聚碳酸酯生产现状及国产化技术

浅谈聚碳酸酯生产现状及国产化技术

论文出处：网络录入日期：2009-2-17

（中国纺织工业设计院，2008陈久波，北京，100037）

摘要：论述了聚碳酸酯的生产工艺、生产现状及市场需求，简述了国产聚碳酸酯技术的工艺流程。

关键词：聚碳酸酯（PC）；市场；国产化；流程

聚碳酸酯(PC)树脂是一种性能优良的热塑性工程塑料，是当前用量最大的工程塑料之一，其高透明性和高抗冲击强度兼备的性能目前无其他材料可比。它具有特别好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、抑制细菌特性、阻燃特性以及抗污染性，耐热、吸水率低、无毒、介电性能优良，是五大工程塑料中唯一具有良好透明性的产品，也是近年来增长速度最快的通用工程塑料。

聚碳酸酯用途广泛，应用范围涵盖光学、电子电气、食品包装、办公自动化、挤出膜片、汽车、机械、医疗器械等众多领域，其中光学和电子电气是其最重要的两大市场，各占总消费量的近四分之一。电气电子市场主要是受以超薄型电视为主的数字家电液晶显示用高性能薄膜的需求量日益增长的推动；而数码相机、笔记本电脑、手机的壳体材料和液晶盘也需要采用增强型聚碳酸酯材料，液晶盘中的光导板、反射板、扩散板等部件则要求有一定的光学特性。另外汽车领域的应用正成为最具潜力的增长点之一，最初聚碳酸酯主要用于车灯透镜、合金材料等内外装饰，最近发展到在消音、减震等吸收材料等方面，进而扩展到敞篷车顶、后车窗等大型树脂玻璃部分。随着新用途不断开发，汽车对其需求量也在不断攀升。

1．生产工艺

聚碳酸酯（PC）生产方法主要有光气合成法和酯交换法两种。光气合成法在常温常压下进行，以双酚A为原料，使用光气、氢氧化钠和二氯甲烷为原料及反应助剂，此法工艺成熟，制得的产品相对分子量较大，产品质量较高，易于规模化和连续化生产，生产条件不高，经济性好，长期占据着聚碳酸酯生产的主导地位。但其流程较复杂，使用的原料光气有剧毒，溶剂需配套回收装置。酯交换法流程较简单，不需要使用溶剂，但生产要求高温高真空，并需带搅拌的特殊设备，老式酯交换法制得的产品相对分子量分布较宽，质量稍差。近年来世界各大公司纷纷研究非光气法生产路线，1993年非光气法工艺研究成功，并由GE塑料日本公司实现了工业化生产，该法以双酚A与碳酸二苯酯为原料。是一种符合环境要求的“绿色工艺”，已成为今后聚碳酸酯合成工艺的发展方向，预计未来在聚碳酸酯生产中将逐渐占据主导地位。目前世界各国主要采用光气合成法生产聚碳酸酯。

如今，聚碳酸酯已在从电子、航天等尖端科学到百姓日常生活的各个领域得到越来越广泛应用，发展聚碳酸酯工业具有强国富民的战略意义。近年来国内聚碳酸酯消费增长迅速，但几乎全部依赖进口，还没有依靠国产化技术建立大型的聚碳酸酯生产线，因此下大力气开发国产聚碳酸酯技术已到了刻不容缓的地步。一方面，应投入资金，加强我国已有一定基础的聚碳酸酯技术研究，争取在未来该领域的竞争中占有一席之地；另一方面，应尽快建造万吨级大型生产装置，否则该行业将全部被国外垄断。目前中科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已通过中科院鉴定，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。

2．生产现状及市场需求

二十一世纪以来聚碳酸酯的生产增长加速。2007年全球聚碳酸酯需求增长约6～8%，新增需求达20万吨。其中欧美日需求增加4～6%，日本以外的亚洲市场需求增长8～11%。亚洲尤其是中国将成为推动聚碳酸酯消费的主要力量。全球特别是我国聚碳酸酯投资不断，许多国际跨国公司前往中国设厂。全球聚碳酸酯的扩建潮始于2005年，美国通用电气(GE)在西班牙扩建14万吨/年装置、日本帝人化成在中国兴建一期5万吨/年装置，其它各大公司也陆续兴建聚碳酸酯装置，2005年世界生产能力突破300万吨/年大关，达到了325万吨/年。2006年全球PC生产能力比上年增加3%，达到334万t/a，其中亚洲136万t/a，占41%；美洲87万t/a，占26%；欧洲111万t/a，占33%，亚洲已成为世界聚

碳酸酯的生产中心。

2007年聚碳酸酯产能增长集中在亚洲，其中德国拜耳在上海建成11万吨/年装置，日本帝人在浙江的装置扩大到10万吨/年，LG-DOW 在韩国建成6.5万吨/年装置，台湾奇美建成6万吨/年装置。不少项目将在今明两年建成，其中包括：中石化三井合资上海12万吨/年装置，中石化三菱合资北京6万吨/年装置，三菱日本黑崎6万吨/年装置，帝人浙江3期6万吨/年装置，拜耳上海2期10万吨/年装置，LG-DOW韩国2期8万吨/年装置，台湾旭化成2期10万吨/年装置。

1995年以前聚碳酸酯在国内主要用于制备纺织业用沙管，占总消耗量的50％左右。1995年以后逐渐转向电子、电气、光盘、建筑、汽车工业等领域，需求量急剧增加。聚碳酸酯消费市场发展十分迅猛，1995年我国聚碳酸酯的消费量为4.2万吨，到2002年猛涨至34.3万吨，年均增长率高达35％左右，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。根据发达国家数据，聚碳酸酯在电子电气、汽车制造业中使用比例在40％～50％，目前我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我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。

我国原有10余家聚碳酸酯生产企业，目前能维持生产仅有3家，分别为常州合成化工总厂3000吨/年(光气法)、上海中联化工厂1200吨/年(酯交换法)、重庆长风化工厂1000吨/年(酯交换法)，总产能约5000吨/年，年产量不足千吨。与国外公司相比，不仅规模极小，而且技术落后，远远不能满足国内需求。由于国内产量极小，我国使用的聚碳酸酯主要从国外进口。

预计2010年世界聚碳酸酯需求量将达到400万吨，2015年需求量将达到515万吨。近年来，国内聚碳酸酯消费市场迅猛发展，在过去十年国内聚碳酸酯消费量平均增长高达30％以上，在世界绝无仅有。与国内聚碳酸酯消费市场迅速发展形成巨大反差的是，聚碳酸酯生产水平长期低下，装置规模小，生产技术落后，产品产量低、质量差。未来国内聚碳酸酯行业会有较大的变化。一是产能会有较大的增长，二是需求继续保持高速增长。预计2005～2010年间国内聚碳酸酯年均需求增长率约13.8％，2010年需求量将达到120万吨，2015年需求量将达到160

万吨。

3．国产聚碳酸酯技术

我国于1958年开发出酯交换法技术，1961年开发出光气合成法技术。我国为发展自己的聚碳酸酯材料工业，已对相关力量作了优势整合，建设我国自己的聚碳酸酯大型生产装置的条件已经形成。在国内，中蓝晨光化工研究院自二十世纪六十年代就进行聚碳酸酯技术的开发研究工作，并取得了很多成果，七十年代曾成功援助罗马尼亚建厂。而中国纺织工业设计院在聚酯技术的开发方面具有雄厚的实力，已经成功开发了20万吨/年聚酯技术。目前，由中国纺织工业设计院与中蓝晨光化工研究院共同开发的1万吨/年聚碳酸酯生产装置，采用先进的酯交换生产工艺，控制方案可靠，物耗及能耗低，产品质量达到先进水平。主要反应设备国产化，关键设备及仪表目前尚未满足要求的，考虑引进。其装置投资省、占地少、经济效益高，颇具有推广价值。

该国产化技术工艺流程简述如下：

3．1投料系统

日料仓中粉状的碳酸二苯酯（DPC）经过计量泵按一定的投料比率进入熔化釜。在160oC，1atm条件下，熔化4小时。然后，双酚A（BPA）粉末经计量泵进入熔化釜，粉料进入熔化的DPC中，继续搅拌2小时，至充分熔化。DPC和BPA熔体进入混合罐。在160oC，1atm下进一步搅拌至分子充分接触。再将催化剂加入DPC、BPA熔体中，经输送泵进入预反应器。

3．2酯交换反应

首先，在预反应器中熔体下进上出，形成层状柱推流（活塞流），随着温度由160oC至220oC分段升高，压力由66.67mbar降至40mbar。催化剂的活化能力充分引发。DPC和BPA熔体开始发生小分子间的酯交换反应。产生的苯酚气体从熔体中脱出，并同熔体一起进入第一酯交换反应器。

第一酯交换反应器采用塔式，其内部形式新颖，充分考虑到熔体的传质、传热的需要。熔体在220～235℃，40～66.7mbar下，反应1.5小时。第一酯交换反应器顶部配有苯酚回收冷却系统和水环喷射真空系统。将预反应器和第一酯交换反应器中产生的苯酚气体及时抽出，保证反应向正方向进行，同时保证反应器中的真空度。

所得熔体经低粘度输送泵进入第二酯交换反应器，熔体在235～250oC，13.33～26.67mbar，反应1.2～1.8小时。在充分搅拌下，酯交换反应完成并伴有缩聚反应。第二酯交换反应器顶部配有苯酚回收冷却系统和水环喷射真空系统。

3．3 缩聚反应

熔体出第二酯交换反应器后进入预缩聚反应器，预缩聚反应器中配有带圆孔的圆盘及搅拌浆，顶部配有苯酚回收冷却系统和水环喷射真空系统。在预缩聚反应器中温度升至280oC，压力降至1.33～6.67mbar。分子链不断增长，粘度增大。反应0.8～1.2小时之后，进入卧式带有螺旋推进浆的第一缩聚反应器。在第一缩聚反应器中，温度升至290oC，压力降至0.67mbar，反应0.7～1.0小时之后，分子量升至15000～18000。