โพลีคาร์บอเนต (PC) เป็นสายโมเลกุลที่ประกอบด้วยหมู่คาร์บอเนต โดยโครงสร้างโมเลกุลจะมีหมู่เอสเทอร์ต่างกัน สามารถแบ่งได้เป็น อะลิฟาติก อะลิไซคลิก อะโรมาติก ซึ่งหมู่อะโรมาติกเป็นหมู่ที่มีประโยชน์ใช้สอยมากที่สุด และโพลีคาร์บอเนตชนิดบิสฟีนอลเอ ซึ่งเป็นหมู่ที่สำคัญที่สุด โดยมีน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ย (Mw) โดยทั่วไปอยู่ที่ 20,000-100,000

สูตรโครงสร้างภาพพีซี

โพลีคาร์บอเนตมีจุดแข็ง ความเหนียว ความโปร่งใส ทนความร้อนและความเย็นได้ดี ง่ายต่อการแปรรูป ทนไฟ และมีคุณสมบัติอื่นๆ ที่ครอบคลุม การใช้งานปลายน้ำหลักๆ ได้แก่ เครื่องใช้ไฟฟ้า แผ่นโลหะ และยานยนต์ อุตสาหกรรมทั้งสามนี้คิดเป็นประมาณ 80% ของการบริโภคโพลีคาร์บอเนต อุตสาหกรรมอื่นๆ ได้แก่ ชิ้นส่วนเครื่องจักรในอุตสาหกรรม ซีดีรอม บรรจุภัณฑ์ อุปกรณ์สำนักงาน การแพทย์และการดูแลสุขภาพ ฟิล์ม อุปกรณ์สันทนาการและป้องกัน และสาขาอื่นๆ อีกหลายสาขา ซึ่งยังมีการใช้งานในวงกว้าง และกลายเป็นหนึ่งในห้าพลาสติกวิศวกรรมในประเภทที่เติบโตเร็วที่สุด

ในปี 2563 กำลังการผลิตพีซีทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 5.88 ล้านตัน ขณะที่กำลังการผลิตพีซีของจีนอยู่ที่ 1.94 ล้านตันต่อปี หรือประมาณ 960,000 ตัน ขณะที่ปริมาณการใช้โพลีคาร์บอเนตในประเทศจีนในปี 2563 อยู่ที่ 2.34 ล้านตัน แต่ยังมีช่องว่างเกือบ 1.38 ล้านตัน จำเป็นต้องนำเข้าจากต่างประเทศ ความต้องการมหาศาลของตลาดได้ดึงดูดการลงทุนจำนวนมากเพื่อเพิ่มกำลังการผลิต คาดการณ์ว่าจะมีโครงการพีซีจำนวนมากที่กำลังอยู่ระหว่างการก่อสร้างและเสนอในจีนพร้อมกัน และกำลังการผลิตภายในประเทศจะสูงกว่า 3 ล้านตันต่อปีในอีกสามปีข้างหน้า ส่งผลให้อุตสาหกรรมพีซีมีแนวโน้มการถ่ายโอนไปยังจีนอย่างรวดเร็ว

แล้วกระบวนการผลิตพีซีมีอะไรบ้าง? ประวัติการพัฒนาพีซีทั้งในและต่างประเทศเป็นอย่างไร? ผู้ผลิตพีซีรายใหญ่ในจีนมีอะไรบ้าง? ต่อไปเราจะมาพูดถึงเรื่องหวีกันสั้นๆ

พีซีสามวิธีกระบวนการผลิตหลัก

วิธีโฟโตแก๊สคอนเดนเซชันแบบอินเทอร์เฟซ วิธีการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลวแบบดั้งเดิม และวิธีการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลวแบบไม่ใช้โฟโตแก๊ส เป็นสามกระบวนการผลิตหลักในอุตสาหกรรมพีซี
รูปภาพ รูปภาพ
1. วิธีฟอสจีนแบบโพลีคอนเดนเซชันที่ส่วนต่อประสาน

เป็นปฏิกิริยาระหว่างฟอสจีนกับตัวทำละลายเฉื่อยและสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ในน้ำของบิสฟีนอล เอ เพื่อผลิตโพลีคาร์บอเนตที่มีน้ำหนักโมเลกุลขนาดเล็ก จากนั้นควบแน่นเป็นโพลีคาร์บอเนตที่มีโมเลกุลสูง ในอดีต ผลิตภัณฑ์โพลีคาร์บอเนตในอุตสาหกรรมประมาณ 90% ได้รับการสังเคราะห์ด้วยวิธีนี้

ข้อดีของวิธี PC ฟอสจีนแบบคอนเดนเซชันแบบอินเทอร์เฟซ คือ มีน้ำหนักโมเลกุลสัมพัทธ์สูง ซึ่งสามารถมีค่าตั้งแต่ 1.5 ถึง 2 * 105 ขึ้นไป และผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์ มีคุณสมบัติทางแสงที่ดี ทนทานต่อการไฮโดรไลซิสได้ดี และง่ายต่อการแปรรูป ข้อเสียคือกระบวนการพอลิเมอไรเซชันต้องใช้ฟอสจีนที่มีพิษสูง และตัวทำละลายอินทรีย์ที่เป็นพิษและระเหยง่าย เช่น เมทิลีนคลอไรด์ ซึ่งก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมอย่างร้ายแรง

วิธีการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมละลาย หรือเรียกอีกอย่างว่าพอลิเมอไรเซชันออนโทเจนิก ได้รับการพัฒนาโดยบริษัท Bayer เป็นครั้งแรก โดยใช้บิสฟีนอลเอและไดฟีนิลคาร์บอเนตหลอมเหลว (ไดฟีนิลคาร์บอเนต, DPC) ที่อุณหภูมิสูง สุญญากาศสูง สถานะการมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์ การควบแน่นเบื้องต้น ปฏิกิริยาการควบแน่น

ตามวัตถุดิบที่ใช้ในกระบวนการ DPC สามารถแบ่งได้เป็นวิธีการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลวแบบดั้งเดิม (เรียกอีกอย่างว่าวิธีโฟโตแก๊สทางอ้อม) และวิธีการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลวแบบไม่ใช้โฟโตแก๊ส

2. วิธีการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลวแบบดั้งเดิม

แบ่งออกเป็น 2 ขั้นตอน: (1) ฟอสจีน + ฟีนอล → DPC; (2) DPC + BPA → PC 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

ฟีนอลที่ได้จากการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์และการควบแน่นสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ในกระบวนการสังเคราะห์ DPC ได้ ทำให้เกิดการนำวัสดุกลับมาใช้ใหม่และประหยัดต้นทุน เนื่องจากวัตถุดิบมีความบริสุทธิ์สูง ผลิตภัณฑ์จึงไม่จำเป็นต้องทำให้แห้งและล้าง อีกทั้งยังมีคุณภาพดี กระบวนการนี้ไม่ใช้ฟอสจีน เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และเป็นกระบวนการสีเขียว

ด้วยข้อกำหนดระดับชาติสำหรับของเสียสามประเภทของบริษัทปิโตรเคมีที่เพิ่มมากขึ้น ด้วยข้อกำหนดระดับชาติที่เพิ่มมากขึ้นเกี่ยวกับความปลอดภัยและการปกป้องสิ่งแวดล้อมของบริษัทปิโตรเคมี และข้อจำกัดในการใช้ฟอสจีน เทคโนโลยีการแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลวที่ไม่ใช่ฟอสจีนจะค่อย ๆ เข้ามาแทนที่วิธีการโพลีคอนเดนเซชันที่อินเทอร์เฟซในอนาคต ซึ่งเป็นทิศทางการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตพีซีในโลก