聚碳酸酯的合成技术及发展前景

2013-09-07吕海丽刁春霞徐鑑亮

石油化工技术与经济 2013年2期

关键词：光气羰基化聚碳酸酯

吕海丽刁春霞陈俊徐鑑亮

(中国石化上海石油化工股份有限公司化工部，200540)

聚碳酸酯(双酚A型聚碳酸酯)无味、无嗅、透明，是一种无定形热塑性聚合物。

聚碳酸酯以冲击强度高而著称，具有突出的韧性、优异的电绝缘性、宽广的温度使用范围、尺寸稳定性、较好的耐热性能、良好的透明性和耐老化性能。正是这些优异的性能，聚碳酸酯被广泛应用于电子电气、建筑、医疗器械、汽车及家用电器等领域［1－2］。

1 聚碳酸酯的生产技术比较［3－7］

1.1 合成聚碳酸酯技术路线的比较

聚碳酸酯合成路线可分为两种，即光气法和非光气法(熔融聚合工艺)，其中光气法包括:间接光气法(又称酯交换熔融缩聚法)、直接光气法(又称溶液光气法)和界面缩聚光气法;非光气法有:二氧化碳－甲醇法、液相甲醇羰基化法和气相甲醇羰基化法。各合成路线的特点比较见表1。

表1 合成聚碳酸酯技术路线的比较

1.2 聚碳酸酯产品成本及投资回报率比较

光气法虽然是传统的聚碳酸酯生产技术，但是由于该技术路线投资大，且光气又为剧毒产品，危险性极大，世界各国对光气的生产与应用都有着严格的法律规定和限制。

界面缩聚光气法是双酚A与氢氧化钠溶液反应生成双酚A钠盐，然后加入光气，使物料在界面上聚合，生成低相对分子质量的聚碳酸酯，再经过缩聚和分离得到高相对分子质量的聚碳酸酯。目前世界上大多数装置采用这种工艺。

CO2－环氧乙烷－甲醇法合成聚碳酸酯的工艺中，环氧乙烷(EO)可以转化为乙二醇(EG)，EG的选择性很高，可以避免二乙二醇和三乙二醇的生成。甲醇可以转化为碳酸二甲酯，不必增加原料费，整个工艺仅消耗EO、CO2、苯酚(PhOH)和丙酮(ACE)，属于一项绿色环保技术，也是聚碳酸酯生产工艺的发展方向。

液相甲醇羰基化法是以PhOH、ACE、甲醇、CO和O2为原料，副产物少。该法基本无污染，也是绿色工艺，缺点是催化剂氯化铜对设备腐蚀严重，导致单元设备投资大、整体装置投资高。

气相甲醇羰基化法以甲醇和一氧化氮为原料，经氧化羰基制备DMC，DMC与PhOH酯交换合成DPC，再与双酚A(BPA)熔融聚合制备聚碳酸酯。该工艺原料消耗额定低，能耗较液相甲醇羰基化法高，设备投资费用低和产品生产成本较低。但该工艺存在能耗高，且成熟的工业装置生产规模小。不同工艺条件下聚碳酸酯产品成本及投资回报率的比较见表2。

表2 产品成本及投资回报率的比较美元/t

2 聚碳酸酯市场前景［8］

2.1 全球聚碳酸酯的消费结构及市场需求

全球内聚碳酸酯在玻璃/片材、电子/电器、光盘光学仪器、汽车业等不同应用领域的需求情况见表3。预计2016年全球聚碳酸酯的需求量达4 199 kt。亚洲国家的需求量将超过全球总需求量的65%。

表3 全球聚碳酸酯不同领域的需求量及预测

2.2 国内聚碳酸酯的市场需求

聚碳酸酯无色透明，具备耐热、抗冲击和阻燃等特性，被广泛用于电子电器、汽车和阳光板等众多领域。电子/电器业(占29.0%)、光盘光学仪器业(21.5%)、玻璃/片材(21.0%)、复合材料/汽车业(9.8%)成为聚碳酸酯的主要市场。

近年聚碳酸酯合成工业发展较快，2003年世界聚碳酸酯生产能力为2 750 kt/a，2006年达到3 670 kt/a，2009年达到4 080 kt/a。2010年全球对聚碳酸酯的需求量为4 050 kt左右，预计2015年全球聚碳酸酯需求量达5 150 kt。

2012年来我国聚碳酸酯的消费量增加迅猛，虽然我国开展聚碳酸酯合成技术研发已近半个世纪，但聚碳酸酯合成工业仍然很薄弱，无法满足国内需求。2007—2011年，进口量从1 021 kt增加到1 228 kt，平均进口增长率为16.8%，出口量从306 kt减少到238 kt;2010年，国内聚碳酸酯的表观消费量约为1 189 kt。近年来国内聚碳酸酯的进出口量及均价统计见表4。

2012年国内聚碳酸酯的产能大约为685 kt/a，实际需求量为1 394 kt产能不能满足国内的需求量。据预测，2016年国内聚碳酸酯的需求量达1 647 kt，约占全球的 39.2%，2016—2021 年聚碳酸酯的需求量将以年均5.4%的速率增长。

表5是国内聚碳酸酯的实际需求量、预测需求量和年度平均增长率情况。