聚碳酸酯的合成技術及發展前景

呂海麗 刁春霞 陳 俊 徐鑑亮

(中國石化上海石油化工股份有限公司化工部，200540)

聚碳酸酯(雙酚A型聚碳酸酯)無味、無嗅、透明，是一種無定形熱塑性聚合物。

聚碳酸酯以沖擊強度高而著稱，具有突出的韌性、優異的電絕緣性、寬廣的溫度使用范圍、尺寸穩定性、較好的耐熱性能、良好的透明性和耐老化性能。正是這些優異的性能，聚碳酸酯被廣泛應用于電子電氣、建筑、醫療器械、汽車及家用電器等領域［1－2］。

1 聚碳酸酯的生產技術比較［3－7］

1.1 合成聚碳酸酯技術路線的比較

聚碳酸酯合成路線可分為兩種，即光氣法和非光氣法(熔融聚合工藝)，其中光氣法包括:間接光氣法(又稱酯交換熔融縮聚法)、直接光氣法(又稱溶液光氣法)和界面縮聚光氣法;非光氣法有:二氧化碳－甲醇法、液相甲醇羰基化法和氣相甲醇羰基化法。各合成路線的特點比較見表1。

表1 合成聚碳酸酯技術路線的比較

1.2 聚碳酸酯產品成本及投資回報率比較

光氣法雖然是傳統的聚碳酸酯生產技術，但是由于該技術路線投資大，且光氣又為劇毒產品，危險性極大，世界各國對光氣的生產與應用都有著嚴格的法律規定和限制。

界面縮聚光氣法是雙酚A與氫氧化鈉溶液反應生成雙酚A鈉鹽，然后加入光氣，使物料在界面上聚合，生成低相對分子質量的聚碳酸酯，再經過縮聚和分離得到高相對分子質量的聚碳酸酯。目前世界上大多數裝置采用這種工藝。

CO2－環氧乙烷－甲醇法合成聚碳酸酯的工藝中，環氧乙烷(EO)可以轉化為乙二醇(EG)，EG的選擇性很高，可以避免二乙二醇和三乙二醇的生成。甲醇可以轉化為碳酸二甲酯，不必增加原料費，整個工藝僅消耗EO、CO2、苯酚(PhOH)和丙酮(ACE)，屬于一項綠色環保技術，也是聚碳酸酯生產工藝的發展方向。

液相甲醇羰基化法是以PhOH、ACE、甲醇、CO和O2為原料，副產物少。該法基本無污染，也是綠色工藝，缺點是催化劑氯化銅對設備腐蝕嚴重，導致單元設備投資大、整體裝置投資高。

氣相甲醇羰基化法以甲醇和一氧化氮為原料，經氧化羰基制備DMC，DMC與PhOH酯交換合成DPC，再與雙酚A(BPA)熔融聚合制備聚碳酸酯。該工藝原料消耗額定低，能耗較液相甲醇羰基化法高，設備投資費用低和產品生產成本較低。但該工藝存在能耗高，且成熟的工業裝置生產規模小。不同工藝條件下聚碳酸酯產品成本及投資回報率的比較見表2。

表2 產品成本及投資回報率的比較 美元/t

2 聚碳酸酯市場前景［8］

2.1 全球聚碳酸酯的消費結構及市場需求

全球內聚碳酸酯在玻璃/片材、電子/電器、光盤光學儀器、汽車業等不同應用領域的需求情況見表3。預計2016年全球聚碳酸酯的需求量達4 199 kt。亞洲國家的需求量將超過全球總需求量的65%。

表3 全球聚碳酸酯不同領域的需求量及預測

2.2 國內聚碳酸酯的市場需求

聚碳酸酯無色透明，具備耐熱、抗沖擊和阻燃等特性，被廣泛用于電子電器、汽車和陽光板等眾多領域。電子/電器業(占29.0%)、光盤光學儀器業(21.5%)、玻璃/片材(21.0%)、復合材料/汽車業(9.8%)成為聚碳酸酯的主要市場。

近年聚碳酸酯合成工業發展較快，2003年世界聚碳酸酯生產能力為2 750 kt/a，2006年達到3 670 kt/a，2009年達到4 080 kt/a。2010年全球對聚碳酸酯的需求量為4 050 kt左右，預計2015年全球聚碳酸酯需求量達5 150 kt。

2012年來我國聚碳酸酯的消費量增加迅猛，雖然我國開展聚碳酸酯合成技術研發已近半個世紀，但聚碳酸酯合成工業仍然很薄弱，無法滿足國內需求。2007—2011年，進口量從1 021 kt增加到1 228 kt，平均進口增長率為16.8%，出口量從306 kt減少到238 kt;2010年，國內聚碳酸酯的表觀消費量約為1 189 kt。近年來國內聚碳酸酯的進出口量及均價統計見表4。

2012年國內聚碳酸酯的產能大約為685 kt/a，實際需求量為1 394 kt產能不能滿足國內的需求量。據預測，2016年國內聚碳酸酯的需求量達1 647 kt，約占全球的 39.2%，2016—2021 年聚碳酸酯的需求量將以年均5.4%的速率增長。

表5是國內聚碳酸酯的實際需求量、預測需求量和年度平均增長率情況。

表4 近年來國內聚碳酸酯的進出口量及均價統計

表5 國內聚碳酸酯不同領域的需求量及預測

3 結束語

(1)通過對聚碳酸酯生產路線合成的比較及分析可知，非光氣法合成聚碳酸酯具有一定的發展前景，是國內未來合成聚碳酸酯的發展趨勢。

(2)近幾年，國內經濟的持續發展造成對聚碳酸酯的需求量持續增加，國內生產能力的不足造成市場供不應求，多數產品依賴進口。因此，聚碳酸酯是一個具有一定發展前景的產品。

(3)新建聚碳酸酯裝置須考慮原料來源，避免有毒有害、易燃易爆的液體和氣體化工品的運輸;產品結構上，要求能滿足多層次不同領域的需求，大多數高附加值化工品種的技術復制速率非常快;新項目技術須充分考慮并適應環保與節能減排等方面政策的法規要求。

［1］岳曉東，何良年.聚碳酸酯的綠色合成工藝研究進展［J］.化學研究，2005，16(3):95 －97.

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［3］李小利，李貴賢.聚碳酸酯的合成工藝對比及進展分析［J］.天津化工，2009，23(5):12 －15.

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