สายการผลิตแผ่นกลวง PC

การวิจัยและการวิเคราะห์ตลาดเกี่ยวกับวิธีการพอลิเมอไรเซชันสำหรับโพลีคาร์บอเนต (PC)

พีซีกลวงสายการอัดรีดแผ่นโพลีคาร์บอเนต (PC) เป็นพอลิเมอร์ที่มีหมู่คาร์บอเนตอยู่ในสายโมเลกุล โดยมีสูตรโครงสร้างโมเลกุลแสดงอยู่ในรูปที่...

พีซี (PC) เป็นพอลิเมอร์อสัณฐานที่เกือบไม่มีสี มีลักษณะคล้ายแก้ว มีคุณสมบัติทางแสงที่ดี ทนความร้อน ทนแรงกระแทก ทนต่อกรดและด่างอ่อน และน้ำมันที่เป็นกลาง พีซีที่มีมวลโมเลกุลสัมพัทธ์สูงจะมีความเหนียวสูง แต่ทนต่อการไฮโดรไลซิสได้ไม่ดี แตกหักง่าย ทนต่อรอยขีดข่วนได้ไม่ดี ไวต่อตัวทำละลายอินทรีย์บางชนิด เปลี่ยนเป็นสีเหลืองเมื่อสัมผัสกับแสงอัลตราไวโอเลตเป็นเวลานาน และไม่สามารถใช้กับผลิตภัณฑ์ที่ต้องสัมผัสกับไอน้ำแรงดันสูงซ้ำๆ ได้

พีซี (PC) สามารถแบ่งออกเป็นประเภทอะลิฟาติก อะโรมาติก อะลิฟาติก-อะโรมาติก และประเภทอื่นๆ ตามโครงสร้างของหมู่เอสเทอร์ โดยพีซีประเภทอะลิฟาติกและอะลิฟาติก-อะโรมาติกมีคุณสมบัติทางกลต่ำกว่า ทำให้การใช้งานในพลาสติกวิศวกรรมมีข้อจำกัด มีเพียงพีซีประเภทอะโรมาติกเท่านั้นที่ได้รับการผลิตในเชิงอุตสาหกรรมแล้ว เนื่องจากคุณสมบัติทางโครงสร้างที่โดดเด่น ทำให้พีซีกลายเป็นหนึ่งในพลาสติกวิศวกรรมทั่วไปที่เติบโตเร็วที่สุด มีประสิทธิภาพโดยรวมที่ยอดเยี่ยม และถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในด้านอิเล็กทรอนิกส์และเครื่องใช้ไฟฟ้า ภาชนะบรรจุแผ่น อุตสาหกรรมยานยนต์ อุปกรณ์ทางการแพทย์และอุปกรณ์ป้องกัน และกำลังขยายตัวอย่างรวดเร็วไปยังสาขาใหม่ๆ เช่น อวกาศและการบิน ชิ้นส่วนทางแสง และข้อมูลอิเล็กโทรออปติก

กระบวนการผลิตพีซี

ในปัจจุบัน มีกระบวนการผลิต PC อยู่ 3 วิธี ได้แก่ การพอลิเมอไรเซชันแบบอินเตอร์เฟซโฟโตแก๊ส (หรือที่เรียกว่าวิธีโฟโตแก๊ส) การพอลิเมอไรเซชันแบบแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลว และการพอลิเมอไรเซชันแบบแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลวโดยไม่ใช้โฟโตแก๊ส

1. การเกิดพอลิเมอร์ที่ส่วนต่อประสานของโฟโตแก๊ส

ขั้นแรก CO ได้มาจากการออกซิเดชันบางส่วนและการทำให้บริสุทธิ์ของถ่านโค้กหรือแอลเคนคาร์บอนต่ำ ในขณะที่ NaCl ในสารละลายจะถูกแยกด้วยไฟฟ้าเพื่อให้ได้ Cl2 และ NaOH จากนั้น CO ที่ได้จะทำปฏิกิริยากับ Cl2 เพื่อผลิตวัตถุดิบฟอสจีน ซึ่งจะเกิดการควบแน่นที่ส่วนต่อประสานกับ BPA ในสารละลาย CH2Cl2 เพื่อผลิต PC

นอกจากนี้ NaOH ที่ผลิตได้จากการอิเล็กโทรไลซิสยังทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการเกิดปฏิกิริยา สารละลาย PC ที่ได้จะถูกทำให้บริสุทธิ์ก่อนโดยการล้างด้วยน้ำปริมาณมาก จากนั้นเติมเฮกเซนหรือโทลูอีนและกลั่นเพื่อกำจัดตัวทำละลาย เช่น CH2Cl2 เพื่อให้ได้เม็ด PC PC ที่แห้งแล้วจะถูกบดเป็นเม็ดโดยใช้เครื่องบดแบบหลอมเหลว ปฏิกิริยาจะดำเนินการที่ความดันบรรยากาศ และวัสดุที่แยกได้หลังปฏิกิริยาพอลิคอนเดนเซชัน ของเหลวที่เหลือจากการปั่นเหวี่ยง ไดคลอโรมีเทน และกรดไฮโดรคลอริกจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่

กระบวนการผลิตนั้นมีความสมบูรณ์แล้ว คุณภาพของผลิตภัณฑ์สูง ไม่มีข้อกำหนดพิเศษเกี่ยวกับความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบ อุปกรณ์ปฏิกิริยาค่อนข้างเรียบง่ายและสามารถดำเนินการได้ภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำและความดันต่ำ แต่ไอออนคลอไรด์ที่ตกค้างในกระบวนการเตรียมจะมีผลกระทบต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ นอกจากนี้ วัตถุดิบยังเป็นฟอสจีนซึ่งมีพิษร้ายแรงและค่อนข้างอันตราย อีกทั้งยังก่อให้เกิดก๊าซเสียและน้ำเสียในปริมาณมาก

บริษัท GE (General Electric) Plastics, Bayer และ Mitsubishi Chemical ผสานการระเหยและการตกตะกอนเข้าด้วยกันในกระบวนการหลังการบำบัด เพื่อกำจัดสิ่งเจือปนที่ละลายน้ำได้ด้วยความช่วยเหลือของตัวทำละลายและสารตกตะกอน และเพิ่มประสิทธิภาพในการทำให้บริสุทธิ์

2. ปฏิกิริยาพอลิคอนเดนเซชันแบบแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลว
การพอลิคอนเดนเซชันแบบแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลวใช้ฟีนอลเป็นวัตถุดิบ โดยเตรียม DPC ก่อนด้วยปฏิกิริยาโฟโตแกซิฟิเคชันที่ส่วนต่อประสาน จากนั้นในที่ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยา (เช่น ลิเธียมเฮไลด์ ลิเธียมไฮดรอกไซด์ ลิเธียมอะลูมิเนียมเฮไลด์ และโบรอนไฮดรอกไซด์ เป็นต้น) และสารเติมแต่ง จะได้โอลิโกเมอร์โดยปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนเอสเทอร์กับบิสฟีนอล A และทำการพอลิคอนเดนเซชันต่อไปเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ PC กระบวนการปฏิกิริยาแสดงในสมการ (3)

กระบวนการนี้มีต้นทุนต่ำกว่ากระบวนการพอลิคอนเดนเซชันแบบอินเตอร์เฟซโฟโตแก๊ส และค่อนข้างเรียบง่าย อีกทั้งยังก่อให้เกิดน้ำเสียและก๊าซน้อยกว่า อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ยังคงต้องใช้ฟอสจีนซึ่งเป็นสารพิษร้ายแรงในการเตรียมวัตถุดิบ DPC และสิ่งเจือปนที่มีคลอรีนเป็นองค์ประกอบที่เกิดขึ้นอาจทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาอัลคาไลน์เสื่อมสภาพลงผ่านปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลาง ส่งผลให้ประสิทธิภาพของ PC ลดลง และยังทำให้วัสดุเปลี่ยนเป็นสีเหลืองอีกด้วย

3. วิธีการพอลิคอนเดนเซชันแบบแลกเปลี่ยนเอสเทอร์หลอมเหลวโดยไม่ใช้ฟอสจีน
ในปี พ.ศ. 1978 GE Plastics ได้เปิดเผยสิทธิบัตรเป็นครั้งแรกสำหรับการคาร์บอนิเลชันออกซิเดชันของฟีนอลด้วย CO และ O2 โดยใช้ Pd เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อผลิต DPC ซึ่งจากนั้นจะแลกเปลี่ยนกับ BPA ในสถานะหลอมเหลวเพื่อสร้าง PC ดังแสดงในสมการ (4)

กระบวนการคาร์บอนิลเลชันออกซิเดชันของเมทานอลด้วย CO และ O2 เพื่อสร้างไดเมทิลคาร์บอเนต (DMC) ได้รับการเปิดเผยครั้งแรกโดย Romano และคณะในปี 1980 จากนั้น DMC จะเกิดปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนเอสเทอร์กับฟีนอลเพื่อสร้างโทลูอีนคาร์บอเนต (MPC) MPC จะเกิดการแตกตัวเพื่อสร้าง DPC และ DPC จะเกิดปฏิกิริยาพอลิคอนเดนเซชันแลกเปลี่ยนเอสเทอร์กับบิสฟีนอล A ในสถานะหลอมเหลวเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ PC ดังแสดงในสูตร (5)

ในปี 1993 GE Plastics ได้ก้าวขึ้นเป็นผู้นำในการผลิตพีซีในระดับอุตสาหกรรมด้วยกระบวนการที่ไม่ใช้ฟอสจีน โดยใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบสองแกนที่มีกำลังการผลิต 25,000 ตันต่อปี และใช้ CO เป็นวัตถุดิบ

CO2 เป็นวัตถุดิบชีวภาพที่ไม่เป็นพิษ ไม่ติดไฟ และสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ มีกิจกรรมต่ำกว่า CO แต่ก็สามารถใช้เป็นโมโนเมอร์โคพอลิเมอร์เพื่อผลิต PC ได้เช่นกัน บริษัท Ningbo Zhejiang Iron Dafeng Chemical Co., Ltd. ในประเทศจีนได้พัฒนาวิธีการผลิต PC แบบไม่ใช้ฟอสจีนโดยใช้ CO2 และโพรพิลีนออกไซด์เป็นวัตถุดิบ และปัจจุบันมีกำลังการผลิตต่อปีอยู่ที่ 100,000 ตัน บริษัท Asahi Kasei ในประเทศญี่ปุ่นก็ได้พัฒนาวิธีการผลิต PC แบบไม่ใช้ฟอสจีนโดยใช้ CO2 เช่นกัน ดังแสดงในรูปที่ 2
กระบวนการนี้ดำเนินการในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากน้ำ (ยกเว้นน้ำหล่อเย็น) โดยไม่ใช้วัตถุดิบที่มีฤทธิ์กัดกร่อนใดๆ ผลิตภัณฑ์พลอยได้คือเมทานอลและฟีนอลสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ และกระบวนการปฏิกิริยาให้ผลผลิต 2 ผลิตภัณฑ์ คือ PC คุณภาพสูงและ MEG บริสุทธิ์สูง โดยไม่มีของเสียหรือน้ำเสียเกิดขึ้น
กระบวนการนี้ไม่ใช้สารพิษ มีอัตราการใช้ประโยชน์อะตอมสูง และโดยพื้นฐานแล้วปราศจากมลพิษ วัตถุดิบส่วนเกินและผลพลอยได้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ในระหว่างกระบวนการผลิต ซึ่งช่วยควบคุมต้นทุนการผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ตลาดพีซีและแนวโน้มการพัฒนา

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเศรษฐกิจและการขยายตัวของการใช้งานใหม่ๆ พลาสติกพีซีได้กลายเป็นหนึ่งในพลาสติกวิศวกรรมที่เติบโตเร็วที่สุด โดยผู้ผลิตหลักกระจุกตัวอยู่ในสหรัฐอเมริกา ยุโรปตะวันตก และญี่ปุ่น ซึ่งบริษัท Bayer, GE Plastics, Dow Chemical และ Teijin ควบคุมการผลิตและตลาดพลาสติกพีซีของโลก

ในปี 2020 ภูมิภาคเอเชียแปซิฟิกจะมีส่วนแบ่งประมาณ 72.6% ของความต้องการพีซีทั่วโลก และจีนได้กลายเป็นผู้ผลิตและผู้บริโภคพีซีรายใหญ่ที่สุดของโลก ด้วยการสนับสนุนอย่างแข็งแกร่งจากนโยบายของประเทศ การนำเทคโนโลยีพีซีเข้ามาในรูปแบบของการร่วมทุน และการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตภายในประเทศอย่างต่อเนื่อง ทำให้มีการลงทุนในโครงการผลิตพีซีขนาดใหญ่ ส่งผลให้กำลังการผลิตพีซีภายในประเทศเพิ่มขึ้นอย่างมาก และทำให้ภาคอุตสาหกรรมนี้มีโอกาสในการพัฒนาใหม่ๆ

อุปสรรคทางเทคนิคในกระบวนการผลิตพีซีค่อนข้างสูง และจีนเริ่มต้นช้า ก่อนปี 2015 โรงงานผลิตพีซีในประเทศทั้งหมดสร้างขึ้นโดยการร่วมทุนหรือการนำเข้าเทคโนโลยี และกำลังการผลิตกระจุกตัวสูงมาก นับตั้งแต่นั้นมา บริษัทต่างๆ เช่น Wanhua Chemical และ Sichuan Zhonglan Guohua New Material ได้พัฒนาเทคโนโลยีการสังเคราะห์พีซีต่างๆ โดยมีสิทธิในทรัพย์สินทางปัญญาเป็นของตนเอง ซึ่งทำให้ภาคอุตสาหกรรมพีซีของจีนสามารถพัฒนาและเติบโตได้

ปัจจุบัน กำลังการผลิตใหม่ของโลกส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในประเทศจีน ในปี 2019 กำลังการผลิตพีซีของจีนอยู่ที่ 1.66 ล้านตัน เพิ่มขึ้น 31.74% เมื่อเทียบกับปีก่อนหน้า โดยมีอัตราการใช้กำลังการผลิตอยู่ที่ 58% ส่วนในปี 2020 กำลังการผลิตพีซีของจีนเพิ่มขึ้นเป็น 2.44 ล้านตันต่อปี และปริมาณการผลิตเพิ่มขึ้นเป็น 1.185 ล้านตัน

คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (PC) ได้ถูกรวมอยู่ในกลุ่มอุตสาหกรรมไฮเทคของประเทศ อุตสาหกรรมเกิดใหม่เชิงกลยุทธ์ที่สำคัญ และ 10 ด้านหลักที่ระบุไว้ใน “Made in China 2025” ด้วยแรงสนับสนุนจากนโยบายของประเทศและการลงทุนมหาศาลในการเพิ่มกำลังการผลิตภายในประเทศ ตลาด PC ในประเทศในอนาคตจึงมีแนวโน้มที่จะมีอุปทานเกินความต้องการ โดยคาดการณ์อย่างระมัดระวังว่าจะมีกำลังการผลิต PC เพิ่มขึ้น 2.41 ล้านตันต่อปีในประเทศจีนภายในปี 2023 ซึ่งในขณะนั้นกำลังการผลิต PC รวมของจีนจะอยู่ที่ประมาณ 3.6 ล้านตันต่อปี

เมื่อเทียบกับกำลังการผลิตพีซีที่เติบโตอย่างรวดเร็ว ความต้องการในตลาดปลายทางยังไม่เพิ่มขึ้นตามไปด้วย โดยรวมแล้ว การบริโภคพีซีเติบโตอย่างช้าๆ และอุตสาหกรรมได้เข้าสู่ช่วงการพัฒนาที่ชะลอตัว พีซีทั่วไปมีความทนทานต่อแรงกระแทกและสารเคมีต่ำ และไม่สามารถนำไปใช้ในหลายด้านได้ ในขณะเดียวกันก็มีอุปสรรคทางเทคนิคสูงในการผลิตผลิตภัณฑ์ระดับสูง ในขณะที่ขยายการผลิตอย่างรวดเร็ว บริษัทในประเทศควรเสริมสร้างคุณภาพของผลิตภัณฑ์และแก้ไขปัญหาการมีผลิตภัณฑ์ระดับล่างมากเกินไปและการขาดแคลนผลิตภัณฑ์ระดับสูง เพื่อที่จะเติบโตและพัฒนาในตลาดที่มีการแข่งขันสูง

ในบรรดากระบวนการผลิตพีซีหลักทั้งสามวิธี วิธีการที่ไม่ใช้ฟอสจีนเป็นวิธีที่ไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม ไม่มีผลพลอยได้ การลงทุนต่ำ ประสิทธิภาพสูง และได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสูง ซึ่งแน่นอนว่าจะเป็นทิศทางการพัฒนาในอนาคตของพีซี ปัจจุบัน ต้นทุนการผลิตพีซีที่มีความบริสุทธิ์สูงสามารถลดลงได้โดยการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพ และนอกจากนี้ ยังสามารถออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ที่มีประสิทธิภาพสูงเพื่อให้เหมาะสมกับการผลิตพรีพอลิเมอร์พีซีที่มีความหนืดหลอมเหลวสูงได้อีกด้วย

แม้ว่ากำลังการผลิตและการบริโภคพีซีในจีนจะเพิ่มขึ้น แต่ผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่ยังคงเป็นวัสดุพื้นฐาน ใช้ในบรรจุภัณฑ์ ฟิล์ม และแผ่นต่างๆ เป็นต้น ซึ่งมีการใช้งานที่จำกัดและกำไรต่ำ ผลิตภัณฑ์ระดับสูงที่ใช้ในยานยนต์ เครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ และสาขาอื่นๆ ยังคงต้องพึ่งพาการร่วมทุนหรือบริษัทต่างชาติ เมื่อกำลังการผลิตเพิ่มขึ้น อุปสงค์และอุปทานจะค่อยๆ เข้าสู่จุดสมดุล การแข่งขันในอุตสาหกรรมพีซีก็ทวีความรุนแรงขึ้น และบริษัทต่างๆ กำลังเผชิญกับความท้าทายอย่างมาก การกำจัดเทคโนโลยีที่ไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ลดต้นทุนการผลิตวัตถุดิบพีซี ควบคุมและปรับปรุงประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ พัฒนาผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพสูง ลดการใช้พลังงานของอุปกรณ์ เพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันของอุปกรณ์ และเพิ่มศักยภาพในการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีภายในประเทศ คือทิศทางการพัฒนาในอนาคตของอุตสาหกรรมพีซี