聚碳酸酯的发展现状与应用前景

聚碳酸酯的发展现状与应用前景

Development Situation and Application Prospect of Polycarbonate

摘要

聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有芳香族聚碳酸酯获的了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。本文就聚碳酸酯的发展现状与前景做一个简要的分析。

关键词：聚碳酸酯发展前景

Abstract

Polycarbonate (PC) is a molecular chain containing carbonate group-containing polymer, according to ester structure can be divided into aliphatic, aromatic, aliphatic aromatic types. As one of the aliphatic polycarbonate, mechanical performance is low which limits its application in engineering plastics. At present only the aromatic polycarbonate obtained the industrialized production. Because polycarbonate structure property, has now become the five major engineering plastics in the fastest growing general engineering plastics. In this paper, we will do a brief analysis of the development status and prospect of polycarbonate..

Keywords: polycarbonate; development; prospect

目录

摘要 .................................................................... I ABSTRACT ............................................................... II

1 引言 (1)

2 聚碳酸酯的主要特征 (1)

2.1聚碳酸酯的物理性质 (1)

2.2聚碳酸酯的化学性质 (2)

3生产技术概况 (2)

3.1溶液光气法 (2)

3.2界面缩聚光气法 (2)

3.2.1界面缩聚光气法存在的问题 (3)

3.3酯交换熔融缩聚法 (3)

3.4非光气酯交换熔融缩聚法(全非光法) (3)

4市场应用 (3)

4.1用于建筑行业 (4)

4.2用于汽车制造工业 (4)

4.3用于生产医疗器械 (4)

4.4用于航空、航天领域 (4)

4.5用于包装领域 (4)

4.6用于光学透镜领域 (4)

4.7用于光盘的基础材料域 (5)

5 聚碳酸酯的发展现状 (5)

6 我国聚碳酸酯的发展建议 (5)

7 结束语 (7)

8 参考文献 (8)

1 引言

聚碳酸酯加工特性好，广泛应用于国民经济各部门。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。采用光学级聚碳酸配制作的光学透镜不仅可用于照相机、显微镜、望远镜及光学测试仪器等，还可用于电影投影机透镜、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、多面反射镜等诸多办公设备和家电领域，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、太阳镜和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。

2 聚碳酸酯的主要特征

聚碳酸酯也叫聚碳酸脂（Polycarbonate）常用缩写PC 。是一种韧的热塑性树脂，通常是由双酚A和光气生产的，现在也开发了不使用光气的生产方法，并已在20世纪60年代初实现工业化，90年代末实现大规模工业化生产。现在产量仅次于聚酰胺的第二大工程塑料。其名称来源于其内部的CO3基团。 2011年3月双酚A在食用瓶中已被欧美国家禁用

化学名：2,2'-双（4-羟基苯基）丙烷聚碳酸酯

CAS编号：25037-45-0

化学结构：

2.1聚碳酸酯的物理性质

传密度：1.20－1.22 g/cm^3，线膨胀率：3.8×10 cm/cm°C，热变形温度：135°C ，低温-45°C。聚碳酸酯无色透明，耐热，抗冲击，阻燃BI级，在普通使用温度内都有良好的机械性能。同性能接近聚甲基丙烯酸甲酯相比，聚碳酸酯的耐冲击性能好，折射率高，加工性能好，不需要添加剂就具有UL94 V-0级阻燃性能。但是聚甲基丙烯酸甲酯相对聚碳酸酯价格较低，并可通过本体聚合的方法生产大型的器件。随着聚碳酸酯生产规模的日益扩大，聚碳酸酯同聚甲基丙烯酸甲酯之间的价格差异在日益缩小。不耐强酸，不耐强碱,改性可以耐酸耐碱。

聚碳酸酯的耐磨性差。一些用于易磨损用途的聚碳酸酯器件需要对表面进行特殊处理

2.2聚碳酸酯的化学性质

数聚碳酸酯耐弱酸，耐弱碱，耐中性油。聚碳酸酯不耐紫外光，不耐强碱。

PC是一种线型碳酸聚酯，分子中碳酸基团与另一些基团交替排列，这些基团可以是芳香族，可以是脂肪族，也可两者皆有。双酚A型PC是最重要的工业产品。

PC是几乎无色的玻璃态的无定形聚合物，有很好的光学性。PC高分子量树脂有很高的韧性，悬臂梁缺口冲击强度为600~900J/m，未填充牌号的热变形温度大约为130°C ，玻璃纤维增强后可使这个数值增加10°C 。PC的弯曲模量可达2400MPa以上，树脂可加工制成大的刚性制品。低于100°C 时，在负载下的蠕变率很低。PC有较好的耐水解性，但不能用于重复经受高压蒸汽的制品。

PC主要性能缺陷是耐水解稳定性不够高，对缺口敏感，耐有机化学品性，耐刮痕性较差，长期暴露于紫外线中会发黄。和其他树脂一样，PC容易受某些有机溶剂的浸浊。

3生产技术概况

自1898年Einhorn通过二羟基苯在吡啶溶液中进行光气化反应，首次合成出PC之后，在PC合成工艺的发展历程中，出现过很多合成方法，如低温溶液缩聚法、高温溶液缩聚法、吡啶法、部分吡啶法、光气界面缩聚法、熔融酯交换缩聚法、固相缩聚法等等，但迄今为止，实现工业规模生产的只有光气界面缩聚法和熔融酯交换缩聚法两种工艺。目前，PC生产技术主要有溶液光气法、界面缩聚光气法、酯交换熔融缩聚法和全非光气法，前两者统称为光气法。

3.1溶液光气法

网溶液光气法的工艺路线为：光气+双酚A(BPA)→PC。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，缺乏竞争力。

3.2界面缩聚光气法

界面缩聚光气法是目前工业上应用较为广泛的工艺，其与溶液光气法的主要不同在于：双酚A首先与氢氧化钠溶液反应生成双酚A钠盐，后加入二氯甲烷，通入光气，使物料在界面上聚合，生成低分子量PC，然后经缩聚分离得到高分子量PC产品。此工艺路线技术成熟，产品质量高，不用脱除溶剂，成本较低，适合大规模和连续生产，而且产品纯净、易加工、分子量高，能满足各种用途性能要求，在PC生产工艺中占绝对优势，目前世界上约有90%的PC生产采用该工艺。

近年来对该工艺的主要改进体现在环状齐聚物的开环聚合和后处理工艺方面。美国GE公司推出了环状低聚物开环聚合新工艺，不仅改善了产品的加工性能，而且成本有所降低，其关键步骤是制备环状低聚物。双酚A与光气反应生成双酚A-双氯甲酸酯，经水解缩合生成环状低聚物，再进一步缩合即得产品PC。此工艺比熔融缩聚更为实用，且为活性聚合，在较短时间内可制得比传统产品分子量高10倍的PC产品。

后处理工艺的主要改进是开发出将蒸发与沉析相结合，并配之以排气式挤出机的工艺路线，即将溶有PC的二氯甲烷溶液与甲苯蒸气以逆流方式在汽提塔去