Polikarbonat (PC) je molekularna veriga, ki vsebuje karbonatno skupino. Glede na molekularno strukturo z različnimi estrskimi skupinami jo lahko razdelimo na alifatske, aliciklične in aromatske, pri čemer ima aromatska skupina največjo praktično vrednost, najpomembnejši pa je polikarbonat tipa bisfenola A, s povprečno molekulsko maso (Mw) od 20 do 100.000.

Slika PC strukturna formula

Polikarbonat ima dobro trdnost, žilavost, prosojnost, odpornost na vročino in mraz, enostavno obdelavo, zavira gorenje in druge celovite lastnosti. Glavne aplikacije na nižji stopnji so elektronske naprave, plošče in avtomobilska industrija, te tri industrije predstavljajo približno 80 % porabe polikarbonata. Uporablja se tudi v delih industrijskih strojev, CD-ROM-ih, embalaži, pisarniški opremi, medicini in zdravstvenem varstvu, filmih, prostočasni in zaščitni opremi ter mnogih drugih področjih, s čimer je postal ena od petih najhitreje rastočih inženirskih plastik.

Leta 2020 je svetovna proizvodna zmogljivost osebnih računalnikov znašala približno 5,88 milijona ton, kitajska proizvodna zmogljivost osebnih računalnikov pa 1,94 milijona ton na leto, kar pomeni proizvodnjo približno 960.000 ton. Medtem ko je navidezna poraba polikarbonata na Kitajskem leta 2020 dosegla 2,34 milijona ton, obstaja vrzel v višini skoraj 1,38 milijona ton, ki jo je treba uvoziti iz tujine. Veliko povpraševanje na trgu je pritegnilo številne naložbe za povečanje proizvodnje. Ocenjuje se, da je na Kitajskem hkrati v gradnji in predlaganih veliko projektov osebnih računalnikov, domača proizvodna zmogljivost pa bo v naslednjih treh letih presegla 3 milijone ton na leto, industrija osebnih računalnikov pa kaže pospešen trend selitve na Kitajsko.

Kakšni so torej proizvodni procesi osebnih računalnikov? Kakšna je zgodovina razvoja osebnih računalnikov doma in v tujini? Kateri so glavni proizvajalci osebnih računalnikov na Kitajskem? Nato na kratko pregledamo.

Tri glavne metode proizvodnega procesa za osebne računalnike

Metoda medfazne polikondenzacije s fotoplinom, tradicionalna metoda izmenjave staljenega estra in metoda izmenjave staljenega estra brez fotoplina so trije glavni proizvodni procesi v industriji osebnih računalnikov.
Slika Slika
1. Metoda medfazne polikondenzacije s fosgenom

Gre za reakcijo fosgena z inertnim topilom in vodno raztopino natrijevega hidroksida bisfenola A, pri kateri nastane polikarbonat z majhno molekulsko maso, nato pa se kondenzira v polikarbonat z visoko molekulsko maso. Nekoč je bilo s to metodo sintetiziranih približno 90 % industrijskih polikarbonatnih izdelkov.

Prednosti metode medfazne polikondenzacije s fosgenom PC so visoka relativna molekulska masa, ki lahko doseže 1,5~2*105, in čisti produkti, dobre optične lastnosti, boljša odpornost proti hidrolizi in enostavna obdelava. Slabost je, da postopek polimerizacije zahteva uporabo zelo strupenega fosgena ter strupenih in hlapnih organskih topil, kot je metilen klorid, ki povzročajo resno onesnaževanje okolja.

Metodo izmenjave estrov s taljenjem, znano tudi kot ontogena polimerizacija, je prvi razvil Bayer z uporabo staljenega bisfenola A in difenil karbonata (difenil karbonat, DPC) pri visoki temperaturi, visokem vakuumu in prisotnosti katalizatorja za izmenjavo estrov, predkondenzacijo in kondenzacijsko reakcijo.

Glede na surovine, uporabljene v postopku DPC, ga lahko razdelimo na tradicionalno metodo izmenjave staljenega estra (znano tudi kot metoda indirektnega fotoplina) in metodo izmenjave staljenega estra brez fotoplina.

2. Tradicionalna metoda izmenjave staljenega estra

Razdeljen je na dva koraka: (1) fosgen + fenol → DPC; (2) DPC + BPA → PC, kar je posredni postopek s fosgenom.

Postopek je kratek, brez topil, proizvodni stroški pa so nekoliko nižji od metode medfazne kondenzacije fosgena, vendar se v proizvodnem procesu DPC še vedno uporablja fosgen, produkt DPC pa vsebuje sledi kloroformatnih skupin, kar vpliva na končno kakovost PC-ja in do neke mere omejuje promocijo postopka.

3. Metoda izmenjave staljenega estra brez fosgena

Ta metoda je razdeljena na dva koraka: (1) DMC + fenol → DPC; (2) DPC + BPA → PC, pri čemer se kot surovina uporablja dimetil karbonat DMC, za sintezo DPC pa fenol.

Stranski produkt, fenol, pridobljen z izmenjavo estrov in kondenzacijo, se lahko reciklira v sintezni postopek DPC, s čimer se doseže ponovna uporaba materiala in dobra ekonomičnost; zaradi visoke čistosti surovin izdelka ni treba sušiti in prati, kakovost izdelka pa je dobra. Postopek ne uporablja fosgena, je okolju prijazen in zelen postopek.

Z nacionalnimi zahtevami za tri vrste odpadkov petrokemičnih podjetij. Z naraščajočimi nacionalnimi zahtevami glede varnosti in varstva okolja v petrokemičnih podjetjih ter omejitvijo uporabe fosgena bo tehnologija izmenjave staljenega estra brez fosgena v prihodnosti postopoma nadomestila metodo medfazne polikondenzacije kot smer razvoja tehnologije proizvodnje PC na svetu.