聚碳酸酯的合成有2種方法,一是光氣法,二是酯交換法。
光氣法:光氣法又稱溶劑法和界面縮聚法。它是在常溫常壓下,以雙酚A鈉鹽與光氣進(jìn)行界面縮聚反應(yīng)制得的聚碳酸酯。光氣法生產(chǎn)工藝主要分以下個步驟:
光氣化。將配制好的雙酚鈉鹽加入光氣化釜,隨后加入二氯甲烷于光氣化釜中,開動攪拌,當(dāng)釜內(nèi)溫度降至20℃時,恒速通入光氣進(jìn)行光氣化反應(yīng)。當(dāng)反應(yīng)介質(zhì)的pH值為7-8時,停止通光氣,光氣化反應(yīng)即告結(jié)束。
縮聚。將光氣化物、25%堿液、催化劑、三甲基芐基氯化銨及分子量調(diào)節(jié)劑苯酚等加入反應(yīng)釜中,在攪拌情況下,于25-30℃繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)3-4h,反應(yīng)是放熱反應(yīng),應(yīng)采用冷水降溫。當(dāng)反應(yīng)終止,靜置分層除去上層堿鹽溶液,再加入5%甲酸中和至物料呈微酸性,分出上層酸水相,經(jīng)過中和后反應(yīng)溶液再進(jìn)行后處理。
后處理。后處理一方面是除去樹脂中的鹽質(zhì),另一方面是除去樹脂中低分子物和未反應(yīng)的雙酚A。鹽質(zhì)的脫除,一般采用水洗法,即把中和后的樹脂溶液加水?dāng)嚢?,洗去樹脂中鹽質(zhì),至洗滌水中不含氯離子為止。低分子物一般除采用沉淀法。即水洗后的樹脂溶液加入沉淀劑使聚碳酸酯呈粉末或粒狀析出。沉淀劑可使用醇類、酮類以及石油醚、甲苯或二甲苯。光氣法轉(zhuǎn)化效率高,一般均在90%以上,相對分子質(zhì)量可高達(dá)(15-20)×10但分子質(zhì)量過高,成型困難。因此常用分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑將分子量控制在10以下。
酯交換法:酯交換法又稱熔融縮聚法,聚合時不使用溶劑,不需要回收溶劑的設(shè)備,產(chǎn)品可直接出料造粒,但反應(yīng)時間較長,并需在高真空和高溫度下進(jìn)行。由于反應(yīng)物料的粘度較高,使反應(yīng)過程中熱交換及物料的均勻混合有困難,很難制得高分子量的產(chǎn)物。酯交換法是在堿性催化劑存在下,將雙酚A與碳酸二苯酯在高溫高真空和熔融條件下進(jìn)行的。
取雙酚A:碳酸二苯酯=1:(1.05-1.1),反應(yīng)溫度高,酯交換反應(yīng)速度快,但超過180℃雙酚A容易發(fā)生分解,因此酯交換反應(yīng)初期只能以180℃為溫度上限。
酯交換反應(yīng)的催化劑有苯甲酸鈉、醋酸鋰、醋酸鉻、醋酸鈷和氫化鉀等。其用量為雙酚A的0.0025%。
酯交換法工藝有三個步驟:
酯交換 將雙酚A和碳酸二苯酯加入酯交換釜熔融后,加入催化劑,在6650Pa真空下,在175℃左右進(jìn)行酯交換為第一階段反應(yīng)。當(dāng)反應(yīng)體系大量苯酚蒸出后,再升溫至200-230℃,在1330-5320Pa真空下,繼續(xù)蒸出副產(chǎn)物苯酚。當(dāng)蒸出量為理論量的80%-90%時,酯交換即告結(jié)束。用氯氣將反應(yīng)物壓至縮聚釜。
縮聚反應(yīng) 將酯交換后的反應(yīng)物在攪拌和真空(133Pa)下,控制釜內(nèi)溫度為295-300℃進(jìn)行縮聚反應(yīng),脫去苯酚和碳酸二苯酯,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,產(chǎn)物熔融粘度升高,分子量增加,直至所需的指標(biāo)。
后處理 縮聚反應(yīng)結(jié)束后,在惰性氣體中于300℃加熱2-5h,把熔融物排出用10%鹽酸溶液浸泡粒料以除去堿性催化劑的堿金屬離子,再用無離子水洗至pH值等于7,***后干燥后包裝。
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