Lini ekstrusi lembaran berongga PC

Riset dan analisis pasar metode polimerisasi untuk polikarbonat PC

PC beronggagaris ekstrusi lembar：Polikarbonat (PC) adalah polimer yang mengandung gugus karbonat dalam rantai molekulnya, rumus struktur molekulnya ditunjukkan dalam rumus.

PC adalah polimer amorf yang hampir tidak berwarna, seperti kaca, dengan sifat optik yang baik, tahan panas, tahan benturan, tahan terhadap asam dan basa lemah, serta minyak netral. PC dengan massa molekul relatif tinggi memiliki ketangguhan yang tinggi, tetapi tidak tahan terhadap hidrolisis, sensitif terhadap keretakan, tidak tahan terhadap goresan, rentan terhadap pelarut organik tertentu, menguning jika terkena sinar ultraviolet dalam jangka panjang, dan tidak dapat digunakan untuk produk yang berulang kali terkena uap bertekanan tinggi.

PC dapat dibagi menjadi alifatik, aromatik, alifatik-aromatik dan jenis lainnya menurut struktur gugus ester, di antaranya PC alifatik dan alifatik-aromatik memiliki sifat mekanis yang lebih rendah, sehingga membatasi penerapannya dalam plastik rekayasa; sejauh ini hanya PC aromatik yang diproduksi secara industri. Karena kekhasan strukturalnya, PC telah menjadi salah satu plastik rekayasa umum yang tumbuh paling cepat dengan kinerja keseluruhan yang sangat baik dan banyak digunakan dalam bidang elektronik dan peralatan listrik, wadah lembaran, industri otomotif, perangkat medis dan peralatan pelindung, dan berkembang pesat ke bidang-bidang baru seperti kedirgantaraan dan penerbangan, komponen optik dan informasi optoelektronik.

Proses produksi PC

Saat ini, ada tiga proses produksi untuk PC, yaitu polikondensasi antarmuka fotogas (juga dikenal sebagai metode fotogas), polikondensasi pertukaran ester cair, dan polikondensasi pertukaran ester cair non-fotogas.

1.Polikondensasi antarmuka fotogas

Pertama, CO diperoleh melalui oksidasi parsial dan pemurnian batubara kokas atau alkana rendah karbon, sementara NaCl encer dielektrolisis untuk memperoleh Cl2 dan NaOH. CO yang dihasilkan direaksikan dengan Cl2 untuk menghasilkan bahan baku fosgen, yang mengalami kondensasi antarmuka dengan BPA dalam larutan CH2Cl2 untuk menghasilkan PC.

Selain itu, NaOH yang dihasilkan dari elektrolisis berfungsi sebagai katalis dalam proses reaksi. Larutan PC yang diperoleh terlebih dahulu dimurnikan dengan cara dicuci dengan air dalam jumlah banyak, kemudian ditambahkan heksana atau toluena dan disuling untuk menghilangkan pelarut seperti CH2Cl2 sehingga diperoleh pelet PC. PC yang telah dikeringkan digranulasi menggunakan melt granulator. Reaksi dilakukan pada tekanan atmosfer dan bahan-bahan yang dipisahkan setelah reaksi polikondensasi, larutan induk dari sentrifugasi, diklorometana, dan asam klorida didaur ulang.

Prosesnya sudah matang, kualitas produknya tinggi, tidak ada persyaratan khusus untuk kemurnian bahan baku, peralatan reaksinya relatif sederhana dan dapat dilakukan dalam kondisi suhu dan tekanan rendah, tetapi ion klorida yang tersisa dalam proses persiapan akan berdampak pada kualitas produk. Selain itu, bahan bakunya adalah fosgen yang sangat beracun, yang relatif berbahaya, sementara jumlah gas buangan dan air limbah yang dihasilkan besar.

GE (General Electric) Plastics, Bayer dan Mitsubishi Chemical menggabungkan penguapan dan presipitasi dalam proses pasca-perlakuan untuk menghilangkan kotoran terlarut dengan bantuan pelarut dan presipitasi serta meningkatkan efek pemurnian.

2. Polikondensasi Pertukaran Ester Leleh
Polikondensasi Pertukaran Ester Lelehan didasarkan pada fenol sebagai bahan baku, DPC pertama-tama disiapkan dengan reaksi fotogasifikasi antarmuka, kemudian dengan adanya katalis (seperti litium halida, litium hidroksida, litium aluminium halida dan boron hidroksida, dll.) dan aditif, kemudian oligomer diperoleh dengan reaksi pertukaran ester dengan bisfenol A, dan polikondensasi lebih lanjut untuk memperoleh produk PC, proses reaksi ditunjukkan pada persamaan (3).

Proses ini lebih murah daripada polikondensasi antarmuka fotogas dan relatif sederhana serta menghasilkan lebih sedikit air limbah dan gas. Akan tetapi, proses ini tetap memerlukan penggunaan fosgen yang sangat beracun dalam penyiapan bahan baku DPC, dan pengotor yang mengandung Cl yang dihasilkan dapat menonaktifkan katalis alkali melalui reaksi netralisasi, sehingga mengurangi kinerja PC sekaligus menyebabkan bahan menguning.

3. Metode polikondensasi pertukaran ester non-fosgen
Pada tahun 1978 GE Plastics pertama kali mengungkapkan paten untuk karbonilasi oksidatif fenol dengan CO dan O2 menggunakan Pd sebagai katalis untuk menghasilkan DPC, yang kemudian ditukar dengan BPA dalam keadaan cair untuk membentuk PC, seperti yang ditunjukkan dalam persamaan (4).

Proses karbonilasi oksidatif metanol dengan CO dan O2 untuk membentuk dimetil karbonat (DMC) pertama kali diungkapkan oleh Romano et al. pada tahun 1980. DMC kemudian menjalani reaksi pertukaran ester dengan fenol untuk membentuk toluena karbonat (MPC), MPC didisproporsionasi untuk membentuk DPC, dan DPC menjalani reaksi polikondensasi pertukaran ester dengan bisfenol A dalam keadaan cair untuk menghasilkan produk PC, seperti yang ditunjukkan dalam rumus (5).

Pada tahun 1993, GE Plastics memimpin produksi industri PC melalui proses non-fosgen menggunakan reaktor biaksial berkapasitas 25,000t/a menggunakan CO sebagai bahan baku.

CO2 adalah bahan baku yang tidak beracun, tidak mudah terbakar, dan dapat diperbarui secara hayati, dan aktivitasnya lebih rendah dibandingkan dengan CO, tetapi juga dapat digunakan sebagai monomer kopolimer untuk memproduksi PC. Ningbo zhejiang iron dafeng chemical co., ltd. di Tiongkok telah secara independen mengembangkan proses produksi PC dengan metode non-fosgen menggunakan CO2 dan propilena oksida sebagai bahan baku, dan kapasitas produksi tahunan saat ini adalah 100,000 t. Asahi Kasei di Jepang juga telah mengembangkan proses untuk produksi PC dengan metode non-fosgen menggunakan CO2, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Hal ini ditunjukkan pada Gambar 2.
Proses ini dilakukan dalam lingkungan anhidrat (kecuali air pendingin) tanpa menggunakan bahan baku korosif apa pun. Produk sampingan metanol dan fenol dapat didaur ulang dan proses reaksi menghasilkan 2 produk PC berkualitas tinggi dan MEG dengan kemurnian tinggi tanpa menghasilkan limbah atau limbah cair.
Proses ini tidak menggunakan zat beracun, memiliki tingkat pemanfaatan atom yang tinggi dan pada dasarnya bebas polusi. Bahan baku dan produk sampingan yang berlebih dapat didaur ulang selama proses produksi, yang secara efektif mengendalikan biaya produksi.

Pasar PC dan prospek pengembangannya

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan pesatnya perkembangan ekonomi dan perluasan aplikasi baru, PC telah menjadi salah satu plastik rekayasa yang tumbuh paling cepat, dengan produsen utama terkonsentrasi di Amerika Serikat, Eropa Barat, dan Jepang, di mana Bayer, GE Plastics, Dow Chemical, dan Teijin mengendalikan produksi dan pasar PC dunia.

Pada tahun 2020, kawasan Asia-Pasifik akan menyumbang sekitar 72.6% dari permintaan PC global, dan Tiongkok telah menjadi produsen dan konsumen PC terbesar di dunia. Dengan dukungan kuat dari kebijakan nasional, dan pengenalan teknologi PC dalam bentuk usaha patungan dan pematangan berkelanjutan teknologi produksi dalam negeri yang dikembangkan sendiri, proyek-proyek produksi PC utama telah diinvestasikan, yang secara signifikan meningkatkan kapasitas produksi PC dalam negeri, sehingga industri ini telah membuka peluang pengembangan baru.

Kendala teknis terhadap proses produksi PC relatif tinggi, dan Tiongkok terlambat memulai. Sebelum tahun 2015, semua pabrik produksi PC dalam negeri dibangun melalui usaha patungan atau pengenalan teknologi, dan kapasitas produksi sangat terkonsentrasi. Sejak saat itu, perusahaan seperti Wanhua Chemical dan Sichuan Zhonglan Guohua New Material telah mengembangkan berbagai teknologi sintesis PC dengan hak kekayaan intelektual independen, yang memungkinkan industri PC Tiongkok berkembang dan tumbuh.

Saat ini, kapasitas produksi baru dunia sebagian besar terpusat di Tiongkok. Pada tahun 2019, kapasitas produksi PC Tiongkok adalah 1.66 juta ton, meningkat 31.74% dari tahun ke tahun, dengan tingkat pemanfaatan kapasitas sebesar 58%. Pada tahun 2020, kapasitas produksi PC Tiongkok meningkat menjadi 2.44 juta ton/tahun dan produksi meningkat menjadi 1.185 juta ton.

PC telah dimasukkan dalam industri teknologi tinggi nasional, industri strategis utama yang sedang berkembang, dan sepuluh area utama yang dijelaskan dalam “Made in China 2025”. Didorong oleh kebijakan nasional dan investasi besar-besaran dalam kapasitas produksi dalam negeri, pasar PC domestik di masa mendatang pasti akan menunjukkan situasi di mana pasokan melebihi permintaan, dengan perkiraan konservatif sebesar 2.41 juta t/a kapasitas produksi PC akan dirilis di Tiongkok pada tahun 2023, yang pada saat itu total kapasitas produksi PC Tiongkok akan mendekati 3.6 juta t/a.

Dibandingkan dengan kapasitas produksi PC yang tumbuh pesat, permintaan hilir belum dilepaskan secara bersamaan. Secara keseluruhan, pertumbuhan konsumsi PC lamban dan industri telah memasuki periode perkembangan rendah. PC biasa memiliki ketahanan benturan dan ketahanan kimia yang buruk dan tidak dapat diterapkan di banyak bidang, tetapi hambatan teknis untuk produksi produk kelas atas tinggi. Sambil memperluas produksi dengan kecepatan tinggi, perusahaan domestik harus memperkuat kualitas produk mereka dan mengubah dilema kelebihan produk kelas bawah dan kurangnya produk kelas atas untuk tumbuh dan berkembang dalam persaingan pasar yang ketat.

Di antara tiga proses produksi utama PC, metode nonfosgen tidak mencemari lingkungan, tidak menghasilkan produk sampingan, investasi rendah, efisiensi baik, dan kualitas produk yang dihasilkan tinggi, yang pasti akan menjadi arah pengembangan PC di masa mendatang. Saat ini, biaya produksi DPC dengan kemurnian tinggi dapat dikurangi dengan mengembangkan katalis yang efisien, dan sebagai tambahan, reaktor efisiensi tinggi dapat dirancang agar sesuai untuk produksi prepolimer PC dengan viskositas leleh tinggi.

Meskipun kapasitas produksi dan konsumsi PC di Tiongkok meningkat, produk-produk tersebut umumnya merupakan bahan-bahan dasar, yang utamanya digunakan dalam kemasan, film dan lembaran, dll., dengan aplikasi yang sempit dan laba yang rendah. Produk-produk kelas atas yang digunakan dalam otomotif, peralatan rumah tangga, produk-produk elektronik dan bidang-bidang lainnya masih bergantung pada usaha patungan atau perusahaan-perusahaan asing. Dengan pelepasan kapasitas produksi lebih lanjut, penawaran dan permintaan secara bertahap mendekati keseimbangan, persaingan dalam industri PC semakin ketat dan perusahaan-perusahaan menghadapi tantangan-tantangan besar. Menghilangkan teknologi-teknologi yang tidak ramah lingkungan, mengurangi biaya produksi bahan baku PC, mengatur dan meningkatkan kinerja produk, mengembangkan produk-produk berkinerja tinggi, mengurangi konsumsi energi perangkat, meningkatkan daya saing perangkat, dan meningkatkan kekuatan penelitian dan pengembangan independen dari teknologi-teknologi dalam negeri adalah arah masa depan pengembangan industri PC.