इंजीनियरिंग प्लास्टिक: पॉलीकार्बोनेट (पीसी) - गुण, अनुप्रयोग और विकास(1)

पॉलीकार्बोनेट की परिभाषा और संरचना

पॉलीकार्बोनेट उच्च आणविक बहुलकों के एक वर्ग के लिए एक सामान्य शब्द है जिनकी आणविक श्रृंखलाओं में कार्बोनेट समूह होते हैं। एस्टर समूहों की संरचना में अंतर के अनुसार, इन्हें विभिन्न प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है जैसे कि एलिफैटिक पीसी, एलिसाइक्लिक पीसी, और एरोमैटिक पीसी। इनमें से, एलिफैटिक और एलिफैटिक-एरोमैटिक पॉलीकार्बोनेट का इंजीनियरिंग प्लास्टिक के क्षेत्र में उनके खराब यांत्रिक गुणों के कारण सीमित अनुप्रयोग हैं।

वर्तमान में, औद्योगिक रूप से उत्पादित मुख्य प्रकार एरोमैटिक पॉलीकार्बोनेट है, विशेष रूप से बिस्फेनॉल ए-प्रकार एरोमैटिक पॉलीकार्बोनेट। इसका रासायनिक सूत्र बिस्फेनॉल ए और फॉस्जीन या डाइफेनिल कार्बोनेट के बहुसंघनन उत्पाद है। इसकी अनूठी आणविक संरचना पॉलीकार्बोनेट को कई उत्कृष्ट गुण प्रदान करती है, जो इसे कई सामग्रियों में विशिष्ट बनाती है।

पॉलीकार्बोनेट के गुण

(I) प्रकाशीय गुण

पॉलीकार्बोनेट में असाधारण पारदर्शिता होती है, जिसका प्रकाश संचरण 90% से भी ज़्यादा होता है, जो अकार्बनिक काँच के लगभग बराबर होता है, जिससे यह प्रकाशीय क्षेत्र में चमकता है। चाहे इसका उपयोग ऑप्टिकल डिस्क, लेंस और ऑप्टिकल लेंस जैसे सटीक ऑप्टिकल घटकों के निर्माण में हो, या बड़े लैंपशेड, सुरक्षात्मक काँच और खिड़की के शीशे जैसे दैनिक ऑप्टिकल उत्पादों में, पॉलीकार्बोनेट अपनी उच्च पारदर्शिता के कारण उपयोगकर्ताओं को एक स्पष्ट दृश्य अनुभव प्रदान कर सकता है। साथ ही, इसकी अच्छी रंगाई अनुकूलनशीलता उत्पादों को विभिन्न परिदृश्यों की सौंदर्य संबंधी आवश्यकताओं को पूरा करते हुए, रंगों की एक समृद्ध विविधता प्रदर्शित करने में सक्षम बनाती है।

(द्वितीय) यांत्रिक गुण

पॉलीकार्बोनेट उत्कृष्ट प्रभाव प्रतिरोध प्रदर्शित करता है, जिसकी 600-900 जूल/मी तक की नोचेड इज़ोड प्रभाव शक्ति इंजीनियरिंग प्लास्टिक में सर्वश्रेष्ठ में से एक है। इसकी मज़बूत लेकिन दृढ़ विशेषताएँ इसे आसानी से टूटे बिना गंभीर बाहरी प्रभावों को झेलने में सक्षम बनाती हैं, और यह उत्कृष्ट यांत्रिक प्रदर्शन शक्ति और प्रभाव प्रतिरोध की कठोर आवश्यकताओं वाले कई क्षेत्रों में इसके अनुप्रयोग के लिए एक ठोस आधार प्रदान करता है।

इसके अलावा, पॉलीकार्बोनेट की तन्यता और लचीलापन क्षमता नायलॉन और पॉलीऑक्सीमेथिलीन के बराबर है, जो थर्मोप्लास्टिक प्लास्टिक के बीच अलग दिखती है और ग्लास फाइबर-प्रबलित फेनोलिक रेजिन या असंतृप्त पॉलिएस्टर के स्तर के करीब है। इसके अलावा, मोल्डेड पुर्जे उच्च-परिशुद्धता सहनशीलता आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं और पर्यावरणीय परिवर्तनों की एक विस्तृत श्रृंखला में आयामी स्थिरता बनाए रख सकते हैं, जिसकी मोल्डिंग सिकुड़न दर 0.5-0.7% तक स्थिर रहती है। इसमें उत्कृष्ट रेंगन प्रतिरोध भी होता है।

(तृतीय) तापीय गुण

पॉलीकार्बोनेट का काँच संक्रमण तापमान लगभग 147°C और ऊष्मा विरूपण तापमान 135°C होता है, जिससे इसे -45°C से 120°C के तापमान पर लंबे समय तक स्थिर रूप से इस्तेमाल किया जा सकता है। यह उत्कृष्ट तापीय स्थिरता इसे विभिन्न जटिल कार्य वातावरणों के अनुकूल होने में सक्षम बनाती है; चाहे ठंडे ध्रुवीय क्षेत्र हों या गर्म उष्णकटिबंधीय जलवायु, पॉलीकार्बोनेट से बने उत्पाद सामान्य रूप से कार्य कर सकते हैं।

इसके अलावा, पॉलीकार्बोनेट 220-230°C पर पिघलता है और इसका तापीय अपघटन तापमान 310°C से अधिक होता है। यह एक स्वतः-बुझाने वाला रेज़िन है, जो उच्च तापमान वाले वातावरण में उपयोग किए जाने पर इसकी सुरक्षा को कुछ हद तक बढ़ा देता है।

(चतुर्थ) रासायनिक स्थिरता

पॉलीकार्बोनेट में दुर्बल अम्लों, दुर्बल क्षारों और उदासीन तेलों के प्रति अच्छा प्रतिरोध होता है, और यह इन रासायनिक पदार्थों वाले वातावरण में स्थिर प्रदर्शन बनाए रख सकता है। हालाँकि, यह प्रबल क्षारों के प्रति अपेक्षाकृत संवेदनशील होता है और उनके कारण संक्षारण का खतरा अधिक होता है, और इसका यूवी प्रतिरोध अपेक्षाकृत कम होता है।

इसलिए, व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, पॉलीकार्बोनेट की सेवा जीवन को बढ़ाने के लिए विशिष्ट सेवा वातावरण के अनुसार उपयुक्त संरक्षण या संशोधन उपचार लागू किया जाना चाहिए।

पॉलीकार्बोनेट की उत्पादन प्रक्रियाएँ

(I) फॉस्जीन विधि (इंटरफेशियल पॉलीकंडेंसेशन)

फॉस्जीन विधि वर्तमान में पॉलीकार्बोनेट उत्पादन की प्रमुख प्रक्रियाओं में से एक है। इस प्रक्रिया में, बिस्फेनॉल A, क्षारीय विलयन में फॉस्जीन के साथ अभिक्रिया करके उच्च आणविक भार पीसी बनाता है। इस विधि का लाभ यह है कि इससे उच्च शुद्धता और उत्कृष्ट गुणवत्ता वाले पॉलीकार्बोनेट उत्पाद प्राप्त किए जा सकते हैं।

हालाँकि, फॉस्जीन एक अत्यधिक विषैली गैस है, जिसके उत्पादन के दौरान ऑपरेटरों और पर्यावरण की सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए कड़े सुरक्षा उपायों की आवश्यकता होती है। इसके अतिरिक्त, उत्पादन उपकरणों की सीलिंग और संक्षारण प्रतिरोध पर अत्यधिक उच्च आवश्यकताएँ होती हैं, जिससे उत्पादन लागत और तकनीकी चुनौतियाँ बढ़ जाती हैं।

(द्वितीय) ट्रांसएस्टरीफिकेशन विधि (पिघल पॉलीकंडेंसेशन)

पॉलीकार्बोनेट के उत्पादन के लिए ट्रांसएस्टरीफिकेशन विधि एक अन्य महत्वपूर्ण प्रक्रिया है। इसमें उच्च तापमान और निर्वात स्थितियों में पॉलीकंडेंसेशन अभिक्रियाओं को करने के लिए कच्चे माल के रूप में डाइफेनिल कार्बोनेट और बिस्फेनॉल ए का उपयोग किया जाता है।

इस विधि की प्रक्रिया प्रवाह अपेक्षाकृत सरल है और इसमें अत्यधिक विषैले फॉस्जीन के उपयोग की आवश्यकता नहीं होती, जिससे उत्पादन प्रक्रिया में सुरक्षा जोखिम कुछ हद तक कम हो जाते हैं। हालाँकि, ट्रांसएस्टरीफिकेशन विधि में कुछ कमियाँ भी हैं। उदाहरण के लिए, उत्पादित पॉलीकार्बोनेट का आणविक भार अपेक्षाकृत कम होता है, और उत्पाद का प्रदर्शन कुछ पहलुओं में फॉस्जीन विधि द्वारा उत्पादित पॉलीकार्बोनेट से कमतर हो सकता है। इसलिए, यह विधि कम श्यानता वाले उत्पादों के उत्पादन के लिए अधिक उपयुक्त है, जिनमें आणविक भार की उच्च आवश्यकताएँ नहीं होती हैं।

पॉलीकार्बोनेट उद्योग की वर्तमान स्थिति

(I) वैश्विक उत्पादन क्षमता और आउटपुट

पॉलीकार्बोनेट (पीसी) की वैश्विक उत्पादन क्षमता का विस्तार जारी है, हालाँकि विकास दर धीरे-धीरे धीमी हो रही है। 2024 में, वैश्विक पीसी उत्पादन क्षमता में साल-दर-साल 4.7% की वृद्धि होगी, उत्पादन में साल-दर-साल 4.0% की वृद्धि होगी, और उत्पादन सुविधाओं की औसत परिचालन दर 63.5% रहेगी।

वैश्विक पीसी उत्पादन का क्षेत्रीय संकेंद्रण पूर्वोत्तर एशिया की ओर बढ़ रहा है, जहाँ उत्पादन मुख्य रूप से पूर्वोत्तर एशिया, पश्चिमी यूरोप और उत्तरी अमेरिका जैसे क्षेत्रों में केंद्रित है। 2024 में, पूर्वोत्तर एशिया वैश्विक पीसी उत्पादन क्षमता का 66.3% हिस्सा होगा, जो पहले स्थान पर होगा; पश्चिमी यूरोप का हिस्सा 12.9% होगा; और उत्तरी अमेरिका का हिस्सा 10.3% होगा।

उद्योग में प्रतिस्पर्धा का स्वरूप अत्यधिक केंद्रित है। 2024 में, दुनिया भर में 30 से ज़्यादा प्रमुख पीसी निर्माता होंगे, और शीर्ष 10 निर्माताओं की उत्पादन क्षमता दुनिया की कुल उत्पादन क्षमता का 71.8% होगी। इनमें से, कोवेस्ट्रो दुनिया का सबसे बड़ा पीसी निर्माता है।

(द्वितीय) अंतर्राष्ट्रीय व्यापार स्थिति

2023 में, पॉलीकार्बोनेट (पीसी) के अंतर्राष्ट्रीय व्यापार का कुल मूल्य 8.93 अरब अमेरिकी डॉलर था, जो पिछले वर्ष की तुलना में 23.5% की कमी है, और कुल व्यापार मात्रा 3.232 मिलियन टन रही, जो पिछले वर्ष की तुलना में 15.6% कम है। कीमतों के संदर्भ में, पीसी का वैश्विक औसत निर्यात मूल्य 2,761.6 अमेरिकी डॉलर प्रति टन था, जो पिछले वर्ष की तुलना में 9.4% की कमी है।

चीन, भारत और मेक्सिको दुनिया के प्रमुख पीसी आयातक देश हैं, जिनका कुल आयात वैश्विक कुल आयात का लगभग 43.9% है। दक्षिण कोरिया, थाईलैंड और चीन प्रमुख निर्यातक देश हैं, जिनका कुल निर्यात वैश्विक कुल निर्यात का लगभग 44.4% है।

(तृतीय) चीनी बाजार की स्थिति

चीन की पीसी उत्पादन क्षमता की वृद्धि दर धीमी हो गई है। पिछले कुछ वर्षों में, चीन की पीसी उत्पादन क्षमता का तेज़ी से विस्तार हुआ है, और उद्योग में आपूर्ति की कमी की स्पष्ट घटना में उल्लेखनीय सुधार हुआ है। पिछले दो वर्षों में, उद्योग तर्कसंगतता की ओर लौटने लगा है, क्षमता विस्तार की गति में उल्लेखनीय रूप से कमी आई है, और धीरे-धीरे पिछले तेज़ गति वाले विस्तार से मौजूदा स्टॉक के अनुकूलन और दक्षता में सुधार की ओर बढ़ रहा है।

2024 में, चीन की पीसी उत्पादन क्षमता में साल-दर-साल 13.1% की वृद्धि होगी और इसका उत्पादन साल-दर-साल 22.6% बढ़ा। चीन के पीसी आयात में लगातार कमी आ रही है जबकि निर्यात में वृद्धि जारी है। 2024 में, चीन के पीसी आयात में साल-दर-साल 14.8% की गिरावट आएगी और निर्यात में साल-दर-साल 34.6% की वृद्धि होगी।

चीन का पीसी आयात मुख्यतः सामान्य व्यापार और आयातित सामग्रियों के प्रसंस्करण के माध्यम से होता है, जो कुल आयात का क्रमशः 69.6% और 18.9% है। चीन का आयातित पीसी मुख्य रूप से दक्षिण कोरिया, थाईलैंड और चीन के ताइवान प्रांत जैसे देशों और क्षेत्रों से आता है, जो कुल आयात का लगभग 60.3% है।

चीन में पीसी की स्पष्ट खपत में साल-दर-साल 8.9% की वृद्धि हुई है, और आत्मनिर्भरता दर में साल-दर-साल 9.9 प्रतिशत अंकों की वृद्धि हुई है। कई नई और विस्तारित सुविधाओं के पूरा होने और चालू होने के साथ, चीन की पीसी उत्पादन क्षमता में और वृद्धि होगी, और आपूर्ति की मात्रा में भी तेज़ी से वृद्धि होगी। हालाँकि नई सुविधाओं के उत्पाद अभी भी आयातित सामग्रियों को शीघ्रता और प्रभावी ढंग से प्रतिस्थापित करने के लिए पर्याप्त नहीं हैं, फिर भी आत्मनिर्भरता दर में उल्लेखनीय वृद्धि हुई है, और विदेशी कच्चे माल पर निर्भरता में उल्लेखनीय कमी आई है।