PC tuščiavidurių lakštų ekstruzijos linija

Polikarbonato PC polimerizacijos metodų tyrimas ir rinkos analizė

Tuščiaviduris PClakštų ekstruzijos linijaPolikarbonatas (PC) yra polimeras, kurio molekulinėje grandinėje yra karbonato grupių, o molekulinės struktūros formulė parodyta formulėje.

PC yra beveik bespalvis, stiklinis, amorfinis polimeras, pasižymintis geromis optinėmis savybėmis, atsparumu karščiui, smūgiams, silpnoms rūgštims ir šarmams bei neutraliems aliejams. Didelės santykinės molekulinės masės PC pasižymi dideliu tvirtumu, tačiau yra mažai atsparus hidrolizei, jautrus skilimui, prastai atsparus įbrėžimams, jautrus tam tikriems organiniams tirpikliams, pagelsta dėl ilgalaikio ultravioletinių spindulių poveikio ir negali būti naudojamas gaminiams, kurie pakartotinai veikiami aukšto slėgio garais.

Pagal esterių grupės struktūrą PC galima suskirstyti į alifatinius, aromatinius, alifatinius-aromatinius ir kitus tipus, iš kurių alifatiniai ir alifatiniai-aromatiniai PC pasižymi prastesnėmis mechaninėmis savybėmis, ribojančiomis jų pritaikymą inžineriniuose plastikuose; iki šiol pramoniniu būdu buvo gaminamas tik aromatinis PC. Dėl savo struktūrinių ypatumų PC tapo vienu sparčiausiai augančių bendrųjų inžinerinių plastikų, pasižyminčių puikiomis bendrosiomis savybėmis, ir plačiai naudojamas elektronikos ir elektros prietaisų, lakštinių konteinerių, automobilių pramonės, medicinos prietaisų ir apsaugos įrangos srityse, taip pat sparčiai plečiasi į naujas sritis, tokias kaip aviacija ir kosmoso pramonė, optiniai komponentai ir optoelektroninė informacija.

Kompiuterių gamybos procesas

Šiuo metu yra trys PC gamybos procesai: fotodujų sąsajos polikondensacija (dar vadinama fotodujų metodu), išlydyto esterio mainų polikondensacija ir nefotodujinė išlydyto esterio mainų polikondensacija.

1. Fotodujų tarpfazinė polikondensacija

Pirma, CO gaunamas dalinai oksiduojant ir valant koksinę anglį arba mažai anglies turinčius alkanus, o vandeninis NaCl elektrolizuojamas, kad gautųsi Cl2 ir NaOH. Gautas CO reaguoja su Cl2, kad susidarytų žaliava fosgenas, kuris tarpfaziniu būdu kondensuojasi su BPA CH2Cl2 tirpale, kad susidarytų PC.

Be to, elektrolizės metu susidaręs NaOH reakcijos procese veikia kaip katalizatorius. Gautas PC tirpalas pirmiausia išgryninamas plaunant dideliu kiekiu vandens, tada įpilant heksano arba tolueno ir distiliuojant, kad būtų pašalinti tirpikliai, tokie kaip CH2Cl2, ir gaunamos PC granulės. Išdžiovintas PC granuliuojamas naudojant lydalo granuliatorių. Reakcija vykdoma atmosferos slėgyje, o po polikondensacijos reakcijos atskirtos medžiagos, centrifugavimo motininis tirpalas, dichlormetanas ir druskos rūgštis yra pakartotinai panaudojami.

Procesas yra brandus, produkto kokybė aukšta, nėra specialių žaliavos grynumo reikalavimų, reakcijos įranga yra gana paprasta ir gali būti vykdoma žemoje temperatūroje ir žemo slėgio sąlygomis, tačiau likę chlorido jonai paruošimo procese turės įtakos produkto kokybei. Be to, žaliava yra labai toksiškas fosgenas, kuris yra gana pavojingas, o susidarančių išmetamųjų dujų ir nuotekų kiekis yra didelis.

„GE (General Electric) Plastics“, „Bayer“ ir „Mitsubishi Chemical“ po apdorojimo proceso derina garinimą ir nusodinimą, kad tirpiklių ir nusodintuvų pagalba pašalintų tirpias priemaišas ir pagerintų valymo efektą.

2. Lydymosi esterio mainų polikondensacija
Lydalo esterio mainų polikondensacija yra pagrįsta fenolio žaliava. DPC pirmiausia paruošiamas tarpfazinės fotodujinimo reakcijos būdu, tada, esant katalizatoriams (pvz., ličio halogenidui, ličio hidroksidui, ličio aliuminio halogenidui ir boro hidroksidui ir kt.) ir priedams, oligomeras gaunamas esterio mainų reakcijos su bisfenoliu A būdu ir toliau polikondensacijos būdu, siekiant gauti PC produktus. Reakcijos procesas parodytas (3) lygtyje.

Šis procesas yra pigesnis nei fotodujų tarpfazinė polikondensacija, gana paprastas ir išskiria mažiau nuotekų bei dujų. Tačiau procese vis tiek reikia naudoti labai toksišką fosgeną ruošiant žaliavą DPC, o susidariusios Cl turinčios priemaišos gali deaktyvuoti šarminį katalizatorių per neutralizacijos reakcijas, sumažindamos PC našumą ir sukeldamos medžiagos pageltimą.

3. Nefosgeninio lydalo esterio mainų polikondensacijos metodas
1978 m. „GE Plastics“ pirmoji atskleidė fenolio oksidacinio karbonilinimo su CO ir O2 patentą, naudojant Pd kaip katalizatorių, siekiant gauti DPC, kuris vėliau buvo pakeistas BPA išlydytoje būsenoje, kad susidarytų PC, kaip parodyta (4) lygtyje.

Metanolio oksidacinio karbonilinimo su CO ir O2 procesą, kurio metu susidaro dimetilkarbonatas (DMC), pirmą kartą 1980 m. atskleidė Romano ir kt. DMC esterių mainų reakcijoje su fenoliu susidaro tolueno karbonatas (MPC), MPC disproporcionuojamas susidarant DPC, o DPC esterių mainų polikondensacijos reakcijoje su bisfenoliu A išlydytoje būsenoje susidaro PC produktai, kaip parodyta (5) formulėje.

1993 m. „GE Plastics“ tapo pramoninės PC gamybos lydere nefosgeniniu būdu, naudodama 25 000 t/metų našumo dviašį reaktorių, kurio žaliava yra CO₂.

CO2 yra netoksiška, nedegi, biologiškai atsinaujinanti žaliava, kurios aktyvumas yra mažesnis, palyginti su CO, tačiau ji taip pat gali būti naudojama kaip kopolimero monomeras PC gamybai. Kinijos „Ningbo Zhejiang Iron Dafeng Chemical Co., Ltd.“ savarankiškai sukūrė PC gamybos procesą be fosgeno, naudodama CO2 ir propileno oksidą kaip žaliavas, o dabartiniai metiniai gamybos pajėgumai yra 100 000 t. Japonijoje įsikūrusi „Asahi Kasei“ taip pat sukūrė PC gamybos procesą be fosgeno, naudojant CO2, kaip parodyta 2 paveiksle. Tai parodyta 2 paveiksle.
Procesas vykdomas bevandenėje aplinkoje (išskyrus aušinimo vandenį) nenaudojant jokių korozinių žaliavų. Šalutinius produktus metanolį ir fenolį galima perdirbti, o reakcijos proceso metu gaunami 2 produktai: aukštos kokybės PC ir didelio grynumo MEG, nesusidarant jokių atliekų ar nuotekų.
Procese nenaudojamos toksiškos medžiagos, pasižymi dideliu atominio panaudojimo koeficientu ir iš esmės neteršiama. Perteklinės žaliavos ir šalutiniai produktai gali būti perdirbami gamybos proceso metu, o tai veiksmingai kontroliuoja gamybos sąnaudas.

Kompiuterių rinka ir plėtros perspektyvos

Pastaraisiais metais, sparčiai vystantis ekonomikai ir plečiantis naujoms taikymo sritims, PC tapo viena sparčiausiai augančių inžinerinių plastikų rūšių, o pagrindiniai gamintojai susitelkę Jungtinėse Amerikos Valstijose, Vakarų Europoje ir Japonijoje, kur „Bayer“, „GE Plastics“, „Dow Chemical“ ir „Teijin“ kontroliuoja pasaulinę PC gamybą ir rinką.

2020 m. Azijos ir Ramiojo vandenyno regionas sudarys apie 72.6 % pasaulinės asmeninių kompiuterių paklausos, o Kinija tapo didžiausia pasaulyje asmeninių kompiuterių gamintoja ir vartotoja. Tvirtai remiant nacionalinei politikai, diegiant asmeninių kompiuterių technologijas bendrų įmonių forma ir nuolat tobulinant vidaus gamybos technologijas, buvo investuota į didelius asmeninių kompiuterių gamybos projektus, o tai labai padidino šalies asmeninių kompiuterių gamybos pajėgumus, todėl ši pramonė atvėrė naujas plėtros galimybes.

Techninės kliūtys asmeninių kompiuterių gamybos procesui yra gana didelės, o Kinija pradėjo vėlai. Iki 2015 m. visos vietinės asmeninių kompiuterių gamyklos buvo statomos bendrų įmonių arba technologijų diegimo būdu, o gamybos pajėgumai buvo labai koncentruoti. Nuo tada tokios įmonės kaip „Wanhua Chemical“ ir „Sichuan Zhonglan Guohua New Material“ sukūrė įvairias asmeninių kompiuterių sintezės technologijas su nepriklausomomis intelektinės nuosavybės teisėmis, kurios leido Kinijos asmeninių kompiuterių pramonei vystytis ir augti.

Šiuo metu pasaulyje nauji gamybos pajėgumai daugiausia sutelkti Kinijoje. 2019 m. Kinijos asmeninių kompiuterių gamybos pajėgumai siekė 1.66 mln. t, tai yra 31.74 % daugiau nei praėjusiais metais, o pajėgumų panaudojimo lygis siekė 58 %. 2020 m. Kinijos asmeninių kompiuterių gamybos pajėgumai padidėjo iki 2.44 mln. t/m., o gamyba padidėjo iki 1.185 mln. t.

Kompiuteriai buvo įtraukti į nacionalinę aukštųjų technologijų pramonę, pagrindines strategines besiformuojančias pramonės šakas ir dešimt pagrindinių sričių, aprašytų dokumente „Pagaminta Kinijoje 2025“. Skatinama nacionalinės politikos ir didžiulių investicijų į vidaus gamybos pajėgumus, būsimoje vidaus kompiuterių rinkoje pasiūla greičiausiai viršys paklausą, o konservatyviais skaičiavimais, iki 2023 m. Kinijoje bus pagaminta 2.41 mln. t/m kompiuterių gamybos pajėgumų, o iki to laiko bendra Kinijos kompiuterių gamybos apimtis sieks beveik 3.6 mln. t/m.

Palyginti su sparčiai augančiais asmeninių kompiuterių gamybos pajėgumais, paklausa nebuvo atsinaujinusi tuo pačiu metu. Apskritai asmeninių kompiuterių vartojimo augimas yra vangus, o pramonė įžengė į lėto vystymosi laikotarpį. Įprasti asmeniniai kompiuteriai pasižymi prastu atsparumu smūgiams ir cheminėms medžiagoms, todėl negali būti taikomi daugelyje sričių, tačiau techninės kliūtys, trukdančios gaminti aukštos klasės gaminius, yra didelės. Sparčiai plėsdamos gamybą, šalies įmonės turėtų gerinti savo gaminių kokybę ir keisti žemos klasės gaminių pertekliaus bei aukštos klasės gaminių trūkumo dilemą, kad galėtų augti ir vystytis aršioje rinkos konkurencijoje.

Iš trijų pagrindinių PC gamybos procesų nefosgeninis metodas yra neteršiantis aplinkos, nesukuriantis šalutinių produktų, mažos investicijos, geras efektyvumas ir aukšta gautų produktų kokybė, o tai neabejotinai bus būsima PC plėtros kryptis. Šiuo metu didelio grynumo DPC gamybos sąnaudas galima sumažinti kuriant efektyvius katalizatorius, be to, galima suprojektuoti didelio efektyvumo reaktorius taip, kad jie būtų tinkami didelio lydalo klampumo PC prepolimerų gamybai.

Nors Kinijoje asmeninių kompiuterių gamybos pajėgumai ir suvartojimas didėja, produktai paprastai yra pagrindinės medžiagos, daugiausia naudojamos pakuotėse, plėvelėse, lakštuose ir kt., o jų pritaikymas siauras ir pelnas mažas. Aukštos klasės produktai, naudojami automobilių, buitinės technikos, elektronikos gaminių ir kitose srityse, vis dar priklauso nuo bendrų įmonių ar užsienio įmonių. Toliau išlaisvinant gamybos pajėgumus, pasiūla ir paklausa pamažu artėja prie pusiausvyros, konkurencija asmeninių kompiuterių pramonėje stiprėja, o įmonės susiduria su dideliais iššūkiais. Ateities asmeninių kompiuterių pramonės plėtros kryptis – panaikinti aplinkai nekenksmingas technologijas, sumažinti asmeninių kompiuterių žaliavų gamybos sąnaudas, reguliuoti ir gerinti gaminių našumą, kurti didelio našumo produktus, mažinti įrenginių energijos suvartojimą, gerinti įrenginių konkurencingumą ir didinti nepriklausomų vietinių technologijų mokslinių tyrimų ir plėtros pajėgumus.