聚碳酸酯的生产与应用

范存良

(上海石油化工股份有限公司化工研究所，上海205~ )

摘要：简要介绍了聚碳酸酯的生产情况，分析了它在不同领域的应用，提出了我国聚碳酸酯生产要引进国外先进技术、加快现有装置的改造、加强应用研究和开发新工艺的发展思路。

关键词：碳酸二甲酯；碳酸二苯酯；聚碳酸酯；应用

文章编号：1006—253X(2003)10-0011—04 中图分类号：TQ323．4 1 文献标识码：A

Production and Application of Polycarbonate

FAN Cun．1iang

(Chemical Research Institute，Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．，Shanghai 200540，China)

Abstract：Polycarbonate-is a kind of engineering plastics ha~ng outstanding comprehensive properties，one of the new materials with the quickest development abroad，and its demand at home is increasing．The progress on the application and synthesis technology of polycarbonate are discussed．The non—phosgene route with fusion process and development trend of polycarbonate are reviewed．

Keywords：dimethyl carbonate；biphenyl carbonate；polycarbonate；application

聚碳酸酯是一种综合性能优异的热塑性工程塑料，具有突出的抗冲击性能、耐蠕变性能，较高的抗张强度、抗弯强度、伸长率和刚性，并有较高的耐热性和耐寒性，可在一100—140~C温度范围内使用，电性能优良，吸水率低，透光性好，可见光的透过率90％左右。近年来聚碳酸酯需求增长迅速，2001年世界需求量超过200万t，居五大通用工程塑料首位。其在国民经济各领域中有广泛的用途，已进人到汽车、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，聚碳酸酯正迅速地扩展到航空、航天、电子计算机、光盘等许多高新技术领域，尤其在光盘的使用上发展较快。聚碳酸酯还可与其它树脂共混或形成合金，改善其抗溶剂性及耐磨性较差的缺点，性能更加完善，适应多种特定应用领域对成本和性能的要求。

随着经济的发展，人民生活水平的提高，各个领域对聚碳酸酯的需求不断增加，若按今后年均增长10％计算，预计到2005年，我国聚碳酸酯需求量将接近17万t。消费量逐年增加，年均递增23．4％ ，远远高于国民经济的平均增长速度和其它通用工程塑料的增长速度。由于国内产量小，我国使用的聚碳酸酯主要从国外进口。

1 生产

1．1 生产工艺

生产聚碳酸酯的工业化方法有界面光气法、酯交换法和溶液光气法，迄今占世界上90％左右生产能力的装置仍使用界面光气法。界面缩聚工艺是目前世界上聚碳酸酯的主要生产工艺，该工艺适于规模生产和连续生产，生产出的产品纯净、易加工、产品相对分子质量高，能满足各种用途。

世界上聚碳酸酯主要生产商如GE公司、Bayer公司、日本Idemitsu(出光)石化公司等都开发了自己的界面缩聚工艺。因为光气剧毒，副产物对环境也有害，GE等大公司着力开发和大规模工业化应用是当今聚碳酸酯工业发展的重要特点。传统熔融工艺实质上也是一种间接光气法。因为，该工艺所需中间物碳酸二苯酯(DPC)也由光气生成。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，生成预聚物，然后经过缩聚反应得到聚碳酸酯。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，但由于其生产出的聚碳酸酯透明度不良，催化剂易污染，并且由于存在副产品酚而导致产品相对分子质量较低，范围有限，因此限制了它的商业应用。溶液光气工艺由于缺乏经济竞争力而完全被淘汰，传统熔融工艺由于产品商业附加值不高，已处于基本被淘汰的境况。

目前主要采用的界面缩聚工艺同样存在着使用有剧毒的光气而且废水中含有可能致癌的氯化甲撑等缺点，目前也处于被限制发展的状况。开发质量好、等级高、经济附加值高的聚碳酸酯产品，努力培育、完善消费领域等是国内聚碳酸酯工业的唯一出路。中国科学院成都有机化学研究所承担的碳酸二甲酯与苯酚交换合成碳酸二苯酯的小试项目目前已通过中国科学院鉴定，技术达到国际先进水平。这标志着我国在开发非光气法生产聚碳酸酯工艺方面迈出了可喜的一步。

1．2 生产厂家

聚碳酸酯生产高度集中。目前世界上共有6个国家和地区生产聚碳酸酯：美国、西欧、日本、韩国、巴西和我国，共11家厂商，1996年总生产能力约136万t／a。其中，GE塑料公司(GE Plastics)是最大的生产厂商，1996年生产能力占世界总生产能力的45％ ；Bayer居第2位，占25％ ；Dow排第3，占12％ 。这3家公司在美国、西欧和亚洲均建有生产装置。世界最大的4家聚碳酸酯生产公司是通用电气、拜耳、陶氏化学和日本帝人，其装置能力分别占2000年世界总生产能力的35％ 、31％ 、9％和9％ ，4家公司产能占世界总产能的84％ 。除日本帝人外，亚洲企业年产能力均在6．2万t／a以下。

我国对聚碳酸酯的研究工作起始于1958年，由沈阳化工研究院首先开发成功酯交换法工艺，并于1965年实现工业化生产，在大连塑料四厂建成100 t／a的生产装置。沈阳化工研究院在1961年对光气化法反应的主要影响因素及反应历程进行了研究，与此同时，浙江化工研究所和天津有机化工研究所也进行了小试研究，并进而作了中试。采用国内技术生产聚碳酸酯的企业先后多达2O余家，装置能力为30～500 t／a，1985年总生产能力达到3 860 t／a。但是由于工艺技术落后、设备简陋，以及原料来源等问题，致使产品质量差，消耗高，迫使多数企业停产。天津有机化工二厂的聚碳酸酯装置已于1988年停产，杭州塑料化工一厂也于1992年停产，常州合成化工总厂3 000 t／a装置1997年尚无产量。所以目前正常生产的企业只有上海申聚化工厂和重庆长风化工厂，生产能力为2 800 t／a，1998年产量仅为381 t，远远不能满足国内的需求。

2 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。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。

2．1 电子和光学材料

在电子、电气领域中，聚碳酸酯可用作电器工具的外壳、仪表屏、计算机和商业设备的外壳、绝缘接插件、线圈框架、垫片等；在光学媒体材料方面，聚碳酸酯的应用量增长最快，平均1kg聚碳酸酯树脂大约可生产55张CD光盘，标准的CD盘单面可储存600兆字节，用12．7cm(5in)、1．2mm厚的聚碳酸酯盘作为有数据存储标记的铝膜基础盘。DVD盘可存储18G字节，用2张12．7cm(5in)、0．6ram厚的聚碳酸酯盘粘在一起，作为有存储数据标记的铝膜基础盘。DVD技术要求基础盘的树脂具有必要的光学性质、物理性质和流变学性质，以缩短加工时间，增加数据标记的密度和降低盘的厚度。聚碳酸酯透镜的优点是抗冲击强度高，安全性好；折射指数高，可使用较薄的镜片；相对密度较低，可减轻镜片的质量；对紫外光具有高屏蔽性。由于聚碳酸酯可以注塑成型，因而可提高镜片的生产效率。聚碳酸酯镜片主要用于儿童眼镜、太阳镜和成人眼镜，成人处方眼镜是增长最快的市场。

2．2 安全及医疗器械和照明领域

聚碳酸酯可用于制造安全帽、防爆玻璃、医疗器具、托盘等，也可用于透镜外壳和室外照明装置中的透镜扩散器、舞台照明用具、机场跑道、高速公路标志等；在机械工业中，聚碳酸酯可制成齿轮、齿条、蜗杆、螺钉、螺帽等。

2．3 汽车工业

聚碳酸酯具有优良的抗冲击、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。聚碳酸酯生产巨头GE和Bayer正在开发耐磨损汽车用玻璃，这种玻璃质轻、抗碎、耐用，成本与普通玻璃不相上下。聚碳酸酯玻璃用于包括学校、医院、住宅、银行以及政府规定的必须使用防碎玻璃确保安全的建筑领域。聚碳酸酯玻璃和片材的抗冲强度比普通玻璃高250多倍，比标准丙烯酸酯玻璃片材高3O多倍，具有优良的抗碎性能和抗磨性能，而且抗热畸变性能优于丙烯酸酯玻璃，但价格高于丙烯酸酯和普通玻璃。

2．4 包装材料

聚碳酸酯在包装领域消费量最大的市场是2O L左右的大水瓶。由于质量轻，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，除个别高消费市场外，聚碳酸酯瓶已取代玻璃瓶。

3 发展建议

近几年来，国内聚碳酸酯的消费量迅速增长，但是几乎全部依赖于进口，下大力气发展国内聚碳酸酯工业已到了刻不容缓的地步，否则，该行业将全部被国外产品所垄断。

3．1 引进国外先进技术

国内目前技术水平与国外先进水平差距较大，而国内聚碳酸酯市场正处于迅速发展的时期，如果完全靠国内自行开发技术，难度较大，可能会错过发展的有利时机，所以应以成套引进技术为主。并努力做好引进技术的消化吸收工作，对缩小与国外先进水平的差距，促进我国聚碳酸酯工业的发展来说是有利的。

3．2 加快现有装置的改造

国内装置技术落后，设备简陋，消耗高，产品质量较差，因此开工率极低。应引进关键设备和先进控制仪表，适当扩大生产规模，尽可能地提高国内现有装置的生产水平。

3．3 加强聚碳酸酯的应用研究

聚碳酸酯的应用要向高功能化、专用化方向发展，充分利用国内一些科研单位在塑料改性及塑料合金方面的技术成果，提高产品的档次及附加值，在产品的应用领域同国外的各种专用牌号聚碳酸酯竞争，力争占领国内市场。

3．4 合作开发非光气法

充分利用并发挥国内聚碳酸酯技术潜力，与世界先进的大公司合作，开展非光气熔融酯交换法聚碳酸酯树脂的生产和应用开发，是国内有实力的大型石化和化工企业应该考虑的问题。

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