Polykarbonát (PC) je molekulární řetězec obsahující uhličitanovou skupinu. Podle molekulární struktury s různými esterovými skupinami se dělí na alifatické, alicyklické a aromatické skupiny, z nichž nejpraktičtější je aromatická skupina, a nejdůležitější je polykarbonát typu bisfenolu A. Jeho průměrná molekulová hmotnost (Mw) se pohybuje v rozmezí 20 až 100 000.

Obrázek PC strukturní vzorec

Polykarbonát má dobrou pevnost, houževnatost, průhlednost, odolnost proti teplu a chladu, snadné zpracování, zpomalení hoření a další komplexní vlastnosti. Hlavními následnými aplikacemi jsou elektronické spotřebiče, plechy a automobilový průmysl. Tato tři odvětví představují přibližně 80 % spotřeby polykarbonátu. Další oblasti se používají v průmyslových strojních dílech, CD-ROM, obalech, kancelářských zařízeních, lékařství a zdravotní péči, filmech, volnočasových a ochranných pomůckách a mnoha dalších oblastech. Dosáhl široké škály uplatnění a stal se jedním z pěti nejrychleji rostoucích technických plastů.

V roce 2020 činila celosvětová výrobní kapacita počítačů přibližně 5,88 milionu tun, čínská výrobní kapacita počítačů 1,94 milionu tun ročně, což představuje produkci přibližně 960 000 tun. Zatímco zdánlivá spotřeba polykarbonátu v Číně v roce 2020 dosáhla 2,34 milionu tun, existuje rozdíl téměř 1,38 milionu tun, což je nutné dovážet ze zahraničí. Obrovská poptávka na trhu přilákala řadu investic do zvýšení produkce. Odhaduje se, že v Číně je ve výstavbě a zároveň se navrhuje mnoho projektů v oblasti počítačů. Tuzemská výrobní kapacita v příštích třech letech přesáhne 3 miliony tun ročně. Průmysl počítačů vykazuje zrychlený trend přesunu do Číny.

Jaké jsou tedy výrobní procesy PC? Jaká je historie vývoje PC doma i v zahraničí? Kteří jsou hlavní výrobci PC v Číně? Dále si to krátce probereme.

Tři hlavní metody výrobního procesu pro PC

Tři hlavní výrobní procesy v průmyslu osobních počítačů jsou metoda mezifázové polykondenzace s fotoplynem, tradiční metoda výměny roztaveného esteru a metoda výměny roztaveného esteru bez použití fotoplynu.
Obrázek Obrázek
1. Metoda mezifázové polykondenzace s fosgenem

Jedná se o reakci fosgenu s inertním rozpouštědlem a vodným roztokem bisfenolu A hydroxidu sodného za vzniku polykarbonátu s nízkou molekulovou hmotností a následnou kondenzací na polykarbonát s vysokou molekulovou hmotností. V určité době se touto metodou syntetizovalo asi 90 % průmyslových polykarbonátových produktů.

Výhodami metody mezifázové polykondenzace s fosgenem PC jsou vysoká relativní molekulová hmotnost, která může dosáhnout 1,5~2*105, a čisté produkty, dobré optické vlastnosti, lepší odolnost vůči hydrolýze a snadné zpracování. Nevýhodou je, že polymerizační proces vyžaduje použití vysoce toxického fosgenu a toxických a těkavých organických rozpouštědel, jako je methylenchlorid, které způsobují vážné znečištění životního prostředí.

Metoda výměny esterů v tavenině, známá také jako ontogenní polymerace, byla poprvé vyvinuta společností Bayer za použití roztaveného bisfenolu A a difenylkarbonátu (difenylkarbonátu, DPC) za vysoké teploty, vysokého vakua a přítomnosti katalyzátoru pro výměnu esterů, předkondenzaci a kondenzační reakci.

Podle použitých surovin v procesu DPC jej lze rozdělit na tradiční metodu výměny roztavených esterů (známou také jako nepřímá metoda fotoplynu) a metodu výměny roztavených esterů bez použití fotoplynu.

2. Tradiční metoda výměny roztaveného esteru

Je rozdělen do 2 kroků: (1) fosgen + fenol → DPC; (2) DPC + BPA → PC, což je nepřímý proces s fosgenem.

Proces je krátký, bez rozpouštědel a výrobní náklady jsou o něco nižší než u metody mezifázové kondenzace fosgenu, ale výrobní proces DPC stále používá fosgen a produkt DPC obsahuje stopová množství chloroformiátových skupin, což ovlivní konečnou kvalitu PC, což do jisté míry omezuje propagaci procesu.

3. Metoda výměny roztaveného esteru bez použití fosgenu

Tato metoda je rozdělena do 2 kroků: (1) DMC + fenol → DPC; (2) DPC + BPA → PC, kde se jako surovina používá dimethylkarbonát DMC a k syntéze DPC se používá fenol.

Fenol, vedlejší produkt získaný z esterové výměny a kondenzace, lze recyklovat do syntézy procesu DPC, čímž se dosahuje opětovného použití materiálu a dobré ekonomiky; díky vysoké čistotě surovin není nutné produkt sušit a prát a kvalita produktu je dobrá. Proces nepoužívá fosgen, je šetrný k životnímu prostředí a jedná se o zelený proces.

S národními požadavky na tři druhy odpadu petrochemických podniků. S rostoucími národními požadavky na bezpečnost a ochranu životního prostředí v petrochemických podnicích a s omezením používání fosgenu bude technologie výměny roztavených esterů bez fosgenu v budoucnu postupně nahrazovat metodu mezifázové polykondenzace jako směr rozvoje technologie výroby PC ve světě.