خط اکستروژن ورق توخالی PC

تحقیق و تحلیل بازار روش‌های پلیمریزاسیون برای پلی کربنات PC

کامپیوتر توخالیخط اکستروژن ورقپلی کربنات (PC) پلیمری است که حاوی گروه‌های کربناتی در زنجیره مولکولی است، فرمول ساختار مولکولی آن در فرمول نشان داده شده است.

PC یک پلیمر تقریباً بی‌رنگ، شیشه‌ای و آمورف با خواص نوری خوب، مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت در برابر اسیدها و قلیاهای ضعیف و روغن‌های خنثی است. PC با جرم مولکولی نسبی بالا، چقرمگی بالایی دارد، اما در برابر هیدرولیز مقاومت کمی دارد، به لب‌پریدگی حساس است، در برابر خراشیدگی مقاومت کمی دارد، در برابر حلال‌های آلی خاص حساس است، در معرض نور ماوراء بنفش به مدت طولانی زرد می‌شود و نمی‌توان از آن برای محصولاتی که مکرراً در معرض بخار با فشار بالا قرار می‌گیرند، استفاده کرد.

پلی کربنات (PC) را می‌توان بر اساس ساختار گروه استر به آلیفاتیک، آروماتیک، آلیفاتیک-آروماتیک و انواع دیگر تقسیم کرد که در بین آنها پلی کربنات آلیفاتیک و آلیفاتیک-آروماتیک خواص مکانیکی پایین‌تری دارند و کاربرد آنها را در پلاستیک‌های مهندسی محدود می‌کنند. تاکنون فقط پلی کربنات آروماتیک به صورت صنعتی تولید شده است. به دلیل ویژگی‌های ساختاری خاص، پلی کربنات به یکی از سریع‌ترین پلاستیک‌های مهندسی عمومی در حال رشد با عملکرد کلی عالی تبدیل شده است و به طور گسترده در زمینه‌های الکترونیک و لوازم الکتریکی، ظروف ورق، صنعت خودرو، دستگاه‌های پزشکی و تجهیزات حفاظتی مورد استفاده قرار می‌گیرد و به سرعت در حال گسترش به زمینه‌های جدیدی مانند هوافضا و هوانوردی، قطعات نوری و اطلاعات اپتوالکترونیکی است.

فرآیند تولید کامپیوتر شخصی

در حال حاضر، سه فرآیند تولید برای پلی کربنات وجود دارد، یعنی پلی کندانساسیون با سطح مشترک فتوگاز (که به عنوان روش فتوگاز نیز شناخته می‌شود)، پلی کندانساسیون با تبادل استر مذاب و پلی کندانساسیون با تبادل استر مذاب غیر فتوگاز.

۱. پلی‌کاندنزدایی بین‌سطحی فوتوگاز

ابتدا، CO با اکسیداسیون جزئی و خالص‌سازی زغال کک یا آلکان‌های کم کربن به دست می‌آید، در حالی که NaCl آبی برای به دست آوردن Cl2 و NaOH الکترولیز می‌شود. CO حاصل با Cl2 واکنش داده می‌شود تا ماده اولیه فسژن تولید شود که تحت تراکم سطحی با BPA در محلول CH2Cl2 قرار می‌گیرد تا PC تولید شود.

علاوه بر این، NaOH تولید شده توسط الکترولیز به عنوان کاتالیزور در فرآیند واکنش عمل می‌کند. محلول PC به دست آمده ابتدا با شستشو با مقادیر زیادی آب خالص‌سازی می‌شود، سپس هگزان یا تولوئن اضافه می‌شود و برای حذف حلال‌هایی مانند CH2Cl2 تقطیر می‌شود تا قرص‌های PC به دست آید. PC خشک شده با استفاده از یک گرانولاتور مذاب گرانوله می‌شود. واکنش در فشار اتمسفر انجام می‌شود و مواد جدا شده پس از واکنش پلی‌کاندنساسیون، مایع مادر حاصل از سانتریفیوژ، دی‌کلرومتان و اسید هیدروکلریک بازیافت می‌شوند.

این فرآیند بالغ است، کیفیت محصول بالا است، هیچ الزام خاصی برای خلوص مواد اولیه وجود ندارد، تجهیزات واکنش نسبتاً ساده است و می‌تواند در شرایط دمای پایین و فشار پایین انجام شود، اما یون‌های کلرید باقیمانده در فرآیند آماده‌سازی بر کیفیت محصول تأثیر خواهند گذاشت. علاوه بر این، ماده اولیه فسژن بسیار سمی است که نسبتاً خطرناک است، در حالی که مقدار گاز زائد و فاضلاب تولید شده زیاد است.

شرکت‌های جنرال الکتریک (GE)، بایر و میتسوبیشی کمیکال در فرآیند پس از تصفیه، تبخیر و رسوب‌گذاری را با هم ترکیب می‌کنند تا ناخالصی‌های محلول را با کمک حلال‌ها و رسوب‌دهنده‌ها حذف کرده و اثر تصفیه را بهبود بخشند.

۲. پلی‌کانسنشن تبادلی استر مذاب
بسپارش تراکمی تبادل استر مذاب بر پایه فنول به عنوان ماده اولیه است، DPC ابتدا با واکنش فوتوگازسازی بین سطحی تهیه می‌شود، سپس در حضور کاتالیزورها (مانند هالید لیتیوم، هیدروکسید لیتیوم، هالید آلومینیوم لیتیوم و هیدروکسید بور و غیره) و افزودنی‌ها، الیگومر با واکنش تبادل استر با بیسفنول A و بسپارش تراکمی بیشتر برای به دست آوردن محصولات PC به دست می‌آید، فرآیند واکنش در معادله (3) نشان داده شده است.

این فرآیند نسبت به پلی‌کاندنساسیون بین‌سطحی فتوگاز ارزان‌تر است و نسبتاً ساده است و آب و گاز کمتری تولید می‌کند. با این حال، این فرآیند هنوز نیاز به استفاده از فسژن بسیار سمی در تهیه ماده اولیه DPC دارد و ناخالصی‌های حاوی Cl حاصل می‌توانند از طریق واکنش‌های خنثی‌سازی، کاتالیزور قلیایی را غیرفعال کنند و عملکرد PC را کاهش دهند و در عین حال باعث زرد شدن ماده نیز شوند.

۳. روش پلی‌کاندنساسیون تراکمی تبادل استر مذاب غیر فسژنی
در سال 1978، شرکت GE Plastics برای اولین بار پتنتی را برای کربونیلاسیون اکسیداتیو فنول با CO و O2 با استفاده از Pd به عنوان کاتالیزور برای تولید DPC افشا کرد، که سپس با BPA در حالت مذاب تعویض شد تا PC تشکیل شود، همانطور که در معادله (4) نشان داده شده است.

فرآیند کربونیلاسیون اکسیداتیو متانول با CO و O2 برای تشکیل دی متیل کربنات (DMC) اولین بار توسط رومانو و همکارانش در سال 1980 افشا شد. سپس DMC تحت یک واکنش تبادل استر با فنول قرار گرفت تا تولوئن کربنات (MPC) تشکیل شود، MPC به صورت نامتناسبی برای تشکیل DPC قرار گرفت و DPC تحت یک واکنش پلی کندانساسیون تبادل استر با بیسفنول A در حالت مذاب قرار گرفت تا محصولات PC تولید کند، همانطور که در فرمول (5) نشان داده شده است.

در سال ۱۹۹۳، شرکت GE Plastics در تولید صنعتی پلی کربنات با فرآیندی غیر فسژنی و با استفاده از یک راکتور دو محوره با ظرفیت ۲۵۰۰۰ تن در سال و با استفاده از CO2 به عنوان ماده اولیه، پیشگام شد.

CO2 یک ماده اولیه غیرسمی، غیر قابل اشتعال و زیست تجدیدپذیر است و فعالیت آن در مقایسه با CO کمتر است، اما می‌تواند به عنوان مونومر کوپلیمر برای تولید PC نیز استفاده شود. شرکت شیمیایی نینگبو ژجیانگ آیرون دافنگ در چین به طور مستقل یک فرآیند تولید PC به روش غیر فسژنی با استفاده از CO2 و اکسید پروپیلن به عنوان مواد اولیه توسعه داده است و ظرفیت تولید سالانه فعلی آن 100,000 تن است. شرکت آساهی کاسی در ژاپن نیز فرآیندی برای تولید PC به روش غیر فسژنی با استفاده از CO2 توسعه داده است، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. این فرآیند در شکل 2 نشان داده شده است.
این فرآیند در یک محیط بدون آب (به جز آب خنک‌کننده) و بدون استفاده از هیچ گونه مواد اولیه خورنده انجام می‌شود. محصولات جانبی متانول و فنول قابل بازیافت هستند و فرآیند واکنش، 2 محصول PC با کیفیت بالا و MEG با خلوص بالا را بدون تولید هیچ گونه زباله یا پسابی تولید می‌کند.
این فرآیند از مواد سمی استفاده نمی‌کند، نرخ استفاده اتمی بالایی دارد و اساساً بدون آلودگی است. مواد اولیه و محصولات جانبی اضافی را می‌توان در طول فرآیند تولید بازیافت کرد که به طور مؤثر هزینه‌های تولید را کنترل می‌کند.

بازار کامپیوتر شخصی و چشم‌انداز توسعه

در سال‌های اخیر، با توسعه سریع اقتصاد و گسترش کاربردهای جدید، PC به یکی از سریع‌ترین پلاستیک‌های مهندسی در حال رشد تبدیل شده است و تولیدکنندگان اصلی آن در ایالات متحده، اروپای غربی و ژاپن متمرکز شده‌اند، جایی که Bayer، GE Plastics، Dow Chemical و Teijin تولید و بازار PC جهان را کنترل می‌کنند.

در سال ۲۰۲۰، منطقه آسیا و اقیانوسیه حدود ۷۲.۶ درصد از تقاضای جهانی رایانه‌های شخصی را به خود اختصاص خواهد داد و چین به بزرگترین تولیدکننده و مصرف‌کننده رایانه‌های شخصی در جهان تبدیل شده است. با حمایت قوی سیاست‌های ملی و معرفی فناوری رایانه‌های شخصی در قالب سرمایه‌گذاری‌های مشترک و بلوغ مداوم فناوری تولید داخلی خود توسعه‌یافته، در پروژه‌های بزرگ تولید رایانه‌های شخصی سرمایه‌گذاری شده است که ظرفیت تولید داخلی رایانه‌های شخصی را به میزان قابل توجهی افزایش داده است، به طوری که این صنعت فرصت‌های توسعه جدیدی را به وجود آورده است.

موانع فنی بر سر راه فرآیند تولید کامپیوتر شخصی نسبتاً زیاد است و چین این کار را دیر شروع کرد. قبل از سال ۲۰۱۵، تمام کارخانه‌های تولید کامپیوتر شخصی داخلی از طریق سرمایه‌گذاری‌های مشترک یا معرفی فناوری ساخته می‌شدند و ظرفیت تولید بسیار متمرکز بود. از آن زمان، شرکت‌هایی مانند Wanhua Chemical و Sichuan Zhonglan Guohua New Material فناوری‌های مختلف سنتز کامپیوتر شخصی را با حقوق مالکیت معنوی مستقل توسعه داده‌اند که به صنعت کامپیوتر شخصی چین امکان توسعه و رشد را داده است.

در حال حاضر، ظرفیت تولید جدید جهان عمدتاً در چین متمرکز است. ظرفیت تولید کامپیوتر شخصی چین در سال ۲۰۱۹، ۱.۶۶ میلیون تن است که نسبت به سال گذشته ۳۱.۷۴ درصد افزایش یافته و نرخ استفاده از ظرفیت ۵۸ درصد است. در سال ۲۰۲۰، ظرفیت تولید کامپیوتر شخصی چین به ۲.۴۴ میلیون تن در سال و میزان تولید به ۱.۱۸۵ میلیون تن افزایش می‌یابد.

کامپیوتر شخصی در صنعت ملی فناوری پیشرفته، صنایع کلیدی استراتژیک نوظهور و ده حوزه کلیدی شرح داده شده در «ساخت چین ۲۰۲۵» گنجانده شده است. با توجه به سیاست‌های ملی و سرمایه‌گذاری عظیم در ظرفیت تولید داخلی، بازار داخلی آینده کامپیوتر شخصی قطعاً وضعیتی را نشان خواهد داد که در آن عرضه از تقاضا پیشی می‌گیرد و تخمین محافظه‌کارانه این است که تا سال ۲۰۲۳، ۲.۴۱ میلیون تن در سال ظرفیت تولید کامپیوتر شخصی در چین آزاد شود که تا آن زمان کل ظرفیت تولید کامپیوتر شخصی چین نزدیک به ۳.۶ میلیون تن در سال خواهد بود.

در مقایسه با ظرفیت تولید سریع PC که به سرعت در حال رشد است، تقاضای پایین‌دستی به طور همزمان افزایش نیافته است. در مجموع، رشد مصرف PC کند است و صنعت وارد دوره‌ای از توسعه کم شده است. PC معمولی مقاومت ضربه و مقاومت شیمیایی ضعیفی دارد و در بسیاری از زمینه‌ها قابل استفاده نیست، اما موانع فنی برای تولید محصولات رده بالا زیاد است. شرکت‌های داخلی ضمن گسترش تولید با سرعت بالا، باید کیفیت محصولات خود را تقویت کرده و معضل مازاد محصولات رده پایین و کمبود محصولات رده بالا را تغییر دهند تا در رقابت شدید بازار رشد و توسعه یابند.

در میان سه فرآیند اصلی تولید PC، روش غیر فسژنی برای محیط زیست آلوده‌کننده نیست، هیچ محصول جانبی ندارد، سرمایه‌گذاری کمی دارد، راندمان خوبی دارد و محصولات حاصل از آن کیفیت بالایی دارند که قطعاً جهت توسعه آینده PC خواهد بود. در حال حاضر، هزینه تولید DPC با خلوص بالا را می‌توان با توسعه کاتالیزورهای کارآمد کاهش داد و علاوه بر این، می‌توان راکتورهای با راندمان بالا را طوری طراحی کرد که برای تولید پیش پلیمرهای PC با ویسکوزیته مذاب بالا مناسب باشند.

اگرچه ظرفیت تولید و مصرف کامپیوتر شخصی در چین در حال افزایش است، اما این محصولات عموماً مواد اولیه هستند که عمدتاً در بسته‌بندی، فیلم و ورق و غیره با کاربردهای محدود و سود کم استفاده می‌شوند. محصولات رده بالای مورد استفاده در خودرو، لوازم خانگی، محصولات الکترونیکی و سایر زمینه‌ها هنوز به سرمایه‌گذاری‌های مشترک یا شرکت‌های خارجی وابسته هستند. با آزادسازی بیشتر ظرفیت تولید، عرضه و تقاضا به تدریج به تعادل نزدیک می‌شوند، رقابت در صنعت کامپیوتر شخصی تشدید می‌شود و شرکت‌ها با چالش‌های بزرگی روبرو هستند. حذف فناوری‌های ناسازگار با محیط زیست، کاهش هزینه تولید مواد اولیه کامپیوتر شخصی، تنظیم و بهبود عملکرد محصول، توسعه محصولات با کارایی بالا، کاهش مصرف انرژی دستگاه‌ها، بهبود رقابت‌پذیری دستگاه‌ها و افزایش نیروی تحقیق و توسعه مستقل فناوری داخلی، جهت‌گیری آینده توسعه صنعت کامپیوتر شخصی است.