本发明涉及一种高分子材料，尤其涉及一种聚碳酸酯制备工艺。
背景技术：
1、聚碳酸酯(pc)是一种综合性能极为优异的工程塑料,在汽车、电子、建材、航天、医疗器械及信息等领域，均以其独特的性能显示出十分广阔的应用前景。作为五大工程塑料中发展最快的品种，近年来聚碳酸酯的海内外需求量越来越高。
2、由于聚碳酸酯是高分子材料，其较高的分子量使聚碳酸酯显示出良好的机械性能。然而，众所周知，高分子材料的机械性能不仅取决于其平均分子量，而且在很大程度上取决于其分子量分布，因此，为了能够通过其平均分子量来判断高分子量材料的“质量”,还必须考虑其分子量分布，尤其是更窄的分子量分布表现出更高的物性稳定性以及材料性能，是目前中高端应用极致追求的高端产品质量要求。
3、界面光气化法主要是通过芳族二羟基化合物的碱性溶液在常温下的光气化实现聚碳酸酯的制备，参见《chemistry and physics of polycarbonates,polymer reviews,h.schnell，第9卷，john wiley and sons，inc.(1964)》。该方法相对于传统的熔融酯交换法制得的pc在分子量分布上表现出更窄的趋势，获得了更加广泛的应用，但目前为止，海内外主要的pc生产厂商公开的产品指标mw/mn一般在2.0以上，很难获得进一步的降低，从而限制了产品的应用范围。
4、因此，本发明基于以上行业需求和痛点问题，考虑在现有聚碳酸酯工业化生产过程中寻求一种新型的合成制备工艺，目标是调整聚合反应工艺实现分子量分布的收窄以深度提升产品质量。
技术实现思路
1、为了解决以上技术问题，本发明提出一种聚碳酸酯制备工艺。
2、本发明人在持续研究中发现，为保证光气化反应速率，一般要保证原料芳族二羟基化合物在碱液中的完全解离状态。在进一步深度研究中，令人意外的是，通过将水相溶液中单解离状态的芳族二羟基化合物含量控制在30-60％，并且协同调整反应条件以保证光气化反应速率，最终实现界面聚合速率的稳定控制，并且制得更窄分子量分布指标的pc产品。
3、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
4、一种聚碳酸酯制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
5、1)将芳族二羟基化合物和碱、水混合，并调整水的添加量以控制单解离状态的芳族二羟基化合物占芳族二羟基化合物总质量的30-60％，得到水相溶液；
6、2)将上述水相溶液、光气、有机溶剂同时引入反应器i中，并加入碱液和催化剂溶液，在反应器i中聚合得到初步反应液；
7、3)将初步反应液和封端剂溶液同时引入反应器ⅱ中，并加入碱液和催化剂溶液，在反应器ⅱ中完成缩聚反应，制得聚碳酸酯。
8、作为本发明的优选方案，所述芳族二羟基化合物选自双酚a、4,4’-二羟基二苯甲烷、4,4’-二羟基联苯、联萘二酚、1,1-双(4-羟基苯基)-1-苯基乙烷、1,1-双(3-甲基-4-羟基苯基)环己烷、9,9-双(4-羟基苯基)芴中的一种或多种；
9、优选地，所述碱为碱金属氢氧化物，更优选氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化钙中的一种或多种；
10、优选地，所述有机溶剂为卤代烃，更优选选自二氯甲烷、二氯乙烷、三氯乙烷、氯苯、四氯化碳中的一种或多种；
11、优选地，所述催化剂为叔胺化合物和/或季铵盐，更优选选自三乙胺、三丙胺、三丁胺、n-乙基哌啶、n-甲基哌啶、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵中的一种或多种；
12、优选地，所述封端剂为单羟基酚类化合物，选自苯酚、对叔丁基苯酚、对枯基苯酚、对异丙基酚、异辛基苯酚中的一种多种。封端剂通常与有机溶剂混合后以溶液方式加入反应系统中。
13、作为本发明的优选方案，步骤1)中，碱的用量为芳族二羟基化合物质量的0.2-0.5倍。
14、作为本发明的优选方案，步骤2)中，水相溶液、光气的加入比例以芳族二羟基化合物、光气的摩尔比计，为1:(1-1.3)。
15、作为本发明的优选方案，步骤2)中，有机溶剂的添加量为光气质量的8-20倍。
16、作为本发明的优选方案，步骤2)中，碱的用量为芳族二羟基化合物质量的0.05-0.15倍；
17、优选地，步骤2)中，催化剂的用量为芳族二羟基化合物质量的0.05-0.10％。
18、作为本发明的优选方案，步骤2)中反应条件为：反应温度40-60℃，反应压力1.6-3.0barg，停留时间10-15min。
19、上述步骤中，为了控制得到质量稳定分布均匀的聚碳酸酯产物，需要保证芳族二羟基化合物解离速率和界面光气化反应速率的高效匹配，以避免芳族二羟基化合物转化率低造成反应液残酚偏高，同时避免反应得到的聚碳酸酯齐聚物分子量分布变宽进而影响最终产品质量的稳定。本发明通过对聚合反应条件的综合调整实现了以上目的，可以制得产品质量稳定，且分子量分布窄的聚碳酸酯。
20、作为本发明的优选方案，步骤3)中封端剂的用量为芳族二羟基化合物质量的2.0-2.5％；
21、优选地，步骤3)中，碱的用量为芳族二羟基化合物质量的0.04-0.08倍；
22、优选地，步骤3)中，催化剂的用量为芳族二羟基化合物质量的0.03-0.10％。
23、作为本发明的优选方案，步骤3)中反应条件为：反应温度40-60℃，反应压力1.6-3.0barg；停留时间20-40min。
24、以上制备工艺中，反应器i和ⅱ可以采用行业公知的管式、釜式、循环反应器，或者上述反应器的组合。管式反应器可以装有静态混合器来实现充分混合；釜式反应器可以安装由搅拌桨叶作为混合动力来源，反应釜的数量可以是一个，也可以是多个串联；循环反应器可以由混合器、缓冲罐、泵和换热器构成循环回路。
25、聚合完成后，可以采用公知的常规方法分离反应液得到油水两相；水相经过精制处理后得到pc废盐水；油相经过洗涤精制脱除残留的酚类化合物、催化剂、无机盐电解质等杂质后，再采用公知的脱除溶剂的方法，例如水蒸气絮凝、喷雾干燥、溶剂沉析等，除去溶剂并干燥，得到聚碳酸酯粉料。
26、根据本发明的方法，有效控制了双酚a解离速率和光气化反应速率之间的良好匹配，得到质量稳定分布均匀的齐聚物，最终在缩聚反应后得到分子量分布均匀的聚碳酸酯，有效改善聚碳酸酯的质量。
27、具体来说，根据本发明方法制得的聚碳酸酯具有更窄的分子量分布；主要表现在mw/mn范围为1.4-1.8；(mp-m10)<1.6×10-4；(m90-mp)<4.0×10-4。其中mw为重均分子量，mn为数均分子量；mp为gpc图峰位分子量；m10为累积分布曲线上10％处的分子量，m90为累积分布曲线上90％处的分子量。(mp-m10)表征低分子量尾端延伸宽度，(m90-mp)表征高分子量尾端延伸宽度；上述数值越小，分子量分布宽度越窄，且拖尾程度更小，有利于深度提升材料的机械性能及热稳定性等，可以满足光导、透镜等领域的高端产品应用需求。
28、根据本发明的方法，能够显著减少光气化法制备聚碳酸酯生产过程水的消耗，同时，反应后油水两相分离后可以得到盐浓度大幅提升的pc废盐水；相较于常规光气化法工艺得到7-9wt％浓度的废盐水，本发明方法可以实现反应端源头提浓至18-25wt％，使每生产1吨pc产生废水量控制在3-5吨，大幅降低聚碳酸酯生产过程废水量以及环保处理压力。
29、高浓度bpa配料溶液中bpa主要以单电离状态为主时，反应进程中受bpa原料解离速率的影响较大；反应速率和聚合质量问题突出。传统公知的工艺有高剪切动态混合器工艺或者相转移催化加速工艺来加速反应速率和改善聚合质量。对于高速剪切混合工艺，反应产物低聚物含量通常偏高；对于相转移催化加速工艺，反应产物高聚物含量通常偏高。本发明巧妙的解决了双酚a高配料浓度下单解离状态参与聚合反应带来的反应速率低以及聚合反应不均匀造成分子量分布较宽的问题。