剂，使用二氯甲烷为溶剂，有关的化学反应如下：① 双酚A 与氢氧化钠反应制备双酚A 钠盐。

HO CCH 3CH 3+OH NaOH 2NaO CCH 3CH 3OH +2H 2O②双酚A 钠盐与光气进行缩聚，为控制缩聚物的相对分子质量，加入单官能团物质苯酚做官能团封锁剂界面缩聚光气法工艺成熟，和其他工艺相比，该工艺适于规模化和连续化生产，生产出的产品纯净、易加工、产品分子量高，能满足各种用途，长期占据着聚碳酸酯生产的主导地位。

但由于生产中使用剧毒光气，因而开发不用光气来生产聚碳酸酯的新工艺成为近年来的研究热点。

2.4 非光气酯交换熔融缩聚法首先，以甲醇羰基化法或碳酸乙烯酯( 或碳酸丙烯酯) 与甲醇酯交换生产碳酸二甲酯( DMC) ; 再与醋酸苯酯交换生成碳酸二苯酯( DP) ; 然后在熔融状态下与双酚A 进行酯交换、缩聚制得PC 产品。

该法的副产物醋酸甲酯经热裂解转化为甲醇和乙烯酮，甲醇回收后用于合成碳酸二甲酯，乙烯酮与苯酚反应生成醋酸苯酯，从而有效地降低生产成本。

该工艺为绿色工艺［3］，具有全封闭、无副产物、基本无污染等特点，从根本上摆脱了有毒原料光气，且碳酸二苯酯的纯度进一步提高，对聚合更为有利，是PC 工艺的发展方向。

2. 5 双酚A 氧化羰基化法合成PC羰基化法直接合成PC 与其它方法相比更具有吸引力, 该法以双酚A 为原料, 选择第ØB 族金属( 如钯) 或其化合物为主催化剂, 配合无机( 如Se 、Co 等) 和有机助催化剂, 并加入提高选择性的有机稀释剂, 在一定温度和压力下, 通入CO 和O2 进行羰基化反应而制得PC。

据报道, 日本国家材料和化学研究院已用羰基化法成功地合成了分子量为5 000 的PC, 该预聚体进一步聚合, 可制得商品级PC。

该工艺具有毒性小、无污染、产品质量高等优点, 是世界各国争相研究的热点。

3.聚碳酸脂的应用聚碳酸酯按功能特性可分为一系列品级，如通用级、透明级、医药食品级、阻燃、耐热、耐候、润滑、玻璃纤维增强、无机物填充、电磁屏蔽、抗静电等品级和复合品级。

各品级又可进一步按树脂熔体指数或混配改性添加物成分不同，细分为更多的具体牌号。

一些大的生产厂商可提供几十个品级、上百个牌号的产品。

聚碳酸酯的应用开发是向高复合、高功能、专用化、系列化方向发展，目前已推出了光盘、汽车、办公设备、箱体、包装、医药、照明、薄膜等多种产品各自专用的品级牌号。

3.1用于建材行业聚碳酸酯板材具有良好的透光性、抗冲击性、耐紫外线辐射及其制品的尺寸稳定性和良好的成型加工性能，使其比建筑业传统使用的无机玻璃具有明显的技术性能优势。

经压制或挤出方法制得的聚碳酸酯板材重量是无机玻璃的50%，隔热性能比无机玻璃提高25%，冲击强度是普通玻璃的250 倍，在世界建筑业上占主导地位，约有1/3 用于窗玻璃、商业橱窗等玻璃制品。

另外，由聚碳酸酯制成的具有大理石外观及低发泡木质外观的板材也将在建筑业和家具行业中大显身手。

目前，国内建有聚碳酸酯建材中空板生产线20 余条，年需用聚碳酸酯7 万t 左右，预计到2005 年将达到14 万t。

3.2 用于汽车制造工业轻型化、安全化是汽车制造业所追求的重要目标。

聚碳酸酯具有良好的抗冲击、抗热畸变性能，而且耐候性好、硬度高，因此适用于生产轿车和轻型卡车的各种零部件，其主要应用领域集中在制造照明系统、仪表板、加热板、除霜器及聚碳酸酯合金制的保险杠等。

尤其在汽车照明系统中，充分利用聚碳酸酯易成型加工的特性，将车灯头部、连接片、灯体等全部模塑在透镜中，设计灵活性大、便于加工，解决了传统玻璃制造头灯在工艺技术上的困难。

根据发达国家数据，聚碳酸醋在电子电气、汽车制造业中使用比例在4 0 % -50%，目前中国在该领域的使用比例只占10% 左右，电子电气和汽车制造业是中国迅速发展的支柱产业，未来这些领域对聚碳酸酯的需求量将是巨大的。

预计2005 年我国汽车总量将达300 多万辆，届时需求量也将达到3万t，因而聚碳酸酯在这一领域的应用是极有拓展潜力的。

3.3 用于生产医疗器械由于聚碳酸酯制品可经受蒸汽、清洗剂、加热和大剂量辐射消毒，且不发生变黄和物理性能下降，因而被广泛应用于人工肾血液透析设备和其他需要在透明、直观条件下操作并需反复消毒的医疗设备中，如生产高压注射器、外科手术面罩、一次性牙科用具、血液充氧器、血液收集存储器、血液分离器等等。

3.4 用于航空、航天领域近年来，随着航空、航天技术的迅速发展，对飞机和航天器中各部件的要求不断提高，使得PC 在该领域的应用也日趋增加。

据统计，仅一架波音型飞机上所用聚碳酸酯部件就达2500 个，单机耗用聚碳酸酯约2 吨。

而在宇宙飞船上则采用了数百个不同构型并由玻璃纤维增强的聚碳酸酯部件及宇航员的防护用品等。

3.5 用于包装领域近年来，在包装领域出现的新增长点是可重复消毒和使用的各种型号的储水瓶。

由于聚碳酸酯制品具有质量轻，抗冲击和透明性好，用热水和腐蚀性溶液洗涤处理时不变形且保持透明的优点，目前一些领域PC 瓶已完全取代玻璃瓶。

我国上海塑料工业公司已形成年产50 万只可重复使用的PC 饮用水瓶的能力，年耗聚碳酸酯树脂200-300 吨。

据预测，随着人们对饮用水质量重视程度的不断提高，聚碳酸酯在这方面的用量增长速度将保持在10% 以上，预计到2005 年将达到6 万t 。

3.6 用于电子电器领域由于聚碳酸酯在较宽的温、湿度范围内具有良好而恒定的电绝缘性，是优良的绝缘材料；同时，其良好的难燃性和尺寸稳定性，使其在电子电器行业形成了广阔的应用领域。

聚碳酸酯树脂主要用于生产各种食品加工机械、电动工具外壳、机体、支架、冰箱冷冻室抽屉和真空吸尘器零件等。

而且对于零件精度要求较高的计算机、视频录像机和彩色电视机中的重要零部件方面，聚碳酸酯材料也显示出了极高的使用价值。

3.7 用于光学透镜领域聚碳酸酯以其独特的高透光率、高折射率、高抗冲性、尺寸稳定性及易加工成型等特点，在该领域占有极其重要的位置。

采用光学级聚碳酸酯制作的光学透镜不仅可用于制造照相机、显微镜、望远镜及光学测试仪器等，还可用于制造电影投影机透镜、复印机透镜、红外自动调焦投影仪透镜、激光束打印机透镜，以及各种棱镜、多面反射镜等，其应用市场极为广阔。

聚碳酸酯在光学透镜方面的另一重要应用领域便是作为儿童眼镜、太阳镜、安全镜和成人眼镜的镜片材料。

近年来，世界眼镜业聚碳酸酯消费量年均增长率一直保持在20%以上，显示出极大的市场活力。

3.8 用于光盘的基础材料近年来，随着信息产业的倔起，由光学级聚碳酸酯制成的光盘作为新一代音像信息存储介质，正在以极快的速度迅猛发展。