קו שחול גיליון חלול PC

מחקר וניתוח שוק של שיטות פילמור עבור פוליקרבונט PC

חלול מחשבקו שחול יריעותפוליקרבונט (PC) הוא פולימר המכיל קבוצות קרבונט בשרשרת המולקולרית, נוסחת המבנה המולקולרי מוצגת בנוסחה.

PC הוא פולימר אמורפי, זכוכיתי, כמעט חסר צבע, בעל תכונות אופטיות טובות, עמידות בחום, עמידות בפני פגיעות, עמידות לחומצות חלשות ובסיסים ושמנים ניטרליים. ל-PC בעל מסה מולקולרית יחסית גבוהה יש קשיחות גבוהה, אך הוא עמיד בצורה גרועה להידרוליזה, רגיש לסדקים, עמיד בצורה גרועה לשריטות, רגיש לממסים אורגניים מסוימים, מצהיב בחשיפה ממושכת לאור אולטרה סגול ואינו ניתן לשימוש במוצרים החשופים שוב ושוב לקיטור בלחץ גבוה.

ניתן לחלק את חומרי ה-PC לסוגים אליפטיים, ארומטיים, אליפטיים-ארומטיים ואחרים לפי מבנה קבוצת האסטרים, ביניהם ל-PC אליפטי ואליפטי-ארומטי יש תכונות מכניות נמוכות יותר, מה שמגביל את יישומם בפלסטיקה הנדסית; עד כה רק PC ארומטי יוצר באופן תעשייתי. בשל הייחודיות המבנית שלו, PC הפך לאחד מפלסטיק ההנדסי הכללי הצומח ביותר עם ביצועים מצוינים הכוללים והוא נמצא בשימוש נרחב בתחומי האלקטרוניקה והמכשירים החשמליים, מיכלי יריעות, תעשיית הרכב, מכשירים רפואיים וציוד מגן, והוא מתרחב במהירות לתחומים חדשים כמו תעופה וחלל, רכיבים אופטיים ומידע אופטואלקטרוני.

תהליך ייצור המחשב האישי

כיום, ישנם שלושה תהליכי ייצור עבור PC, כלומר פוליקונדנסןציה של ממשק פוטוגז (הידועה גם כשיטת פוטוגז), פוליקונדנסןציה של החלפת אסטר מותך ופוליקונדנסןציה של החלפת אסטר מותך ללא פוטוגז.

1. פוליקונדנזציה בין-פאזית של פוטוגז

ראשית, CO מתקבל על ידי חמצון חלקי וטיהור של פחם קוקס או אלקאנים דלי פחמן, בעוד ש-NaCl מימי עובר אלקטרוליזה לקבלת Cl2 ו-NaOH. ה-CO המתקבל מגיב עם Cl2 לייצור חומר הגלם פוסגן, שעובר עיבוי בין-פני עם BPA בתמיסת CH2Cl2 לייצור PC.

בנוסף, ה-NaOH המיוצר על ידי האלקטרוליזה משמש כזרז בתהליך התגובה. תמיסת ה-PC המתקבלת מטוהרת תחילה על ידי שטיפה בכמויות גדולות של מים, לאחר מכן הוספת הקסאן או טולואן וזיקוק להסרת ממסים כגון CH2Cl2 לקבלת כדורי PC. ה-PC המיובש עובר גרנולציה באמצעות גרנולטור להמסה. התגובה מתבצעת בלחץ אטמוספרי והחומרים המופרדים לאחר תגובת הפוליקונדנסציה, נוזל האם מהצנטריפוגה, דיכלורומתאן וחומצה הידרוכלורית ממוחזרים.

התהליך בוגר, איכות המוצר גבוהה, אין דרישות מיוחדות לטוהר חומר הגלם, ציוד התגובה פשוט יחסית וניתן לבצעו בתנאי טמפרטורה ולחץ נמוכים, אך יוני הכלור הנותרים בתהליך ההכנה ישפיעו על איכות המוצר. בנוסף, חומר הגלם הוא פוסגן רעיל ביותר, שהוא מסוכן יחסית, בעוד שכמות גזי הפליטה והשפכים הנוצרת גדולה.

GE (ג'נרל אלקטריק) פלסטיקס, באייר ומיצובישי כימיקלים משלבות אידוי ומשקעים בתהליך שלאחר הטיפול כדי להסיר זיהומים מסיסים בעזרת ממסים וחומרי משקעים ולשפר את אפקט הטיהור.

2. פוליקונדנזציה של החלפת אסטרים מותכים
פוליקונדנזציה של חילופי אסטרים מותכים מבוססת על פנול כחומר גלם. ה-DPC מוכן תחילה על ידי תגובת פוטוגזיפיקציה בין-פנית, לאחר מכן בנוכחות זרזים (כגון ליתיום הליד, ליתיום הידרוקסיד, ליתיום אלומיניום הליד ובורון הידרוקסיד וכו') ותוספים. לאחר מכן מתקבל האוליגומר על ידי תגובת חילופי אסטרים עם ביספנול A, ופוליקונדנזציה נוספת לקבלת מוצרי PC. תהליך התגובה מוצג במשוואה (3).

התהליך זול יותר מפוליקונדנסציה פוטוגזית, הוא פשוט יחסית ומייצר פחות שפכים וגז. עם זאת, התהליך עדיין דורש שימוש בפוסגן רעיל ביותר בהכנת חומר הגלם DPC, והזיהומים המכילים כלור שנוצרים יכולים להשבית את הזרז הבסיסי באמצעות תגובות ניטרול, להפחית את ביצועי ה-PC תוך גרימת הצהבה של החומר.

3. שיטת פוליקונדנזציה של חילופי אסטרים מותכים ללא פוסגן
בשנת 1978, חברת GE Plastics חשפה לראשונה פטנט על קרבונילציה חמצונית של פנול עם CO ו-O2 תוך שימוש ב-Pd כזרז לייצור DPC, אשר לאחר מכן הוחלף עם BPA במצב מותך ליצירת PC, כפי שמוצג במשוואה (4).

תהליך הקרבונילציה החמצונית של מתנול עם CO ו-O2 ליצירת דימתיל קרבונט (DMC) נחשף לראשונה על ידי רומנו ואחרים בשנת 1980. לאחר מכן, DMC עבר תגובת חילופי אסטרים עם פנול ליצירת טולואן קרבונט (MPC), MPC עבר פרופורציה ליצירת DPC, ו-DPC עבר תגובת פוליקונדנסטציה של חילופי אסטרים עם ביספנול A במצב מותך ליצירת תוצרי PC, כפי שמוצג בנוסחה (5).

בשנת 1993, חברת GE Plastics הובילה את הייצור התעשייתי של PC בתהליך ללא פוסגן, תוך שימוש בכור דו-צירי בעל קיבולת של 25,000 טון לשנה, המשתמש ב-CO2 כחומר גלם.

CO2 הוא חומר גלם לא רעיל, לא דליק, מתחדש ביולוגית, ופעילותו נמוכה יותר בהשוואה ל-CO, אך ניתן להשתמש בו גם כמונומר קופולימר לייצור PC. חברת ningbo zhejiang iron dafeng chemical co., ltd בסין פיתחה באופן עצמאי תהליך ייצור PC בשיטה ללא פוסגן המשתמש ב-CO2 ובפרופילן אוקסיד כחומרי גלם, ויכולת הייצור השנתית הנוכחית היא 100,000 טון. חברת Asahi Kasei ביפן פיתחה גם היא תהליך לייצור PC בשיטה ללא פוסגן באמצעות CO2, כפי שמוצג באיור 2. זה מוצג באיור 2.
התהליך מתבצע בסביבה נטולת מים (למעט מי קירור) ללא שימוש בחומרי גלם קורוזיביים. תוצרי הלוואי מתנול ופנול ניתנים למחזור ותהליך התגובה מניב שני מוצרים של PC באיכות גבוהה ו-MEG טהור במיוחד ללא כל יצירת פסולת או שפכים.
התהליך אינו משתמש בחומרים רעילים, בעל שיעור ניצול אטומי גבוה והוא למעשה נטול זיהום. ניתן למחזר את עודפי חומרי הגלם והתוצרים הלוואי במהלך תהליך הייצור, מה שמבקר ביעילות את עלויות הייצור.

שוק המחשבים האישיים ותחזיות הפיתוח

בשנים האחרונות, עם ההתפתחות המהירה של הכלכלה והתרחבות יישומים חדשים, הפך PC לאחד מפלסטיק ההנדסי הצומח ביותר, כאשר היצרנים העיקריים מרוכזים בארצות הברית, מערב אירופה ויפן, שם באייר, GE Plastics, דאו כימיקלים וטייג'ין שולטות בייצור ובשוק המחשבים האישיים העולמי.

בשנת 2020, אזור אסיה-פסיפיק יהווה כ-72.6% מהביקוש העולמי למחשבים אישיים, וסין הפכה ליצרנית ולצרכנית המחשבים הגדולה בעולם. עם התמיכה החזקה של מדיניות לאומית, והכנסת טכנולוגיית מחשבים אישיים בצורה של מיזמים משותפים וההתבגרות המתמשכת של טכנולוגיית ייצור מקומית שפותחה באופן עצמאי, הושקעו בפרויקטים גדולים של ייצור מחשבים אישיים, מה שהגדיל מאוד את כושר הייצור המקומי של המחשבים האישיים, כך שתעשייה זו בישרה הזדמנויות פיתוח חדשות.

המחסומים הטכניים בתהליך ייצור המחשבים האישיים גבוהים יחסית, וסין החלה באיחור. לפני 2015, כל מפעלי ייצור המחשבים האישיים המקומיים נבנו על ידי מיזמים משותפים או הטמעת טכנולוגיה, ויכולת הייצור הייתה מרוכזת מאוד. מאז, מפעלים כמו Wanhua Chemical ו-Sichuan Zhonglan Guohua New Material פיתחו טכנולוגיות סינתזה שונות של מחשבים אישיים עם זכויות קניין רוחני עצמאיות, שאפשרו לתעשיית המחשבים האישיים הסינית להתפתח ולצמוח.

נכון לעכשיו, כושר הייצור החדש בעולם מרוכז בעיקר בסין. בשנת 2019 כושר הייצור של מחשבים אישיים בסין הוא 1.66 מיליון טון, עלייה של 31.74% משנה לשנה, עם שיעור ניצול כושר הייצור של 58%. בשנת 2020 כושר הייצור של מחשבים אישיים בסין גדל ל-2.44 מיליון טון והייצור גדל ל-1.185 מיליון טון.

מחשבים אישיים נכללו בתעשיית ההיי-טק הלאומית, בתעשיות אסטרטגיות מתפתחות מרכזיות ובעשרת התחומים המרכזיים המתוארים ב"תוצרת סין 2025". בעידוד המדיניות הלאומית וההשקעה העצומה בכושר ייצור מקומי, שוק המחשבים האישיים המקומי העתידי צפוי להראות מצב שבו ההיצע עולה על הביקוש, עם הערכה שמרנית של 2.41 מיליון טון לשנה של כושר ייצור מחשבים אישיים שיתפנה בסין עד 2023, כאשר עד אז כושר הייצור הכולל של מחשבים אישיים בסין יהיה קרוב ל-3.6 מיליון טון לשנה.

בהשוואה ליכולת הייצור של מחשבים אישיים שצומחת במהירות, הביקוש במורד הזרם לא שוחרר בו זמנית. בסך הכל, צמיחת צריכת המחשבים האישיים איטית והתעשייה נכנסה לתקופה של פיתוח נמוך. למחשבים אישיים רגילים יש עמידות נמוכה בפני פגיעות ועמידות כימית נמוכה ולא ניתן ליישם אותם בתחומים רבים, אך המחסומים הטכניים לייצור מוצרים יוקרתיים גבוהים. תוך הרחבת הייצור בקצב גבוה, על מפעלים מקומיים לחזק את איכות מוצריהם ולשנות את הדילמה של עודף מוצרים יוקרתיים וחוסר במוצרים יוקרתיים על מנת לצמוח ולהתפתח בתחרות העזה בשוק.

מבין שלושת תהליכי הייצור העיקריים של PC, השיטה ללא פוסגן אינה מזהמת את הסביבה, ללא תוצרי לוואי, השקעה נמוכה, יעילות טובה ואיכות גבוהה של התוצרים המתקבלים, וזה בהחלט יהיה כיוון הפיתוח העתידי של PC. כיום, ניתן להפחית את עלות הייצור של DPC בעל טוהר גבוה על ידי פיתוח זרזים יעילים, ובנוסף, ניתן לתכנן כורים בעלי יעילות גבוהה כדי להתאים אותם לייצור פרה-פולימרים של PC בעלי צמיגות התכה גבוהה.

למרות שכושר הייצור והצריכה של מחשבים אישיים בסין גדלים, המוצרים הם בדרך כלל חומרים בסיסיים, המשמשים בעיקר באריזות, סרטים ויריעות וכו', עם יישומים צרים ורווחים נמוכים. המוצרים היוקרתיים המשמשים בתעשיות הרכב, מכשירי חשמל ביתיים, מוצרים אלקטרוניים ותחומים אחרים עדיין תלויים במיזמים משותפים או במפעלים זרים. עם שחרור נוסף של כושר ייצור, ההיצע והביקוש מתקרבים בהדרגה לשיווי משקל, התחרות בתעשיית המחשבים האישיים מתעצמת וחברות עומדות בפני אתגרים גדולים. ביטול טכנולוגיות לא ידידותיות לסביבה, הפחתת עלות הייצור של חומרי גלם למחשבים אישיים, ויסות ושיפור ביצועי המוצר, פיתוח מוצרים בעלי ביצועים גבוהים, הפחתת צריכת האנרגיה של מכשירים, שיפור התחרותיות של מכשירים והגדלת כוח המחקר והפיתוח העצמאי של טכנולוגיה מקומית הם כיוון הפיתוח העתידי של תעשיית המחשבים האישיים.