Línea de extrusión de láminas huecas para PC

Investigación y análisis de mercado de métodos de polimerización para policarbonato PC

PC huecolínea de extrusión de láminas：El policarbonato (PC) es un polímero que contiene grupos carbonato en la cadena molecular, la fórmula de estructura molecular se muestra en la fórmula.

El PC es un polímero amorfo, vítreo y casi incoloro con buenas propiedades ópticas, resistencia al calor, resistencia al impacto, resistencia a ácidos y álcalis débiles y aceites neutros. El PC de masa molecular relativa alta tiene alta tenacidad, pero es poco resistente a la hidrólisis, sensible al astillado, poco resistente al rayado, susceptible a ciertos solventes orgánicos, amarillea con la exposición prolongada a la luz ultravioleta y no se puede utilizar para productos sometidos repetidamente a vapor a alta presión.

El PC se puede dividir en alifático, aromático, alifático-aromático y otros tipos según la estructura del grupo éster, entre los cuales el PC alifático y alifático-aromático tienen propiedades mecánicas inferiores, lo que limita su aplicación en plásticos de ingeniería; hasta ahora solo el PC aromático se ha producido industrialmente. Debido a sus peculiaridades estructurales, el PC se ha convertido en uno de los plásticos de ingeniería general de más rápido crecimiento con un excelente rendimiento general y se usa ampliamente en los campos de la electrónica y los electrodomésticos, los contenedores de láminas, la industria automotriz, los dispositivos médicos y los equipos de protección, y se está expandiendo rápidamente a nuevos campos como la industria aeroespacial y la aviación, los componentes ópticos y la información optoelectrónica.

Proceso de producción de PC

En la actualidad, existen tres procesos de producción de PC, a saber, policondensación de interfaz de fotogás (también conocida como método de fotogás), policondensación de intercambio de éster fundido y policondensación de intercambio de éster fundido sin fotogás.

1.Policondensación interfacial de fotogas

En primer lugar, el CO se obtiene por oxidación parcial y purificación de carbón de coque o alcanos con bajo contenido de carbono, mientras que el NaCl acuoso se electroliza para obtener Cl2 y NaOH. El CO resultante reacciona con Cl2 para producir la materia prima fosgeno, que sufre una condensación interfacial con BPA en solución de CH2Cl2 para producir PC.

Además, el NaOH producido por la electrólisis sirve como catalizador en el proceso de reacción. La solución de PC obtenida se purifica primero lavándola con grandes cantidades de agua, luego se agrega hexano o tolueno y se destila para eliminar los solventes como CH2Cl2 para obtener pellets de PC. El PC seco se granula utilizando un granulador de fusión. La reacción se lleva a cabo a presión atmosférica y los materiales separados después de la reacción de policondensación, el licor madre de la centrifugación, el diclorometano y el ácido clorhídrico se reciclan.

El proceso es maduro, la calidad del producto es alta, no hay requisitos especiales para la pureza de la materia prima, el equipo de reacción es relativamente simple y se puede llevar a cabo en condiciones de baja temperatura y baja presión, pero los iones de cloruro residuales en el proceso de preparación tendrán un impacto en la calidad del producto. Además, la materia prima es el fosgeno altamente tóxico, que es relativamente peligroso, mientras que la cantidad de gases residuales y aguas residuales generadas es grande.

GE (General Electric) Plastics, Bayer y Mitsubishi Chemical combinan la evaporación y la precipitación en el proceso de postratamiento para eliminar impurezas solubles con la ayuda de disolventes y precipitantes y mejorar el efecto de purificación.

2. Policondensación por intercambio de ésteres fundidos
La policondensación de intercambio de éster fundido se basa en fenol como materia prima, el DPC se prepara primero mediante una reacción de fotogasificación interfacial, luego en presencia de catalizadores (como haluro de litio, hidróxido de litio, haluro de litio y aluminio e hidróxido de boro, etc.) y aditivos, luego el oligómero se obtiene mediante una reacción de intercambio de éster con bisfenol A y una policondensación adicional para obtener productos de PC, el proceso de reacción se muestra en la ecuación (3).

El proceso es menos costoso que la policondensación interfacial de fotogas y es relativamente simple y produce menos aguas residuales y gases. Sin embargo, el proceso aún requiere el uso de fosgeno altamente tóxico en la preparación de la materia prima DPC, y las impurezas resultantes que contienen Cl pueden desactivar el catalizador alcalino a través de reacciones de neutralización, reduciendo el rendimiento de la PC y haciendo que el material se vuelva amarillo.

3. Método de policondensación por intercambio de ésteres fundidos sin fosgeno
En 1978, GE Plastics divulgó por primera vez una patente para la carbonilación oxidativa de fenol con CO y O2 usando Pd como catalizador para producir DPC, que luego se intercambió con BPA en estado fundido para formar PC, como se muestra en la ecuación (4).

El proceso de carbonilación oxidativa de metanol con CO y O2 para formar carbonato de dimetilo (DMC) fue divulgado por primera vez por Romano et al. en 1980. Luego, el DMC se sometió a una reacción de intercambio de éster con fenol para formar carbonato de tolueno (MPC), el MPC se desproporcionó para formar DPC y el DPC se sometió a una reacción de policondensación de intercambio de éster con bisfenol A en estado fundido para producir productos de PC, como se muestra en la fórmula (5).

En 1993, GE Plastics asumió el liderazgo en la producción industrial de PC mediante un proceso sin fosgeno utilizando un reactor biaxial con una capacidad de 25,000 t/a utilizando CO como materia prima.

El CO2 es una materia prima no tóxica, no inflamable y biorenovable, y su actividad es menor en comparación con el CO, pero también se puede utilizar como monómero de copolímero para producir PC. Ningbo Zhejiang Iron Dafeng Chemical Co., Ltd. en China ha desarrollado de forma independiente un proceso de producción de PC con un método sin fosgeno utilizando CO2 y óxido de propileno como materias primas, y la capacidad de producción anual actual es de 100,000 t. Asahi Kasei en Japón también ha desarrollado un proceso para la producción de PC por un método sin fosgeno utilizando CO2, como se muestra en la Figura 2. Esto se muestra en la Figura 2.
El proceso se lleva a cabo en un entorno anhidro (excepto el agua de refrigeración) sin utilizar materias primas corrosivas. Los subproductos metanol y fenol se pueden reciclar y el proceso de reacción produce 2 productos de PC de alta calidad y MEG de alta pureza sin generar residuos ni efluentes.
El proceso no utiliza sustancias tóxicas, tiene un alto índice de utilización atómica y es básicamente libre de contaminación. Las materias primas sobrantes y los subproductos se pueden reciclar durante el proceso de producción, lo que permite controlar eficazmente los costes de producción.

Perspectivas de desarrollo y mercado de PC

En los últimos años, con el rápido desarrollo de la economía y la expansión de nuevas aplicaciones, el PC se ha convertido en uno de los plásticos de ingeniería de más rápido crecimiento, con los principales productores concentrados en Estados Unidos, Europa Occidental y Japón, donde Bayer, GE Plastics, Dow Chemical y Teijin controlan la producción y el mercado mundial de PC.

En 2020, la región de Asia y el Pacífico representará alrededor del 72.6% de la demanda mundial de PC, y China se ha convertido en el mayor productor y consumidor de PC del mundo. Con el fuerte apoyo de las políticas nacionales y la introducción de tecnología de PC en forma de empresas conjuntas y la maduración continua de la tecnología de producción de desarrollo propio nacional, se han invertido importantes proyectos de producción de PC, lo que ha aumentado enormemente la capacidad de producción de PC nacional, de modo que esta industria ha marcado el comienzo de nuevas oportunidades de desarrollo.

Las barreras técnicas para el proceso de producción de PC son relativamente altas y China comenzó tarde. Antes de 2015, todas las plantas de producción de PC nacionales se construían mediante empresas mixtas o introducían tecnología, y la capacidad de producción estaba altamente concentrada. Desde entonces, empresas como Wanhua Chemical y Sichuan Zhonglan Guohua New Material han desarrollado varias tecnologías de síntesis de PC con derechos de propiedad intelectual independientes, lo que ha permitido que la industria de PC de China se desarrolle y crezca.

En la actualidad, la nueva capacidad de producción mundial se concentra principalmente en China. En 2019, la capacidad de producción de PC de China fue de 1.66 millones de toneladas, un aumento del 31.74% interanual, con una tasa de utilización de la capacidad del 58%. En 2020, la capacidad de producción de PC de China aumentó a 2.44 millones de toneladas por año y la producción aumentó a 1.185 millones de toneladas.

El PC se ha incluido en la industria nacional de alta tecnología, las industrias emergentes estratégicas clave y las diez áreas clave descritas en "Made in China 2025". Alentado por las políticas nacionales y la inversión masiva en capacidad de producción nacional, el futuro mercado interno de PC está destinado a mostrar una situación en la que la oferta supere la demanda, con una estimación conservadora de 2.41 millones de t/a de capacidad de producción de PC que se liberarán en China para 2023, momento en el que la capacidad de producción total de PC de China estará cerca de los 3.6 millones de t/a.

En comparación con el rápido crecimiento de la capacidad de producción de PC, la demanda descendente no se ha liberado simultáneamente. En general, el crecimiento del consumo de PC es lento y la industria ha entrado en un período de bajo desarrollo. El PC común tiene poca resistencia al impacto y a los productos químicos y no se puede aplicar en muchos campos, pero las barreras técnicas para la producción de productos de alta gama son altas. Al tiempo que expanden la producción a alta velocidad, las empresas nacionales deben fortalecer la calidad de sus productos y cambiar el dilema del exceso de productos de gama baja y la falta de productos de alta gama para crecer y desarrollarse en la feroz competencia del mercado.

Entre los tres principales procesos de producción de PC, el método sin fosgeno no contamina el medio ambiente, no genera subproductos, requiere una inversión reducida, es eficiente y los productos resultantes son de alta calidad, lo que sin duda será la dirección de desarrollo futura del PC. En la actualidad, el costo de producción de DPC de alta pureza se puede reducir mediante el desarrollo de catalizadores eficientes y, además, se pueden diseñar reactores de alta eficiencia para que sean adecuados para la producción de prepolímeros de PC con alta viscosidad de fusión.

Aunque la capacidad de producción y el consumo de PC en China están aumentando, los productos son generalmente materiales básicos, utilizados principalmente en embalajes, películas y láminas, etc., con aplicaciones limitadas y bajos beneficios. Los productos de alta gama utilizados en automoción, electrodomésticos, productos electrónicos y otros campos todavía dependen de empresas mixtas o empresas extranjeras. Con la mayor liberación de la capacidad de producción, la oferta y la demanda se están acercando gradualmente al equilibrio, la competencia en la industria de PC se está intensificando y las empresas se enfrentan a grandes desafíos. Eliminar las tecnologías no respetuosas con el medio ambiente, reducir el coste de producción de las materias primas de PC, regular y mejorar el rendimiento de los productos, desarrollar productos de alto rendimiento, reducir el consumo de energía de los dispositivos, mejorar la competitividad de los dispositivos y aumentar la fuerza de investigación y desarrollo independiente de la tecnología nacional es la dirección futura del desarrollo de la industria de PC.