Polükarbonaat (PC) on molekulaarne ahel, mis sisaldab karbonaatrühma. Molekulaarstruktuuri järgi saab selle jagada alifaatseks, alitsükliliseks, aromaatseks, millest kõige praktilisem on aromaatne rühm, ja kõige olulisemaks bisfenool A tüüpi polükarbonaadiks, mille keskmine molekulmass (Mw) on 20 000–100 000.

Pilt PC struktuurivalemist

Polükarbonaadil on hea tugevus, sitkus, läbipaistvus, kuuma- ja külmakindlus, lihtne töötlemine, leegiaeglustav toime ja muud ulatuslikud omadused. Peamised rakendused on elektroonikaseadmed, lehtmetallid ja autotööstus. Need kolm tööstusharu moodustavad umbes 80% polükarbonaadi tarbimisest. Muud rakendused on tööstusmasinate osad, CD-ROM, pakendid, kontoriseadmed, meditsiini- ja tervishoiuteenused, kile, vaba aja veetmise ja kaitsevahendid ning paljud teised valdkonnad. Samuti on see saavutanud laia valiku rakendusi, saades üheks viiest insenerplastist kiiremini kasvavas kategoorias.

2020. aastal oli ülemaailmne personaalarvutite tootmisvõimsus umbes 5,88 miljonit tonni, Hiina personaalarvutite tootmisvõimsus 1,94 miljonit tonni aastas ja toodang umbes 960 000 tonni. Samal ajal kui polükarbonaadi näiv tarbimine Hiinas ulatus 2020. aastal 2,34 miljoni tonnini, on puudujääk ligi 1,38 miljonit tonni ja vajadus importida välisriikidest. Suur turunõudlus on meelitanud ligi arvukalt investeeringuid tootmise suurendamiseks. Hinnanguliselt on Hiinas samaaegselt ehitamisel ja kavandamisel palju personaalarvutite projekte. Järgmise kolme aasta jooksul ületab sisemaine tootmisvõimsus 3 miljonit tonni aastas. Arvutitööstus näitab kiirenenud suundumust Hiinasse üle minna.

Millised on siis personaalarvutite tootmisprotsessid? Milline on personaalarvutite arengulugu kodu- ja välismaal? Kes on peamised personaalarvutite tootjad Hiinas? Järgnevalt teeme lühikese ülevaate.

PC kolm peamist tootmisprotsessi meetodit

PC-tööstuses on kolm peamist tootmisprotsessi: faasidevaheline polükondensatsiooni fotogaasi meetod, traditsiooniline sulaestri vahetusmeetod ja mittefotogaasiline sulaestri vahetusmeetod.
Pilt Pilt
1. Pindadevahelise polükondensatsiooni fosgeeni meetod

See on fosgeeni reaktsioon inertse lahusti ja bisfenool A naatriumhüdroksiidi vesilahusega, et saada väikese molekulmassiga polükarbonaat, mis seejärel kondenseeritakse suure molekulmassiga polükarbonaadiks. Ühel ajal sünteesiti selle meetodi abil umbes 90% tööstuslikest polükarbonaattoodetest.

Piiridevahelise polükondensatsiooni fosgeeni meetodi PC eelised on kõrge suhteline molekulmass, mis võib ulatuda 1,5–2 * 105-ni, puhtad tooted, head optilised omadused, parem hüdrolüüsikindlus ja lihtne töötlemine. Puuduseks on see, et polümerisatsiooniprotsess nõuab väga mürgise fosgeeni ja mürgiste ning lenduvate orgaaniliste lahustite, näiteks metüleenkloriidi, kasutamist, mis põhjustavad tõsist keskkonnareostust.

Sulatatud estri vahetusmeetodi, tuntud ka kui ontogeenne polümerisatsioon, töötas esmakordselt välja Bayer, kasutades sulatatud bisfenool A-d ja difenüülkarbonaati (difenüülkarbonaat, DPC) kõrgel temperatuuril, kõrgvaakumis ja katalüsaatori juuresolekul estri vahetuse, eelkondensatsiooni ja kondensatsioonireaktsiooni jaoks.

DPC protsessis kasutatavate toorainete järgi saab selle jagada traditsiooniliseks sulaestri vahetusmeetodiks (tuntud ka kui kaudne fotogaasi meetod) ja mittefotogaasiliseks sulaestri vahetusmeetodiks.

2. Traditsiooniline sulatatud estri vahetusmeetod

See jaguneb kaheks etapiks: (1) fosgeen + fenool → DPC; (2) DPC + BPA → PC, mis on kaudne fosgeeniprotsess.

Protsess on lühike, lahustivaba ja tootmiskulud on veidi madalamad kui faasidevahelise kondensatsiooni fosgeeni meetodil, kuid DPC tootmisprotsessis kasutatakse endiselt fosgeeni ja DPC toode sisaldab väikeses koguses kloroformaatrühmi, mis mõjutavad PC lõpptoote kvaliteeti ja piiravad teatud määral protsessi edendamist.

3. Mittefosgeeni sulatatud estri vahetusmeetod

See meetod jaguneb kaheks etapiks: (1) DMC + fenool → DPC; (2) DPC + BPA → PC, mille puhul kasutatakse toorainena dimetüülkarbonaat-DMC-d ja DPC sünteesimiseks fenooli.

Estrivahetuse ja kondenseerimise teel saadud kõrvalsaadust fenooli saab taaskasutada DPC protsessi sünteesiks, saavutades seega materjali taaskasutuse ja hea ökonoomsuse; tooraine kõrge puhtuse tõttu ei pea toodet kuivatama ega pesema ning toote kvaliteet on hea. Protsess ei kasuta fosgeeni, on keskkonnasõbralik ja roheline protsessitee.

Naftakeemiaettevõtete kolme jäätmekäitluse riiklike nõuetega. Naftakeemiaettevõtete ohutuse ja keskkonnakaitse riiklike nõuete suurenemise ning fosgeeni kasutamise piiramise tõttu asendab fosgeenivaba sulaestri vahetustehnoloogia tulevikus järk-järgult faasidevahelise polükondensatsioonimeetodi kui PC tootmistehnoloogia arengu suunda maailmas.