công nghệ sản xuất polycarbonat Tiểu luận Công nghệ tổng hợp hợp chất trung gian Nguyễn Hồng Liên ĐHBKHN

ĐỀ TÀI:
“SẢN XUẤT POLYCARBONATE”
LỜI MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 2
Phần I/ Giới thiệu chung về Polycarbonates ................................................................... 4
I.1/ Giới thiệu ................................................................................................................... 4
I.2/ Lịch sử phát triển ....................................................................................................... 4
I.3/ Tính chất của polycarbonate ...................................................................................... 5
I.3.1/Công thức cấu tạo

....................................................................... 5

I.3.2/ Các đặc tính của nhựa polycarbonates ................................................................ 5
a. Tính chất vật lý ...................................................................................................... 7
b. Tính chất cơ học .................................................................................................... 7
c. Tính chất khác ....................................................................................................... 8
d. Khả năng chịu hóa học .......................................................................................... 8
I.4/ Ứng dụng ................................................................................................................... 8
a/ Linh kiện điện tử ....................................................................................................... 8
b/ Vật liệu xây dựng. ..................................................................................................... 9
c/ Lưu trữ dữ liệu .......................................................................................................... 9
d/ Ô tô, máy bay, và các thành phần bảo mật ............................................................... 9
e. Ứng dụng thích hợp ................................................................................................ 10
f. Ứng dụng y tế .......................................................................................................... 11
g. Điện thoại ................................................................................................................ 11
I.5/ Tình hình sản xuất và tiêu thụ.................................................................................. 12
I.5.1/ Sản xuất và tiêu dùng polycarbonate ở châu Âu. .............................................. 12
I.5.2/ Sản xuất polycacbonate ở Châu Á .................................................................... 13
Phần II: Nguyên liệu cho quá trình ............................................................................... 13
1

II.1/ Bisphenol A ............................................................................................................ 13
II.1.1/ Giới thiệu ......................................................................................................... 13
II.1.2/ Tính chất .......................................................................................................... 13
II.2/ Phosgene ................................................................................................................. 14
II.2.1/ Giới thiệu ......................................................................................................... 14
II.2.2/ Tính chất: ......................................................................................................... 15
II.2.3/ Ứng dụng.......................................................................................................... 15
Phần III: Các công nghệ sản xuất .................................................................................. 16
III.1. Công nghệ Hiroyuki US 4122112 ......................................................................... 16
III.1.1/ Đặc điểm công nghệ ....................................................................................... 16
III.1.2/ Thuyết minh sơ đồ công nghệ ........................................................................ 19
III.2. Công nghệ Michiaki Fuji ...................................................................................... 19
III.2.1/ Đặc điểm công nghệ ....................................................................................... 19
III.2.2/ Thuyết minh sơ đồ công nghệ ........................................................................ 21
III.3/ Công nghệ Thomas Elsner .................................................................................... 22
III.4/ Sơ đồ tổng quát sản xuất PC ……………………………………................................ 24

Phần IV : Kết luận…………………………………………………....25
Tài liệu tham khảo……………………………………………………………………...26

2


Lời mở đầu
Polycarbonate được phát hiện lần đầu tiên bởi Tiến sĩ Hermann Schnellvào năm 1953 tại
Bayer Munich, Đức. Nó lần đầu tiên được giới thiệu ra thị trường vào năm 1958 bởi
Bayer Mobay, và General Electric. Sau một thời gian dài nghiên cứu và phát triển, với
các đặc tính ưu việt mà nhựa thường không có được như:
+ Độ truyền sáng cao, (tối đa: 90%)
+ Cách nhiệt tốt (tối đa: Ug ~ 1 W/m2.oC)

+ Độ bền va đập cao, hơn 200 lần so Kính xây dựng thông thường
….
Polycarbonate đang dần thay thế các loại nhựa thông thường PE, PP, PS trong các ứng
dụng cho đời sống hàng ngày cũng như trong công nghiệp. Tiểu luận này nhóm chúng em
xin trình bày đề tài: “Sản xuất Polycarbonate”

3


Phần I/ Giới thiệu chung về Polycarbonates
I.1/ Giới thiệu
Polycarbonates (PC) được biết đến với tên thương mại như Lexan,Makrolon, Makroclear
và một số tên khác là một polyme nhiệt dẻo.
Polycarbonate là một trọng lượng nhẹ, rất linh hoạt, bền, chịu nhiệt, chống vỡ, và
formable nhiệt dẻo trong suốt. Nó là vật liệu được lựa chọn cho một loạt các ứng dụng
người dùng cuối đa dạng như DVD, kính và ống kính quang học, đèn pha xe hơi và các
bộ phận, mái nhà trong suốt trong xây dựng, hoặc các thiết bị y tế. Ưu điểm chính của
loại này trên các loại nhựa là sức mạnh tuyệt vời của nó kết hợp với trọng lượng nhẹ.
Trong khi acrylic mạnh hơn kính 17%, polycarbonate gần như không thể phá vỡ. Cửa sổ
chống đạn và vỏ như đã thấy trong các ngân hàng hoặc ổ đĩa thuận thường được làm
bằng nhựa này. Thêm vào đó là lợi thế mà nó chỉ là 1/3 trọng lượng của acrylic, hoặc 1/6
nặng như thủy tinh, và nhược điểm duy nhất là nó đắt hơn một trong hai.
I.2/ Lịch sử phát triển
Polycarbonate có nguồn gốc từ BPA được phát hiện tại Bayer bởi Tiến sĩ Hermann
Schnellvào năm 1953 và ngay tại General Electriccủa Daniel Fox . Nó lần đầu tiên được
giới thiệu ra thị trường vào năm 1958 bởi Bayer Mobay, và General Electric. Nghiên cứu
về nhựa polycarbonate có tăng đều trong hai thập kỷ qua , với hơn 5000 ấn phẩm về chủ
đề này từ năm 1995, và gần 20.000 bằng sáng chế đã xuất hiện trên toàn cầu. Bayer AG ,

4

là người đầu tiên báo cáo các tính chất của một loạt nhựa polycarbonate, đã có bằng sáng
chế phát hành.
Sản xuất thương mại polycarbonate của Bayer AG bắt đầu ở Đức vào năm 1958, và ở
Hoa Kỳ vào năm 1960. General Electric (GE) bắt đầu sản xuất thương mại của Mỹ trong
năm 1960. Sau khi một thời gian kiện tụng, bằng sáng chế Mỹ đã cấp cho Bayer AG , đã
tuyên bố một quá trình chuẩn bị bềnhựa polycarbonate và có nhiều tuyên bố khác nhau
polycarbonat. GE bằng sáng chế cơ bản tuyên bố quá trình ester và các sản phẩm
polycarbonate để hình thành. Kể từ đó nghiên cứu sâu rộng đã được thực hiện trên nhựa
polycarbonate. Hiện nay Hơn một chục nhà sản xuất Polycacbonate tồn tại trên toàn thế
giới
I.3/ Tính chất của polycarbonate
I.3.1/Côngthứccấutạo

I.3.2/ Các đặc tính của nhựa polycarbonates
Polycarbonate (PC) là một axit polycarbonic tuyến tính chuẩn bị ester từ phenol dihydric.
Polycarbonate sở hữu cực kỳ tốt sự ổn định chiều với một sức mạnh tác động cao được
duy trì trong một phạm vi nhiệt độ rộng. Điều này làm cho máy tính lý tưởng để sản xuất
các lá chắn an toàn phòng thí nghiệm , hút ẩm chân không và ống ly tâm .

5


Không thể phá vỡ chân không hút ẩm giữ một chân không 740 mm thủy ngân (29 ")
trong 24 giờ
Polycarbonate có thể được hấp (tối đa nhiệt độ làm việc liên tục 130 ° C, và 140 ° C
trong thời gian ngắn), nhưng một số mất mát về sức mạnh cơ khí xảy ra trên nồi hấp lặp
đi lặp lại và các thiết bị không nên sau đó được sử dụng cho các ứng dụng chân không.
Các mối liên hệ cacbonat trong chuỗi làm chủ đề tài liệu để phản ứng với một loạt các

axit tập trung và các căn cứ và nó hòa tan trong dung môi hữu cơ khác nhau. Cửa hàng
chế tạo nhựa Dynalab Corp fabricates hàng ngàn cửa hàng và máy tính tùy chỉnh sản
phẩm.

6


Lá chắn an toàn máy tính chế tạo từ 1/4 "dày sẽ chịu được nhiệt độ lên đến 130 ° C và lá
chắn chống lại tia cực tím.
a. Tính chất vật lý
- Khối lượng riêng: 1,20 – 1,22 g/cm3
- Chỉ số Abbe (V): 34,0
- Chỉ số khúc xạ (n): 1,584 – 1,586
- Tính dễ cháy: V0 – V2
- Chỉ số oxy giới hạn: 25 – 27%
- Khả năng hấp thụ nước trong 24h: 0,1%
- Giảm bức xạ: tốt
- Giảm tia cực tím (1-380 nm): tốt
b. Tính chất cơ học
- Modun đàn hồi (E): 2,0-2,4 Gpa
- Độ bền kéo: 55-75 Mpa
- Cường độ nén: >80 Mpa
- Khả năng kéo dài: 80-150%
- Tỉ số Poisson: 0,37
- Độ cứng – Rockwell: M70
- Tốc độ truyền âm: 2270 m/s
- Chịu mài mòn: 10-15 mg/1000 chu kỳ
- Hệ số ma sát: 0,31
7

c. Tính chất khác
- Nhiệt độ nóng chảy (Tm): 155oC (311oF)
- Nhiệt độ thủy tinh chuyển tiếp: 147oC (297oF)
- Giới hạn làm việc trên: 115oC – 130oC
- Giới hạn làm việc dưới: -40oC
- Nhiệt dung riêng: 1,2-1,3 kJ/kg
- Cường độ điện môi: 15-67 kV/mm
d. Khả năng chịu hóa học
- Axit đặc: kém
- Axit loãng: tốt
- Rượu: tốt
- Hydrocacbon thơm: kém
- Halogen: kém
- Hợp chất hydrocacbon và halogen: trung bình
- Giá thương mại: 2,6 - 2,8 €/kg
I.4/ Ứng dụng
a/ Linh kiện điện tử
Polycarbonate được sử dụng chủ yếu cho các ứng dụng điện tử mà tận dụng các tính năng
an toàn của mình. Là một chất cách điện điện tốt và có đặc tính chống cháy chịu nhiệt và
nó được sử dụng trong các sản phẩm khác nhau liên quan đến phần cứng điện và viễn
thông. Nó cũng có thể phục vụ như là một điện môi cao-ổn định tụ .Tuy nhiên, sản xuất

8


thương mại của tụ polycarbonate chủ yếu dừng lại sau khi nhà sản xuất duy nhất Bayer
AG ngừng sản xuất bộ tụ cấp polycarbonate vào cuối năm 2000.
b/ Vật liệu xây dựng.
Người tiêu dùng lớn thứ hai của polycarbonat là ngành công nghiệp xây dựng, ví dụ như

cho domelights, kính phẳng hoặc cong, và bức tường âm thanh .
c/ Lưu trữ dữ liệu
Một ứng dụng chính của polycarbonate là việc sản xuất đĩa Compact , DVD , và đĩa Bluray . Các đĩa này được sản xuất bởi ép phun polycarbonate vào một hốc khuôn có một
bên một stamper kim loại có chứa một hình ảnh tiêu cực của các dữ liệu đĩa, trong khi
phía bên nấm mốc khác là một mặt gương. Sản phẩm tiêu biểu của sản xuất tấm / phim
bao gồm các ứng dụng trong quảng cáo (bảng hiệu, hiển thị, bảo vệ poster).
d/ Ô tô, máy bay, và các thành phần bảo mật
Trong ngành công nghiệp ô tô, polycarbonate đúc có thể sản xuất các bề mặt rất trơn tru
mà làm cho nó rất phù hợp cho Sputter lắng đọng hoặc bay hơi lắng đọng nhôm mà
không cần cơ sở-lông. Bezels trang trí và phản xạ quang học thường được làm bằng
polycarbonate. Do trọng lượng thấp và chịu va đập cao, polycarbonate là vật liệu chủ đạo
để làm ống kính đèn pha ô tô. Tuy nhiên, do sức đề kháng đầu thấp và nhạy cảm với suy
thoái cực tím (ố vàng), đèn pha ô tô yêu cầu chất phủ bề mặt bên ngoài. Việc sử dụng
polycarbonate trong các ứng dụng ô tô được giới hạn trong các ứng dụng căng thẳng
thấp. Căng thẳng từ ốc vít, hàn nhựa và khuôn làm polycarbonate dễ bị ăn mòn ứng suất
nứt khi nó tiếp xúc với accelerants nhất định như nước muối và plastisol .
Nó có thể được ép để làm đạn "thủy tinh" , mặc dù "đạn chống" là chính xác hơn cho các
cửa sổ mỏng hơn, như được sử dụng trong cửa sổ đạn kháng trong xe ô tô. Những rào cản
dày của nhựa trong suốt được sử dụng trong các cửa sổ và các rào cản trong các ngân
hàng rút tiền cũng là polycarbonate.
Cái gọi là "chống trộm" bao bì nhựa lớn cho các hạng mục nhỏ hơn, trong đó không thể
mở được bằng tay, được thống nhất làm từ polycarbonate.Tán buồng lái của F-22 Raptor
9


máy bay chiến đấu được làm từ một mảnh chất lượng quang học cao polycarbonate, và là
phần lớn nhất của loại hình của nó được hình thành trên thế giới.
Các công ty an ninh Nam Phi đã phát động "minh bạch thanh tên trộm 'dưới nhiều tên
tuổi bán lẻ, được làm từ polycarbonate
e. Ứng dụng thích hợp

Polycarbonate, là một vật liệu linh hoạt với các đặc tính vật lý chế biến và hấp dẫn, đã thu
hút được vô số ứng dụng nhỏ hơn. Việc sử dụng tiêm đúc chai uống, kính và hộp đựng
thức ăn là phổ biến, nhưng việc sử dụng BPA trong sản xuất polycarbonate đã khuấy
động tranh cãi nghiêm trọng (xem các mối nguy hiểm tiềm năng trong các ứng dụng tiếp
xúc thực phẩm ), dẫn đến sự phát triển và sử dụng "BPA-free" nhựa trong các công thức
khác nhau.
Polycarbonate thường được sử dụng trong bảo vệ mắt, cũng như trong các ứng dụng xem
và ánh sáng đạn chống khác mà thông thường sẽ cho thấy việc sử dụng kính , nhưng yêu
cầu tác động kháng cao hơn nhiều. Ống kính polycarbonate cũng bảo vệ mắt khỏi tia cực
tím ánh sáng. Nhiều loại ống kính được sản xuất từ polycarbonate, bao gồm cả ống kính
ô tô đèn pha, ống kính chiếu sáng, kính mát / kính ống kính , kính bơi và mặt nạ SCUBA,
và kính an toàn / kính / kính che mặt bao gồm kính che mặt trong thể thao mũ bảo hiểm /
mặt nạ và cảnh sát chống bạo động bánh răng . Kính chắn gió trong xe có động cơ nhỏ
thường được làm từ polycarbonate, chẳng hạn như xe máy, ATV, xe golf, và máy bay
nhỏ và máy bay trực thăng.
Trọng lượng ánh sáng polycarbonate như trái ngược với thủy tinh đã dẫn đến sự phát
triển của màn hình hiển thị điện tử để thay thế kính polycarbonate, để sử dụng trong các
thiết bị di động và cầm tay. Hiển thị như vậy bao gồm mới hơn e-ink và một số màn hình
LCD, mặc dù màn hình CRT, màn hình plasma và công nghệ LCD khác thường vẫn yêu
cầu thủy tinh cho nhiệt độ nóng chảy cao hơn và khả năng của nó sẽ được khắc trong chi
tiết tốt hơn.

10


Khi ngày càng nhiều chính phủ đang hạn chế việc sử dụng kính trong quán rượu và câu
lạc bộ do sự gia tăng của glassings , kính polycarbonate đang trở nên phổ biến để phục vụ
rượu vì sức mạnh của họ, độ bền, và cảm giác giống như thủy tinh.
Các mục linh tinh khác bao gồm bền, hành lý gọn nhẹ, MP3/digital trường hợp máy nghe
nhạc , ocarinas , trường hợp máy tính, khiên chống bạo động , bảng chỉ dẫn, container

tealight nến và bình máy xay sinh tố. Nhiều đồ chơi và các mặt hàng sở thích được làm từ
các bộ phận polycarbonate, ví dụ như vây cá, con quay hồi chuyển gắn kết, và flybar
khóa để sử dụng với máy bay trực thăng điều khiển vô tuyến .
Để sử dụng trong các ứng dụng tiếp xúc với thời tiết hoặc tia cực tím bức xạ, xử lý bề
mặt đặc biệt là cần thiết. Này, hoặc có thể là một lớp phủ (ví dụ như tăng khả năng kháng
mài mòn), hoặc một coextrusion tăng cường sức đề kháng thời tiết.
Polycarbonate cũng được sử dụng như một chất nền in ấn nhãn và các hình thức khác của
lớp công nghiệp theo sản phẩm in. Polycarbonate cung cấp một rào cản để mặc, các yếu
tố, và mờ dần.
f. Ứng dụng y tế
Nhiều lớp polycarbonate được sử dụng trong các ứng dụng y tế và thực hiện theo cả hai
tiêu chuẩn ISO 10.993-1 và các tiêu chuẩn USP Lớp VI (đôi khi được gọi là PC-ISO).
Lớp VI là nghiêm ngặt nhất trong sáu xếp hạng USP. Các lớp có thể được tiệt trùng bằng
hơi nước ở 120 ° C, bức xạ gamma , hoặc do ethylene oxide (EtO) phương pháp. Tuy
nhiên, nghiên cứu khoa học chỉ ra vấn đề có thể với biocompatibility . Dow Chemical
hạn chế nghiêm ngặt tất cả các sản phẩm nhựa của nó có liên quan đến các ứng dụng y tế
với.
g. Điện thoại
Một số nhà sản xuất điện thoại thông minh lớn sử dụng polycarbonate. Nokia đã sử dụng
polycarbonate trong điện thoại của họ bắt đầu với N9 trường hợp unibody 's vào năm
2011. Thực hành này tiếp tục với các điện thoại khác nhau trong Lumia loạt. Samsung đã
bắt đầu sử dụng polycarbonate với Galaxy S III nắp pin 's vào năm 2012. Thực hành này
11


tiếp tục với các điện thoại khác nhau trong Galaxy loạt. Apple đã bắt đầu sử dụng
polycarbonate với iPhone 5c trường hợp unibody 's vào năm 2013
I.5/ Tình hình sản xuất và tiêu thụ
I.5.1/ Sản xuất và tiêu dùng polycarbonate ở châu Âu.
Đức là nhà sản xuất chính của polycarbonate ở châu Âu: khoảng 40% tổng sản lượng

châu Âu được sản xuất ở đây, tạo ra khoảng 900 Euro mio giá trị gia tăng. Một thặng dư
thương mại khoảng 560 mio Euro được tạo ra bởi lưới xuất khẩu polycarbonate. Do chức
năng của nó như là một phép công nghệ, gần như 120.000 việc làm ở Đức có liên quan
đến sản xuất và tiêu thụ polycarbonate.
Tiêu thụ quốc gia Đức polycarbonate lớn liên tục hơn 4% mỗi năm trong những năm qua
và đạt khoảng 22% tổng lượng tiêu thụ của EU trong năm 2010. 90% tiêu thụ của Đức
polycarbonate tập trung trong năm lĩnh vực kinh tế trọng điểm: trong truyền thông quang
học, Xây dựng Xây dựng, Điện & Điện tử, ô tô và Lĩnh vực thiết bị y tế.Người ta ước
tính rằng khoảng 8,1 tỷ Euro của giá trị gia tăng phụ thuộc vào polycarbonate Công Nghệ
Đức.
Tiêu thụ polycarbonat ở Đức năm 2010
-Xây dựng và Xây dựng 22%
-Truyền thông quang 29%
-Điện / Điện tử 21%
-Ô tô 10%
-Thiết bị y khoa 8%
-Khác 10%

12


I.5.2/ Sản xuất polycacbonate ở Châu Á
Sản xuất polycarbonate của Trung Quốc được dự báo sẽ tăng 10-15 phần trăm mỗi năm
trong vài năm tới và đạt 1,2 triệu tấn vào năm 2015, trong khi nhu cầu sẽ đạt 2 triệu tấn
vào năm 2015, theo Trung Quốc Công nghiệp hóa chất News.
Tờ báo cho biết Trung Quốc hiện đang tiêu thụ 1,3 triệu tấn polycarbonate mỗi năm,
chiếm khoảng 30 phần trăm của mức tiêu thụ toàn cầu. Tuy nhiên, thị phần của Trung
Quốc trong sản xuất polycarbonate toàn cầu là thấp hơn rất nhiều.
Đến năm 2015, tỷ lệ sản xuất để tiêu thụ sẽ đạt 50-60 phần trăm, báo cáo cho biết.
Phần II: Nguyên liệu cho quá trình

II.1/ Bisphenol A
II.1.1/ Giới thiệu
-

Bisphenol A (BPA) tên gọi khác của 4,4’-dihydroxydiphenyldimethylmeth

-

Công thức hóa học C15H16O2

-

Khối lượng phân tử M=228,29.

-

Công thức cấu tạo

II.1.2/ Tính chất
-chất bột hoặc tinh thể màu trắng.
-nhiệt độ nóng chảy khoảng 1580C
-áp suất bốc hơi 0.2 mmHg ( Ở 1700C ).

13


Bisphenol A là chất dùng trong chế tạo nhựa polycarbonate.nhiều loại đồ hộp thực phẩm
nếu sử dụng loại nhựa này có thể cũng chứa dư lượng Bisphenol A nhất định và có thể
thôi nhiễm ra thực phẩm khi được dùng để chứa đựng thực phẩm.
một số nghiên cứu cho rằng BPA có tác dụng phụ có hại như :

_ BPA biểu hiện khả năng kích sự nhân lên của tế bào ông thư vú.
_có khả năng đột biến nội tiết tố.
_tuy nhiên những nghiên cứu này chưa được kiểm chứng cụ thể trên người.cũng như
chưa có bằng chứng cho thấy BPA có nguy gây đau tim và đái tháo đường.
_theo kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học Mỹ,các loại bình sữa trẻ em bằng nhựa
polycarbonate có chứa chất BPA gây rối loạn hệ thần kinh,hoạt động sinh sản,về lâu dài
có thể tổn thương não bộ và gây một số chứng bệnh khác.
II.2/ Phosgene
II.2.1/ Giới thiệu

-

công thức hóa học COCl2

-

là chất khí rất độc đã từng là vũ khí chết người trong thế chiến I nhưng lại là hợp
chất có giá trị trong điều chế nhiều hợp chất hữu cơ cũng như dược chất. Phosgene
được điều chế bằng cách cho hỗn hợp CO, Cl2 tinh khiết đi qua cacbon hoạt tính:
CO + Cl2 → COCl2 (ΔHrxn = −107.6kJ/mol)
Một lượng đáng kể phosgene được dùng cho phản ứng với bisphenol A (BPA) để
điều chế các polycarbonate, là hợp chất quan trọng trong kỹ thuật chế tạo plastic
nhiệt dùng làm thấu kính hay kính đeo mắt
14


HOCR2-X-CR2OH + COCl2 → 1/n [OCR2-X-CR2OC(O)-]n + 2 HCl
Khi phản ứng với nước, phosgene tạo ra CO2 và HCl
COCl2 + H2O → CO2 + 2 HCl
Ở trạng thái khí, phosgene phản ứng với NH3 tạo Urea

COCl2 + 4 NH3 → CO(NH2)2 + 2 NH4Cl
II.2.2/ Tính chất
Tính chất không ổn định của các yếu tố làm nóng vào hai phosgene, xé hiệu ứng khí.
Diphosgene thủy phân chậm trong nước lạnh, đầy đủ thủy phân cần vài giờ một ngày.
Diphosgene sôi có thể hoàn thành quá trình thủy phân trong một vài phút, để tạo ra axit
clohydric và carbon dioxide, một chất xúc tác cơ bản để tăng tốc độ.
- Khối lượng phân tử: 197.82g/mol
- Trọng lượng phân tử: 197,82
Phương pháp
Hai phosgene bởi bức xạ tia cực tím khử trùng bằng clo tự do căn bản của methyl
chloride để có được:
-

Cl-CO-Och 3 3 Cl2 - (HV) → Cl-CO-OCCl3 3 HCl

-

Methyl chloride cũng có thể thu được khí hai tròng gốc tự do:
H-CO-Och 3 4 Cl2 - (HV) → Cl-CO-OCCl3 4 HCl

II.2.3/ Ứng dụng
-

Một lượng đáng kể phosgene được dùng cho phản ứng với bisphenol A (BPA) để
điều chế các polycarbonate, là hợp chất quan trọng trong kỹ thuật chế tạo plastic
nhiệt dùng làm thấu kính hay kính đeo mắt
HOCR2-X-CR2OH + COCl2 → 1/n [OCR2-X-CR2OC(O)-]n + 2 HCl
Khi phản ứng với nước, phosgene tạo ra CO2 và HCl
COCl2 + H2O → CO2 + 2 HCl
Ở trạng thái khí, phosgene phản ứng với NH3 tạo Urea

COCl2 + 4 NH3 → CO(NH2)2 + 2 NH4Cl
15


-

Thiên nhiên
Phosgene là một tác nhân ngạt đôi. Một thời gian chiến tranh người Đức đã sử
dụng phosgene đôi như một vũ khí hóa học.
Nồng độ khác nhau về vai trò kép phosgene của con người
Nồng độ (mg / m ^ 3):

-

Hiệu ứng:0,41
Có thể ngửi thấy mùi
Tiếp xúc có thể gây ra sự kích thích đáng kể giây
1-2 phút tiếp xúc gây ra chấn thương nghiêm trọng
30 phút tiếp xúc gây tử
Phần III: Các công nghệ sản xuất

III.1. Công nghệ Hiroyuki US 4122112
III.1.1/ Đặc điểm công nghệ
-

Sản xuất oligomer PC bằng phản ứng giữa hợp chất hydroxyl với photgen.

-

Thời gian phản ứng ngắn hơn so với công nghệ chỉ sử dụng 1 thiết bị phản ứng

dang thùng cánh khuấy do có thêm thiết bị phản ứng dạng ống.

-

Hợp chất hydroxyl :

-

Dung dịch bazo thường dùng NaOH hay KOH với nồng độ 5-10%.

-

Quá trình sản xuất gồm 2 giai đoạn :
Giai đoạn 1 xảy ra trong thiết bị phản ứng dạng ống, chủ yếu để chuyển hóa
dihydroxyl thành – OCOCl- bằng quá trình photgen hóa.

16


Giai đoạn 2 diễn ra trong thiết bị phản ứng dạng thùng có cánh khuấy nhằm tạo ra
các oligomer PC với khối lượng phân tử tương đối thấp qua 2-20 phản ứng trùng
hợp liên tiếp.

Các oligomer PC tạo thành PC qua các phản ứng trùng hợp ( từ 20-100 pư liên
tiếp ) trong thiết bị polymer hóa với sự có mặt của xúc tác.
-

Nhiệt độ thiết bị phản ứng : 200C.

-

Lưu lượng tuần hoàn sản phẩm : 1500 l/h.

-

Quá trình polymer hóa diễn ra trong 30 phút.

17


Chú thích :
1 : Dihydroxyl 2 : NaOH.
3 : Photgen. 4 : Dung môi hữu cơ.
5 : Thiết bị phản ứng dạng ống. 6 : Thiết bị phản ứng dạng thùng.
7 : Sản phẩm. 8 : Cánh khuấy.
9 : Vỏ trao đổi nhiệt. 10 : Cửa nước vào.
11 : Cửa hơi ra. 12 : Bơm tuần hoàn.
13 : Thiết bị làm mát. 14, 15 : Đường nước làm mát ra, vào.
16, 17 : Đường tháo sản phẩm.

18


III.1.2/ Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Hỗn hợp nguyên liệu dihydroxyl 1 cùng dung dịch NaOH 2 với photgen 3 và dung môi
hữu cơ 4 được bơm vào thiết bị phản ứng dạng ống 5 để tiến hành giai đoạn 1 của quá
trình phản ứng. sản phẩm 7 của quá trình này được đưa vào thiết bị phản ứng dạng thùng
cánh khuấy 6 có hỗ trợ vỏ trao đổi nhiệt bên ngoài nhằm duy trì mức nhiệt ổn định cho
thiết bị phản ứng 6.
Sản phẩm của giai đoạn 2 được bơm tuần hoàn 12 tuần hoàn hỗn hợp phản ứng sau khi

qua thiết bị làm lạnh 13.
Để kiểm soát mức chất lỏng trong thiết bị phản ứng và lấy sản phẩm
III.2. Công nghệ Michiaki Fuji
III.2.1/ Đặc điểm công nghệ
-

Công nghệ này có thể tạo ra sản phẩm có sức bền cơ học cao, có khả năng chịu
nhiệt, chỉ số khúc xạ thấp, giảm khả năng khúc xạ kép, độ truyền quang cao.

-

Sản phẩm PC được bổ sung 1 hay nhiều hợp chất hydroxyl, đây là các hợp chất có
ít nhất 1 nhóm – CH2O- trong phân tử.

-

Nguyên liệu : Dyphenyl cacbonat, hợp chất isosorbide và alicyclic dihydroxyl (
hợp chất này đồng trùng hợp nhằm tăng cường độ cứng, khả năng chịu nhiệt cho
sản phẩm PC )

-

Quá trình xảy ra trong hai giai đoạn:
Giai đoạn 1 : Hỗn hợp hợp chất dihydroxyl và dyphenyl cacbonat được cho vào
thiết bị phản ứng. Quá trình đa trùng ngưng được kiểm soát trong khoảng nhiệt độ
từ 150-2700C, sản phẩm PC giảm độ nhớt từ 0,03-0,4 dL/g.
Giai đoạn 2 : Qúa trình đa trùng ngưng tiếp tục được diễn ra trong thiết bị phản
ứng nằm ngang

-

Nhiệt độ các thiết bị :
11a : 180
6a : 210, 0,101 MPa.
19


11b : 210
6b : 210, 13,3 kPa
11c : 215
6c : 220, 2 kPa
11d : 225
6d : 230, 67 Pa
11e : 230
9a : 230, 67 Pa.
-

Thời gian lưu trong thiết bị phản ứng 6a : 80 phút.

20


Chú thích :
1a-1 : Nguyên liệu diester axit cacbonic. 1b,1c : Hợp chất dihydroxyl
2a : Thùng khuấy trộn nguyên lệu 3a : Cánh khuấy dạng mỏ neo
4a : Bơm nguyên liệu 5a : Đường cung cấp xúc tác.
6a, 6b, 6c, 6d : Thiết bị phản ứng dạng thùng cánh khuấy thẳng đứng.
7a, 7b, 7c : cánh khuấy dạng mái chèo.
7d : Cánh khuấy dạng lưỡi xoắn.
8a, 8b, 8c, 8d : Ông chưng.

9a : Thiết bị phản ứng dạng thùng cánh khuấy nằm ngang.
10a : Cánh khuấy.
81a, 81b, 81c, 81d, 81e : Thiết bị ngưng tụ.
82a, 82b, 82c, 82d, 82e ; Thiết bị giảm áp.
11a, 11b, 11c, 11d, 11e : Thiết bị gia nhiệt.
21b, 21c, 21d : Bơm răng khía.
III.2.2/ Thuyết minh sơ đồ công nghệ
Đầu tiên, nguyên liệu diphenyl cacbonat dưới dạng lỏng được dẫn vào qua cửa 1a-1,
hợp chất isosorbide và alicyclic dihydroxyl dẫn vào qua cửa 1b, 1c để vào bước chuẩn bị
nguyên liệu được thực hiện trong thiết bị khuấy trộn 2a với sự hỗ trợ của cánh khuấy mỏ
neo 3a. Sau đó, hỗn hợp nguyên liệu được đưa tới bước đa trùng hợp nhờ bơm 4a tới lần
lượt các thiết bị phản ứng thẳng đứng 6a, 6b, 6c, 6d và thiết bị phản ứng nằm ngang 9a.
Ba thiết bị 6a, 6b, 6c được hỗ trợ cánh khuấy MAXBLEND 7a, 7b, 7c. Thiết bị phản ứng
21


6d được hỗ trợ cánh khuấy dạng xoắn. Thiết bị 9a có cánh khuấy dạng mái chèo 10a.
Ngoài ra, trước khi hỗn hợp đi vào thiết bị phản ứng đều được gia nhiệt trong các thiết bị
11a, 11b, 11c, 11d, 11e nhờ các bơm hỗ trợ.
Các ống chưng 8a, 8b, 8c, 8d ,8e có vai trò chưng tách sản phẩm phụ là phenol của quá
trình đa trùng ngưng. Các ống chưng này nối liền với các thiết bị ngưng tụ 81a, 81b, 81c,
81d, 81e để hóa lỏng phenol. Tương ứng với đó, các thiết bị giảm áp 82a, 82b, 82c, 82d,
82e của các thiết bị phản ứng phản ứng 6a, 6b, 6c, 6d và 9a.
Sản phẩm cuối cùng có độ nhớt 0,56, hàm lượng axit formic dưới 2 ppm được lấy ra từ
đáy thiết bị phản ứng số 9a.
III.3/ Công nghệ Thomas Elsner
-

Sản xuất polycarbonate dạng hạt có độ tinh khiết cao và siêu tinh khiết

-

Sơ đồ công nghệ
Thuyết minh: dòng dung dịch polyme được làm sạch qua 3 giai đoạn, ở giai đoạn
thứ nhất dung dịch chứa 5-20% khối lượng polycabornates được bơm (1) vào thiết
bị trao đổi nhiệt (2) được đun nóng trong thiết bị đun nóng (3) lên nhiệt độ 1700C
(thiết bị trao đổi nhiệt (2) là các ống trao đổi nhiệt có đường kính ống 10mm,
chiều dài ống 4m, được làm từ hợp kim 59). Sau khi được đun nóng, dung dịch
được cho vào tháp tách (4) ở áp suất 0,14MPa, ở đây phần dễ bay hơi được tách ra
và làm lạnh ở thiết bị ngưng tụ (5), còn phần nặng chứa polyme được tách ra ở
đáy. Kết thúc giai đoạn 1 thu được dung dịch chứa khoảng 60% khối lượng
polycarbonates. Dung dịch này được bơm (6) đưa vào giai đoạn 2 của quá trình
cho vào thiết bị trao đổi nhiệt (7) được đun nóng lên nhiệt độ 2500C ở thiết bị đun
nóng (8). Sau đó cho vào tháp tách (10) ở áp suất 0,35MPa, phần nhẹ bay hơi trên
đỉnh tháp được ngưng tụ ở thiết bị ngưng tụ (9), kết thúc giai đoạn 2 ta thu được
dung dịc polycarbonates có độ tinh khiết 75% . Trong giai đoạn làm sạch thứ 3
dung dịch polyme đi ra từ tháp tách (10) được bơm (11) bơm vào thiết bị trao đổi
nhiệt (12) ở ngay trong thiết bị tách (13). Các ống trao đổi nhiệt có đường kính
22


10mm, chiều dài 2m và được làm bằng hợp kim 59, lưu lượng dòng vào mỗi ống
là 5kg/h. Áp suất trong tháp tách (13) là 0,1Mpa, sau giai đoạn 3 ta thu được dung
dịch polycarbonate có độ tinh khiết 98,5%. Trong giai đoạn làm sạch thứ 4, dung
dịch polycarbonates sẽ được tách trong tháp tách (17) ở áp suất 0,1kPa thu được
dung dịch polycarbonates có độ tinh khiết 99,5%.
Sau khi rời tháp tách (17) dung dịch polycarbonates được bơm (18) vào thiết bị tạo
hạt (19). Các hạt olycarbonates có độ nhớt 1,29 (đo ở 250C trong methylene
chloride ở nồng độ 5 g/l). Phần bisphenol A (BPA) trong hạt polycarbonates là
khoảng 5 ppm, được đo bằng sắc ký khí.

23


III.4/ sơ đồ tổng hợp công nghệ sản xuất PC

24


IV: Kết luận

- Sự phát hiện và đưa PC vào cuộc sống của con người đóng một vai trò quan
trọng trong công nghệ và sự phát triển không ngừng của xã hội.
- PC được úng dụng rất nhiều trong các nghành nghề quan trọng như y tế, xây
dựng, công nghệ thông tin, điện tử….. nên 2 thập niên gần đây PC được
quan tâm và phát triển rất mạnh mẽ.
- Các nhà khoa học và các nhà sản xuất đang hướng tới năm 2015 sẽ phát
triển và mở rộng quy mô sản xuất để cung cấp đủ lượng PC cho nhu cầu sử
dụng của con người.

25