تحقیق دربارة پلیمرهای پلی¬كربنات (ترموپلاستیك آروماتیك)

این گزارش تكنولوژی، هزینه و بازار پلی كربنات‌ها را كه از سه روش فسژنیزاسیون محلولی فسژنیزاسیون بین سطحی و ترانس استریفیكاسیون تهیه می‌شوند را ارائه می‌كند. 2 نوع از دو روش اول و یك نوع از روش سوم ارائه خواهد شد. همچنین نحوه تولید گرید مقام در برابر شعله و  اكستروژن دوباره پلیمر برای تولید گریدهای خاص بیان خواهد شد.

این تحقیق به پلی كربنات ترمو پلاستیك آروماتیك بر پایه بیس فنول A محدود است، كه مهمترین مزیت پلی كربنات از نقطه نظر تجاری می‌باشند. در PEP گزارش 50، كوپلیمرها فقط با توجه به بیس فنول A و بیس فنول A هالوژنه  و یا مقدار كمی از عوامل سه گروهی شاخه‌ای در نظر گرفته شده است بدلیل عرضه تجاری گریدهای خاصی، می‌بایستی هم كوپلیمرها و آلیاژها را در نظر گرفت، كوپلیمرهایی كه تجاری نیستند و همچنین آلیاژهایی كه پلی كربنات جزء كم هستند در نظر گرفته نمی‌شوند.

این گزارش هیچگونه آنالیزی در مورد پلیمرهای فوم ، پلیمرهای تقویت شده با الیاف و افزودنیهایی ضد شعله كه موضوعPEPهای مختلف هستند را ارائه نمی‌كند. مواد اولیه خام بیس فنول A . فسژن و تترابروموبیس فنول A (TBBPA) موضوعPEP شماره 81 می‌باشند. منابع اطلاعاتی ، پتنت‌ها، جزوات و مقالات مربوطه از سال 1976 می‌باشد.

2- خلاصه

بعد از 7 سال افزایش سالیانه 20% مصرف در ایالات متحده آمریكا، بیش از 60% در سال 1973 افزایش یافت. افزایش در سال 1974 با توجه به منحنی‌های مقدماتی برابر %10 بود كه احتمالاً كمتر از مقدار واقعی آن می‌باشد. با ظرفیت جدید تولید، میانگین افزایش تولید سالیانه 20% یك پیش‌بینی قابل قبول برای كلیه محلهای تولید مانند اروپای غربی، ایالات متحده و ژاپن می‌باشد. مصرف به میزان تجارت بود و همچنین  به كمبود محصولات رقابتی بستگی خواهد داشت. تولید آن با كمبود مواد اولیه ممكن است محدود شود.

بعد از 15 سال از تجاری شدن پلی كربنات، ظرفیت كلی جهان كمتر از 500 میلیون پوند بر سال می‌باشد.

از نقطه نظر رقابتی، تجارت توسط بایر، توابع آن موبای و جنرال الكتریك كنترل می‌شود. یك سرمایه كلان در فروش و سرویس تكنیكی نیاز می‌باشد تا این حكمفرمایی شكسته شود. جنرال الكتریك 75 میلیون دلار فقط در مت ورنون و ایندین فاسیلیتی  (Indian facilities) سرمایه‌گذاری كرده است. میزان تولید، تولید كنندگان عمده در اوایل 1973 بصورت زیر می‌باشد:

میلیون پوند بر سال        هزار تن بر سال

بایر              220            100

جنرال الكتریك     150            68

موبای             18             40

یكی از مهمترین چیزهای مورد نیاز تعدد گریدهای مختلف می‌باشد. گریدهای جدید خواص زیادی از جمله مقاومت در برابر شعله، مقاومت در برابر آسیب، مقاومت در برابر اشعهuv ، تركیب سفتی و مقاومت ضربه، مناسب بودن برای قالب‌گیری چرخشی و همچنین مناسب بودن برای فومهای ساختاری را دارا هستند. رشد عمده اخیراً در تهیه شیشه، Lighting و علامات می‌باشد. بعنوان شیشه نشكن پلی كربنات‌ها به موقعیت رزین‌های آكریلیك نفوذ كرده‌اند روم و هاس در حل ورود به بازار شیشه‌های پلی كربنات از طریق خرید دستگاههای ورق‌سازی و تجارب از شركت رولند (Rowland) یك شركت كوچك كه رقابت در این بازار حساس به سرمایه را مشكل می‌دانست می‌باشند. روم و هاس امروزه تولید كننده پلیمر پلی كربنات نمی‌باشند مهارت و سرمایه مورد نیاز و همچنین بازار پلی كربنات بیان كننده آنست كه فقط در كشورهایی پیشرفته استفاده خواهند شد.

نفوذ پلی كربنات‌ها به بازار سنتی پلیمرهای دیگر و فلزات، با افزایش تولید و در نتیجه كاهش قیمت آنها بیشتر می‌شود. در سال اخیر این روند قیمت بدلیل افزایش تورم برعكس شده است. حداقل قیمت در ایالات متحده 98 سنت بر پوند در مقایسه با 75 سنت بر پوند و  قیمت تجاری اولیه می‌باشد. با این وجود، نفوذ در بازار بدلیل تأثیر تورم بر اجناس رقابتی همچنان ادامه دارد.

تولید كنندگان سه روش عمده برای تولید پلی كربنات بكار می‌برند: فسژنیزاسیون محلولی، فسژنیزاسیون بین سطحی و ترانس استریفیكاسیون. فقط كسر كمی از تولید كل توسط ترانس استریفیكاسیون می‌باشد و مقدار عمده تولید از طریق فسژنیزاسیون بین سطحی می‌‌باشد. اما تفكیك دقیق در میزان آن از مقالات مشخص نمی‌باشد. كلیه این روشها به انضمام دو متغیر و یك روش بر ای گرید مقاوم در برابر شعله در این گزارش نوشته شده است.

فسژنیزاسیون محلولی شامل واكنش بیس فنول A با فسژن در حضور پیریدین بعنوان گیرنده اسید ] تا محصول جانبی اسید كلریدریك تولید كند[ و p-t بوتیل فنول (PTBP) بعنوان اختتام دهنده زنجیربا متیلن كلراید بعنوان حلال می‌‌شود. یك پلیمر واحد تكراری تولید می‌شود كه انتهای زنجیر با گروههای p-t بوتیل فنیل اختتام یافته است. پلیمر باز یافت شده، اكسترود می‌شود و بصور ت چیپهایی بریده می‌شود فسژنیزاسیون محلولی بصورت تجاری توسط جنرال الكتریك استفاده می‌شود.

در فسژنیزاسیون بین سطحی، یك فاز Caustic  آبی اسید هیدروكلریك را جذب كرده و از پریدین استفاده نمی‌شود. تری اتیل آمین این واكنش را سرعت می‌بخشد.

فسژنیزاسیون بین سطحی بصورت تجاری توسط شركتهای بایره موبای و تولید كنندگان ژاپنی استفاده می‌شود.

توانس استریفیكاسیون واكنش بین دی فنیل كربنات با بیس فنول A در دمای بالا (elevated) می‌باشد. ملكولهای پلیمری كه از این طریق تولید می‌شود با گروههای فنیل خاتمه می‌یابند. ترانس استریفیكاسیون بصورت تجاری توسط شركت بایر و شركتهای تحت لیسانس آن استفاده می‌‌شود.

جدول 2-1 ارزیابی ما را از تولید گریدهای تزریق پلی كربنات نشان می‌دهند در فسژنیزاسیون محلولی پیوسته (ستون اول جدول) از یكسری راكتور همزن دار استفاده می‌شود. هزینه‌ها بالاتر از فسژنیزاسیون بین سطحی توسط راكتورهای مشابه (ستون دوم) می‌باشد. كه یكی از دلایل آن می‌تواند بدلیل نیاز به بازیافت پیریدین باشد.

در روش راكتور پیوسته (ستون سوم) فسژنیزاسیون بین سطحی در یك راكتور tubular كه بعد از آن راكتورهای ناپیوسته(Batch) همزن‌دار وجود دارد انجام می‌شود. هزینه‌های نشان داده شده بیشتر از هزینه‌های فسژنیزاسیون بین سطحی با استفاده از راكتورهای پیوسته همزن‌دار (ستون دوم) می‌باشد. این امر بدلیل زمان طولانی‌تر واكنش – همانطور كه در پتنت نشان داده شده است- می‌باشد. علی ایحال هیچگونه اطلاعات كینتیكی دقیقی وجود ندارد. راكتور پیوسته توسط ایدمیتسو (Idemitsu)ابداع گردید. اما طراحی پروسس ما برابر با محاسبات اقتصادی ایدمیتسو نمی‌باشد.

فسژنیزاسیون محلولی ناپیوسته (ستون چهارم) برای مقایسه با فسژنیزاسیون محلولی
پیوسته (ستون اول) نوشته شده است. هزینه‌های سیستم ناپیوسته بدلیل نیاز به فضای بیشتر برای راكتور و Surge،20 میلیون پوند در سال بیشتر می‌باشد. اما اختلافات بطور نسبی كم می‌باشد. زیرا تغییر محصولات در سیستم ناپیوسته ساده‌تر است. و چنین سیستمی در صورت نیاز به تولید گریدهای مختلف در یك مجتمع ترجیح داده می‌شود. در عین حال  موقعیت اقتصادی سیستم ناپیوسته با كاهش ظرفیت تولید بهتر می‌شود.

با وجود اینكه مقایسه‌ها برای گرید تزریق می‌باشد، اما پروسس‌های بحث شده تا با اینجا برای تولید تمام گریدهای پلی كربنات مناسب می‌باشند. ترانس استریفیكاسیون برای تولید گریدهای ویسكوز مناسب نمی‌باشد، بنابراین ارزیابی آن بر اساس نصف ظرفیت گرید تزریق انجام می‌شود. همانطور كه در جدول نشان داده شده است (ستون پنجم) حتی با وجود  ظرفیت كم، حداقل هزینه استهلاك را دارد. و در نتیجه هزینه تولید بسیار مناسبی در مقیاس برابر را خواهد داشت، متاسفانه كیفیت محصول تولید شده توسط روش ترانس استریفیكاسیون كمتر از روشهای دیگر می‌باشد.

با وجود اینكه پلی كربناتها ذاتاً  در برابر سوختن مقاوم هستند ، اما گریدهای خاص مقاوم در برابر شعله كه حاوی هالوژنها و احتمالاً عناصر دیگر می‌باشند عرضه شده‌اند. ما هیچگونه اطلاعات دقیق در مورد تركیبهای تجاری نداریم. ستون ششم جدول یك ارزیابی از پلی كربنات مقاوم در برابر شعله حاوی 5% وزنی برم ( از طریق تترابرموبیس فنول A) را نشان می‌دهد. پلیمر در این مورد از طریق فسژنیزاسیون محلولی پیوسته تولید شده است. در نتیجه ستون ششم می‌بایستی با ستون اول مقایسه شود. كل هزینه مواد برای گرید مقاوم در برابر شعله شامل 3/3 سنت بر پوند از گرید تزریق بیشتر است. با مقایسه، هزینه استهلاك برای گرید مقاوم در برابر شعله (شامل 3 سنت بر پوند هزینه  فروش و تحقیق بیشتر از حالت عادی) 20 سنت بر پوند بیشتر باشد.

بجای استفاده از امكانات ویژه‌ای برای تولید گرید مقاوم در  برابر شعله، می‌توان مستر بچ هایی حاوی مقدار زیاد برم ساخت. سپس این مستر بچ را می‌توان با گریدهای استاندارد آلیاژ كرد و دوباره آنها را اكسترود نمود. ستون آخر هزینه اضافی مورد نیاز برای آلیاژسازی و اكستروژن دوباره را نشان می‌دهد. اشكال شامل قیمت رزین و افزودنیها نمی‌شوند.

در كلیه پروسس‌هایی كه ارزیابی شد، (بجز ترانس استریفیكاسیون) پلیمر در یك نقطه بصورت پودر می‌باشد. در نتیجه افزود نیها را می‌توان قبل از اكستروژن با آن آلیاژ كرد. حتی در این موارد، توانایی تولید مستر بچ‌هایی برای تقاضاهای متغیر بازار مطلوب است. ستون آخر همچنین برای چنین اهدافی نیز قابل اعمال می‌باشد.