聚碳酸酯生产技术及其在建筑行业的应用

杨 震

（河南工业贸易职业学院，河南 郑州 451191）

聚碳酸酯是一种主链含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据碳酸酯基的结构可分为脂肪族聚碳酸酯和芳香族聚碳酸酯，这两类聚碳酸酯的合成技术、性能和应用领域都有很大的差别。工业化生产的聚碳酸酯通常指芳香族聚碳酸酯，由于其具有优异的透光性能、抗冲击性能、隔热性、阻燃性、隔音性、耐蠕变性能、耐疲劳性等，广泛用于汽车、航空、电子电器、医疗器械、光盘、建筑等领域，已成为增长速率最快的通用工程塑料［1-2］。

1 聚碳酸酯的合成技术

依据聚碳酸酯合成技术的发展历程，先后产生了溶液光气法、界面缩聚法、熔融酯交换法等合成技术。其中，溶液光气法因生产成本高、经济性差、污染大等原因已不适用于工业化生产而被淘汰。目前，工业生产上广泛使用的合成方法为界面缩聚法和熔融酯交换法，按使用原料又可分为光气法和非光气法［1，3-4］。

1.1 界面缩聚法

界面缩聚法是美国通用电气公司在1958年首次实现了工业化合成聚碳酸酯的方法。在常温常压条件下，双酚A先与氢氧化钠溶液反应生成双酚A钠盐溶液，加入二氯甲烷，恒速通入光气，在氢氧化钠溶液和二氯甲烷溶液界面上物料发生光气化反应，生成低相对分子质量聚碳酸酯，再经缩聚反应得到高相对分子质量聚碳酸酯，洗涤，沉淀，过滤，干燥，造粒得到最终产品［1-4］。

1.2 熔融酯交换法

熔融酯交换法，也叫本体聚合法，是一种间接光气法工艺，最早由德国拜耳公司设计。该工艺以苯酚为原料，经界面光气化反应生成碳酸二苯酯（DPC），在高温、高真空及微量催化剂、添加剂条件下，DPC与双酚A进行酯交换反应生成低聚物，再经缩聚得到高相对分子质量聚碳酸酯［1-5］。

1.3 非光气熔融酯交换法

非光气熔融酯交换法是在熔融酯交换法的基础上发展起来的，以碳酸二甲酯为原料与苯酚反应得到DPC，在熔融状态下与双酚A进行酯交换、缩聚制备聚碳酸酯。非光气熔融酯交换法的关键技术来源于意大利埃尼公司成功开发的甲醇液相氧化羰化合成碳酸二甲酯技术，将其与苯酚酯交换得到DPC。美国通用电气公司采用该技术，在日本千叶工厂建成非光气熔融酯交换法合成装置，实现了非光气法生产聚碳酸酯的生产目标［1-5］。

1.4 其他生产方法

巴斯夫欧洲公司［6］研发了一种由环状单硫代碳酸酯合成聚碳酸酯的方法。三乙醇胺与1,1,1-三甲基丙烷混合，在搅拌条件下加入2-丙烯酸-2-甲基-（2-氧代-1,3-氧杂硫杂戊环-5-基）甲酯，将温度升至50 ℃，直至获得均匀的混合物。将混合物保持在50 ℃以下进行固化，3 h后混合物变成固体橡胶状聚合物，72 h后，得到聚碳酸酯。该制备方法没有缩合副产物（如水或醇），所得聚碳酸酯具有优异的力学性能、光学性能、耐化学药品腐蚀性能，还有易于进行化学反应的官能团，使聚碳酸酯易于改性和交联。

中国科学院过程工程研究所［7］提供了一种由二氧化碳制备聚碳酸酯的方法。双金属氰化物催化剂与助催化剂协同使用，双金属氰化物中金属离子参与活性种的形成，将环氧丁烷与二氧化碳结合起来，而助催化剂起辅助作用，促进环氧丁烷的开环聚合，制备聚碳酸酯。该方法降低了副反应的发生概率，提高了单体转化率，反应条件温和，不需要保证无水无氧条件就有较好的效果。

宁波浙铁大风化工有限公司［8］研究了生物基聚碳酸酯的制备方法，将异艾杜醇、DPC和钛系催化剂置于反应釜中混合，在搅拌条件下升温到228～240 ℃，随后在真空环境中（＜5 kPa）保温反应5.0～6.5 h，反应终止，得到生物基聚碳酸酯。该方法是熔融异艾杜醇与熔融DPC在钛系催化剂作用下通过酯交换反应进行链增长，能高效地合成高相对分子质量的生物基聚碳酸酯，因异艾杜醇对环境无害，其合成的生物基聚碳酸酯生物毒性相对较低，有助于扩大其应用领域。

2 聚碳酸酯在建筑行业的应用

聚碳酸酯在建筑行业的应用十分广泛。由于其具有透光性良好、抗冲击性能较高、隔热性能及化学稳定性好等特点，因此，聚碳酸酯被用于替代传统的建筑材料，特别是替代玻璃广泛应用于体育场馆、火车站、机场、车站、工业厂房、大型市场、高端农业温室、生态餐厅等大面积建筑物采光屋顶。由于聚碳酸酯“轻质高强”，弥补了玻璃自重大、易碎特点，结合其安全性高、安装简便、可设计性强等优势，在现代建筑行业占据一席之地。随着聚碳酸酯板材生产工艺和生产技术的提升，其作为一种新型材料在建筑物立面幕墙、室内隔断、风障条、隔音屏障等方面注入了许多新的建筑元素［9-11］。

聚碳酸酯板运用在建筑外墙上，为整个建筑营造出与众不同的效果。聚碳酸酯的运用让建筑在空间利用、保温、防火、抗冲击、环保等方面达到了良好的效果。利用聚碳酸酯质轻、强度高的特点，既降低了结构荷载，又节省了材料成本，安全性能也极大加强。聚碳酸酯良好的气密性和水密性能够保护建筑物因气候潮湿所带来的损坏。

安徽坤涂新材料科技有限公司［12］研发了一种耐磨聚碳酸酯玻璃板生产工艺，将聚碳酸酯、乙烯基聚倍半硅氧烷、抗氧化剂和润滑剂混合均匀，通过挤压机挤出造粒，注入预热的模具，经注塑成型得到聚碳酸酯基板，将其置于烘箱中，在100 ℃条件下保温15 min，升至118 ℃，保温35 min，再冷却至60 ℃，用乙醇或异丙醇进行超声清洗，经自然风干或烘干，将含有改性硼硅氧烷的改性硅树脂加入复合溶剂，搅拌30 min后，再加入固化剂、聚己二酸-1,4-丁二酯搅拌均匀制得的耐磨涂料涂覆于处理后的聚碳酸酯基板外表面，于80～110 ℃固化3～5 min，得到一种耐磨聚碳酸酯玻璃板。聚碳酸酯基板生产过程中加入乙烯基聚倍半硅氧烷，可以提高聚碳酸酯基板的阻燃性能，同时提高聚碳酸酯基板与涂层的黏合性能；选用改性硅树脂作为耐磨层的涂料，利用了改性硼硅氧烷链段优异的黏弹性，提高了硅树脂涂膜的附着力和涂膜的弹性，同时，改性聚硼硅烷的引入，使改性硅树脂含有含氟支链，提高了改性硅树脂涂膜的耐水性和耐溶剂性能。

上海品诚控股集团有限公司［13］将碳纳米管、纳米红外线吸收剂、抗氧剂、润滑剂和部分含硅聚碳酸酯共聚物混合，通过熔融混炼设备挤出造粒，制得母粒；将母粒、异山梨醇基聚碳酸酯、剩余含硅聚碳酸酯共聚物、光稳定剂、紫外线吸收剂、色粉混合，通过熔融混炼设备挤出造粒，制得组合物薄膜层，将薄膜层涂覆于聚碳酸酯实心板基材上，得到了一种应用于户外的聚碳酸酯实心板。该聚碳酸酯实心板具有长期的紫外线稳定性、耐水解、抗氧化，同时能阻隔紫外线、红外线、氧气和水气，具有出色的耐磨性能，在非常严苛的户外环境下，薄膜层能保持厚度和性能的稳定，从而确保聚碳酸酯实心板能长期保持颜色和力学性能稳定。

无锡希尔丽塑胶板材有限公司［14］将聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和1,2-双［β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酰］肼熔融共混，得到初混料；向初混料内加入阻燃剂、着色剂和黄化抑制剂，继续熔融共混，得到混合料；将混合料挤出成型，冷却定型，得到耐力板。其中，黄化抑制剂由特定配比的聚甲基丙烯酸甲酯多孔微球、抗紫外线剂、偶联剂、硫酸铜和硬脂酸盐经特殊工艺制得。采用该方法制备的耐力板具有优异的力学性能、良好的阻燃性能和耐光老化性能，能够长时间受日照而不发生明显“黄变”。

3 结束语

随着社会的发展，对环境保护的要求日益提高。界面缩聚法由于光气的使用将逐步被淘汰，在今后的一定时期内熔融酯交换法和非光气熔融酯交换法共存；非光气熔融酯交换法避免使用有毒的光气，对环境更友好，经过工艺优化，在今后的聚碳酸酯生产工艺中将逐步取得主导地位。随着生产技术的进步，聚碳酸酯板材性能的提高，将更多地应用于建筑领域。