폴리카보네이트(PC)는 카보네이트기를 함유하는 분자사슬로, 분자구조에 따라 다양한 에스터기를 갖고 있으며, 지방족, 지환족, 방향족으로 구분할 수 있는데, 그 중 방향족기가 가장 실용적이며, 가장 중요한 비스페놀 A형 폴리카보네이트로, 일반적으로 평균 분자량(Mw)이 20~100,000이다.

그림 PC 구조식

폴리카보네이트는 강도, 인성, 투명성, 내열성, 내한성, 가공 용이성, 난연성 등 종합적인 성능이 뛰어나며, 주요 하류 응용 분야는 전자 제품, 시트, 자동차입니다. 이 세 산업은 폴리카보네이트 소비량의 약 80%를 차지합니다. 기타 산업 기계 부품, CD-ROM, 포장, 사무 장비, 의료 및 건강 관리, 필름, 레저 및 보호 장비 등 여러 분야에서도 광범위한 응용 분야를 달성하여 가장 빠르게 성장하는 부문에서 5대 엔지니어링 플라스틱 중 하나가 되었습니다.

2020년 전 세계 PC 생산 능력은 약 588만 톤이며, 중국의 PC 생산 능력은 연간 194만 톤으로, 생산량은 약 96만 톤에 달했습니다. 반면 2020년 중국의 폴리카보네이트 소비량은 234만 톤에 달해 약 138만 톤의 부족분을 해외에서 수입해야 했습니다. 막대한 시장 수요는 생산량 증대를 위한 수많은 투자를 유치했으며, 중국에서는 동시에 건설 중이거나 제안된 PC 프로젝트가 많을 것으로 예상됩니다. 향후 3년 안에 국내 생산 능력이 연간 300만 톤을 돌파할 것으로 예상되며, PC 산업의 중국 이전이 가속화될 것으로 예상됩니다.

그렇다면 PC의 생산 공정은 무엇일까요? 국내외 PC 개발 역사는 어떠할까요? 중국의 주요 PC 제조업체는 어디일까요? 다음으로 간략하게 살펴보겠습니다.

PC 3대 주류 생산 공정 방법

계면 폴리축합 광가스법, 전통적인 용융 에스테르 교환법, 비광가스 용융 에스테르 교환법은 PC 산업의 세 가지 주요 생산 공정입니다.
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1. 계면 축합 포스겐법

포스겐을 불활성 용매에 넣고 비스페놀 A의 수산화나트륨 수용액을 반응시켜 저분자량 폴리카보네이트를 생성한 후, 이를 축합시켜 고분자량 폴리카보네이트를 생성하는 반응입니다. 한때 산업용 폴리카보네이트 제품의 약 90%가 이 방법으로 합성되었습니다.

계면 중축합 포스겐법(PC)의 장점은 상대 분자량이 1.5~2×105에 달할 수 있고, 생성물의 순도가 높으며, 광학 특성이 우수하고, 가수분해 저항성이 우수하며, 가공이 용이하다는 것입니다. 단점은 중합 공정에서 독성이 강한 포스겐과 염화메틸렌과 같은 독성 및 휘발성 유기 용매를 사용해야 하며, 이는 심각한 환경 오염을 유발한다는 것입니다.

용융 에스테르 교환법은 온토제닉 중합이라고도 불리며, 바이엘이 최초로 개발한 방법으로, 고온, 고진공, 촉매 존재 상태에서 용융 비스페놀 A와 디페닐 카보네이트(디페닐 카보네이트, DPC)를 사용하여 에스테르 교환, 사전 축합, 축합 반응을 실시합니다.

DPC 공정에 사용되는 원료에 따라 전통적인 용융 에스테르 교환법(간접 광가스법이라고도 함)과 비광가스 용융 에스테르 교환법으로 나눌 수 있습니다.

2. 전통적인 용융 에스테르 교환 방법

2단계로 구분된다: (1) 포스겐 + 페놀 → DPC; (2) DPC + BPA → PC. 이는 간접 포스겐 공정이다.

공정이 짧고 용매가 필요 없으며 생산비용이 계면축합 포스겐법보다 약간 낮지만, DPC 생산 공정은 여전히 ​​포스겐을 사용하고 DPC 생성물에는 미량의 클로로포르메이트기가 포함되어 있어 PC의 최종 제품 품질에 영향을 미치며, 어느 정도 공정 진행에 제한을 가합니다.

3. 비포스겐 용융 에스테르 교환법

이 방법은 (1) DMC + 페놀 → DPC, (2) DPC + BPA → PC의 2단계로 나뉜다. 즉, 디메틸카보네이트 DMC를 원료로 하고 페놀을 이용하여 DPC를 합성한다.

에스테르 교환 및 축합 반응에서 생성된 부산물인 페놀은 DPC 합성 공정에 재활용될 수 있어 재료 재사용 및 경제성이 우수합니다. 원료의 순도가 높아 건조 및 세척이 필요 없어 제품 품질이 우수합니다. 포스겐을 사용하지 않는 친환경적인 친환경 공정입니다.

석유화학기업의 3대 폐기물에 대한 국가적 요구 석유화학기업의 안전 및 환경보호에 대한 국가적 요구가 높아지고 포스겐 사용에 대한 제한이 강화됨에 따라, 비포스겐 용융에스테르 교환기술은 점차 향후 계면중합법을 대체하여 세계 PC생산기술 개발의 방향으로 나아갈 것입니다.