โพลีคาร์บอเนต (PC) เป็นโซ่โมเลกุลที่ประกอบด้วยกลุ่มคาร์บอเนต ซึ่งตามโครงสร้างโมเลกุล โดยมีกลุ่มเอสเทอร์ต่างกัน สามารถแบ่งได้เป็น อะลิฟาติก อะลิไซคลิก อะโรมาติก ซึ่งกลุ่มอะโรมาติกมีค่าใช้งานได้จริงมากที่สุด และโพลีคาร์บอเนตประเภทบิสฟีนอลเอ ที่สำคัญที่สุด โดยมีน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยทั่วไป (Mw) ที่ 20-100,000

ภาพสูตรโครงสร้างพีซี

โพลีคาร์บอเนตมีความแข็งแรง ความเหนียว ความโปร่งใส ทนความร้อนและความเย็นได้ดี แปรรูปง่าย ทนไฟ และมีคุณสมบัติอื่นๆ ที่ครอบคลุม โดยการใช้งานหลักๆ ได้แก่ เครื่องใช้ไฟฟ้า แผ่นโลหะ และยานยนต์ ทั้งสามอุตสาหกรรมนี้คิดเป็นประมาณ 80% ของการบริโภคโพลีคาร์บอเนต ส่วนที่เหลือ ได้แก่ ชิ้นส่วนเครื่องจักรในอุตสาหกรรม ซีดีรอม บรรจุภัณฑ์ อุปกรณ์สำนักงาน การแพทย์และการดูแลสุขภาพ ฟิล์ม อุปกรณ์สันทนาการและป้องกัน และอีกหลายสาขา ซึ่งได้มีการนำไปใช้งานในวงกว้าง โดยกลายเป็นหนึ่งในห้าพลาสติกวิศวกรรมในประเภทที่เติบโตเร็วที่สุด

ในปี 2020 กำลังการผลิตพีซีทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 5.88 ล้านตัน กำลังการผลิตพีซีของจีนอยู่ที่ 1.94 ล้านตันต่อปี ผลิตได้ประมาณ 960,000 ตัน ในขณะที่การบริโภคโพลีคาร์บอเนตที่ชัดเจนในจีนในปี 2020 อยู่ที่ 2.34 ล้านตัน มีช่องว่างเกือบ 1.38 ล้านตัน จำเป็นต้องนำเข้าจากต่างประเทศ ความต้องการมหาศาลของตลาดดึงดูดการลงทุนจำนวนมากเพื่อเพิ่มการผลิต คาดว่าจะมีโครงการพีซีจำนวนมากที่อยู่ระหว่างการก่อสร้างและเสนอในจีนในเวลาเดียวกัน และกำลังการผลิตในประเทศจะเกิน 3 ล้านตันต่อปีในอีกสามปีข้างหน้า และอุตสาหกรรมพีซีแสดงให้เห็นถึงแนวโน้มการเร่งตัวของการถ่ายโอนไปยังจีน

แล้วกระบวนการผลิตพีซีมีอะไรบ้าง ประวัติการพัฒนาพีซีในและต่างประเทศเป็นอย่างไร ผู้ผลิตพีซีรายใหญ่ในจีนมีรายใดบ้าง ต่อไปนี้เราจะมาพูดถึงหวีกันสั้นๆ

พีซีสามวิธีกระบวนการผลิตหลัก

วิธีโฟโตแก๊สที่เกิดจากการควบแน่นของก๊าซที่ส่วนต่อประสาน วิธีการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลวแบบดั้งเดิม และวิธีการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลวแบบไม่ใช้โฟโตแก๊ส เป็นสามกระบวนการผลิตหลักในอุตสาหกรรมพีซี
รูปภาพ รูปภาพ
1. วิธีฟอสจีนแบบโพลีคอนเดนเซชันของส่วนต่อประสาน

เป็นปฏิกิริยาของฟอสจีนกับตัวทำละลายเฉื่อยและสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ในน้ำของบิสฟีนอลเอ เพื่อผลิตโพลีคาร์บอเนตที่มีมวลโมเลกุลเล็ก จากนั้นจึงควบแน่นเป็นโพลีคาร์บอเนตที่มีโมเลกุลสูง ครั้งหนึ่ง มีการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์โพลีคาร์บอเนตในอุตสาหกรรมประมาณ 90% ด้วยวิธีนี้

ข้อดีของวิธีฟอสจีนแบบคอนเดนเซชันแบบอินเทอร์เฟซ PC คือมีน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์สูง ซึ่งสามารถไปถึง 1.5~2*105 และผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์ คุณสมบัติทางแสงที่ดี ทนทานต่อการไฮโดรไลซิสที่ดีกว่า และง่ายต่อการประมวลผล ข้อเสียคือกระบวนการโพลีเมอไรเซชันต้องใช้ฟอสจีนที่มีพิษสูงและตัวทำละลายอินทรีย์ที่เป็นพิษและระเหยได้ เช่น เมทิลีนคลอไรด์ ซึ่งก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมอย่างร้ายแรง

วิธีการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์แบบหลอมละลาย ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าการเกิดพอลิเมอไรเซชันแบบออนโทเจนิก ได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกโดยบริษัท Bayer โดยใช้บิสฟีนอลเอที่หลอมละลายและไดฟีนิลคาร์บอเนต (ไดฟีนิลคาร์บอเนต, DPC) ที่อุณหภูมิสูง สุญญากาศสูง สถานะการมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์ การควบแน่นเบื้องต้น ปฏิกิริยาการควบแน่น

ตามวัตถุดิบที่ใช้ในกระบวนการ DPC สามารถแบ่งได้เป็นวิธีการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลวแบบดั้งเดิม (เรียกอีกอย่างว่าวิธีการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลวแบบทางอ้อม) และวิธีการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลวแบบไม่ใช้โฟโตแก๊ส

2. วิธีการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลวแบบดั้งเดิม

แบ่งออกเป็น 2 ขั้นตอน: (1) ฟอสจีน + ฟีนอล → ดีพีซี; (2) ดีพีซี + บีพีเอ → พีซี ซึ่งเป็นกระบวนการฟอสจีนทางอ้อม

กระบวนการนี้สั้น ปราศจากตัวทำละลาย และต้นทุนการผลิตต่ำกว่าวิธีฟอสจีนควบแน่นที่ส่วนต่อประสานเล็กน้อย แต่กระบวนการผลิตของ DPC ยังคงใช้ฟอสจีน และผลิตภัณฑ์ DPC มีกลุ่มคลอโรฟอร์เมตในปริมาณเล็กน้อย ซึ่งจะส่งผลต่อคุณภาพผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของ PC ซึ่งจำกัดการส่งเสริมกระบวนการในระดับหนึ่ง

3. วิธีการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลวที่ไม่ใช่ฟอสจีน

วิธีการนี้แบ่งออกเป็น 2 ขั้นตอน: (1) DMC + ฟีนอล → DPC; (2) DPC + BPA → PC ซึ่งใช้ไดเมทิลคาร์บอเนต DMC เป็นวัตถุดิบและฟีนอลในการสังเคราะห์ DPC

ฟีนอลผลพลอยได้ที่ได้จากการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์และการควบแน่นสามารถนำกลับมาใช้ใหม่เพื่อสังเคราะห์กระบวนการ DPC ได้ ทำให้สามารถนำวัสดุกลับมาใช้ใหม่และประหยัดต้นทุนได้ดี เนื่องจากวัตถุดิบมีความบริสุทธิ์สูง จึงไม่จำเป็นต้องทำให้แห้งและล้างผลิตภัณฑ์ และคุณภาพของผลิตภัณฑ์ก็ดี กระบวนการนี้ไม่ใช้ฟอสจีน เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และเป็นกระบวนการสีเขียว

ด้วยข้อกำหนดระดับชาติสำหรับของเสียสามประเภทของบริษัทปิโตรเคมี ที่เพิ่มมากขึ้น ด้วยข้อกำหนดระดับชาติที่เพิ่มมากขึ้นเกี่ยวกับความปลอดภัยและการปกป้องสิ่งแวดล้อมของบริษัทปิโตรเคมี และการจำกัดการใช้ฟอสจีน เทคโนโลยีการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลวที่ไม่ใช่ฟอสจีนจะค่อย ๆ เข้ามาแทนที่วิธีการโพลีคอนเดนเซชันของส่วนต่อประสานในอนาคต ซึ่งเป็นทิศทางการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตพีซีทั่วโลก