Polycarbonat (PC) ist eine Molekülkette mit Carbonatgruppen. Je nach Molekülstruktur mit verschiedenen Estergruppen kann es in aliphatische, alicyclische und aromatische Gruppen unterteilt werden, wobei die aromatischen Gruppen den praktischsten Wert haben. Das wichtigste Polycarbonat vom Bisphenol-A-Typ hat im Allgemeinen ein schweres durchschnittliches Molekulargewicht (Mw) von 20 bis 100.000.

Bild PC-Strukturformel

Polycarbonat verfügt über gute Festigkeit, Zähigkeit, Transparenz, Hitze- und Kältebeständigkeit, ist leicht zu verarbeiten, flammhemmend und bietet weitere umfassende Eigenschaften. Die wichtigsten nachgelagerten Anwendungen sind elektronische Geräte, Bleche und die Automobilindustrie. Auf diese drei Branchen entfallen etwa 80 % des Polycarbonatverbrauchs. Darüber hinaus hat Polycarbonat in Industriemaschinenteilen, CD-ROMs, Verpackungen, Bürogeräten, Medizin und Gesundheitswesen, Filmen, Freizeit- und Schutzausrüstungen und vielen anderen Bereichen ein breites Anwendungsspektrum erreicht und ist zu einem der fünf am schnellsten wachsenden technischen Kunststoffe geworden.

Im Jahr 2020 betrug die weltweite PC-Produktionskapazität etwa 5,88 Millionen Tonnen, Chinas PC-Produktionskapazität 1,94 Millionen Tonnen/Jahr, die Produktion betrug etwa 960.000 Tonnen, während der sichtbare Verbrauch von Polycarbonat in China im Jahr 2020 2,34 Millionen Tonnen erreichte, es besteht eine Lücke von fast 1,38 Millionen Tonnen, die aus dem Ausland importiert werden muss. Die enorme Marktnachfrage hat zahlreiche Investitionen zur Produktionssteigerung angezogen. Schätzungen zufolge sind in China viele PC-Projekte im Bau und werden gleichzeitig vorgeschlagen. Die inländische Produktionskapazität wird in den nächsten drei Jahren 3 Millionen Tonnen/Jahr übersteigen und die PC-Industrie zeigt einen beschleunigten Trend zur Verlagerung nach China.

Wie sieht also die PC-Produktion aus? Wie ist die Entwicklungsgeschichte von PCs im In- und Ausland? Wer sind die wichtigsten PC-Hersteller in China? Als Nächstes werfen wir einen kurzen Blick darauf.

Drei gängige PC-Produktionsprozessmethoden

Die drei wichtigsten Produktionsprozesse in der PC-Industrie sind die Grenzflächenpolykondensations-Photogasmethode, die traditionelle Schmelzesteraustauschmethode und die nicht-Photogas-Schmelzesteraustauschmethode.
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1. Grenzflächenpolykondensations-Phosgen-Methode

Dabei handelt es sich um die Reaktion von Phosgen mit einem inerten Lösungsmittel und einer wässrigen Natriumhydroxidlösung von Bisphenol A zur Herstellung von Polycarbonat mit niedrigem Molekulargewicht und anschließender Kondensation zu Polycarbonat mit hohem Molekulargewicht. Etwa 90 % der industriellen Polycarbonatprodukte wurden einst mit dieser Methode synthetisiert.

Die Vorteile der Grenzflächenpolykondensation mit Phosgen (PC) liegen in der hohen relativen Molmasse, die 1,5 bis 2 x 105 erreichen kann, den reinen Produkten, den guten optischen Eigenschaften, der besseren Hydrolysebeständigkeit und der einfachen Verarbeitung. Der Nachteil besteht darin, dass für den Polymerisationsprozess hochgiftiges Phosgen und giftige und flüchtige organische Lösungsmittel wie Methylenchlorid verwendet werden müssen, die eine erhebliche Umweltverschmutzung verursachen.

Das Schmelzesteraustauschverfahren, auch als ontogenetische Polymerisation bekannt, wurde erstmals von Bayer entwickelt. Dabei wurden geschmolzenes Bisphenol A und Diphenylcarbonat (Diphenylcarbonat, DPC) bei hoher Temperatur, hohem Vakuum und im Zustand der Anwesenheit eines Katalysators für den Esteraustausch, die Vorkondensation und die Kondensationsreaktion verwendet.

Je nach den im DPC-Prozess verwendeten Rohstoffen kann dieser in die traditionelle Schmelzesteraustauschmethode (auch als indirekte Photogasmethode bekannt) und die nicht-Photogas-Schmelzeesteraustauschmethode unterteilt werden.

2. Traditionelle Methode zum Austausch geschmolzener Ester

Es ist in zwei Schritte unterteilt: (1) Phosgen + Phenol → DPC; (2) DPC + BPA → PC, was ein indirekter Phosgenprozess ist.

Der Prozess ist kurz, lösungsmittelfrei und die Produktionskosten sind etwas niedriger als bei der Grenzflächenkondensationsmethode mit Phosgen. Allerdings wird im Herstellungsprozess von DPC immer noch Phosgen verwendet und das DPC-Produkt enthält Spuren von Chlorformiatgruppen, die die Qualität des PC-Endprodukts beeinträchtigen und so die Förderung des Prozesses bis zu einem gewissen Grad einschränken.

3. Phosgenfreies Schmelzesteraustauschverfahren

Diese Methode ist in zwei Schritte unterteilt: (1) DMC + Phenol → DPC; (2) DPC + BPA → PC, wobei Dimethylcarbonat DMC als Rohstoff und Phenol zur Synthese von DPC verwendet wird.

Das durch Esteraustausch und Kondensation gewonnene Nebenprodukt Phenol kann in die Synthese des DPC-Prozesses zurückgeführt werden, wodurch eine Wiederverwendung der Materialien und eine hohe Wirtschaftlichkeit erreicht werden. Dank der hohen Reinheit der Rohstoffe muss das Produkt zudem nicht getrocknet und gewaschen werden, und die Produktqualität ist gut. Das Verfahren kommt ohne Phosgen aus, ist umweltfreundlich und stellt einen grünen Prozess dar.

Mit den drei nationalen Anforderungen an die Abfälle petrochemischer Unternehmen und der Erhöhung der nationalen Anforderungen an die Sicherheit und den Umweltschutz petrochemischer Unternehmen sowie der Beschränkung der Verwendung von Phosgen wird die phosgenfreie Schmelzesteraustauschtechnologie in Zukunft schrittweise die Grenzflächenpolykondensationsmethode als Richtung der Entwicklung der PC-Produktionstechnologie in der Welt ersetzen.