肖 剛

(中國石油化工股份有限公司天津分公司研究院，天津 300271)

1 聚碳酸酯簡介

聚碳酸酯(英文Polycarbonate，簡稱PC)是指分子鏈中以碳酸酯基(-OROCO-)為基礎(chǔ)鏈段的熱塑性高分子聚合物，其名稱來源于-CO3基團，按照分子結(jié)構(gòu)中所R的不同，可分為脂肪族聚碳酸酯、脂肪-芳香族聚碳酸酯、芳香族聚碳酸酯。其中，雙酚A型芳香族聚碳酸酯具有優(yōu)良的性能，是近年來需求增長最快的工程塑料[1]。

圖1 聚碳酸酯分子結(jié)構(gòu)圖

2 聚碳酸酯生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀

PC生產(chǎn)技術(shù)分為光氣法和非光氣法兩大類，其中光氣法包括直接(溶液)光氣法、間接光氣法和界面縮聚光氣法，非光氣法包括二氧化碳-甲醇法(旭化成)、熔融酯交換縮聚法、苯酚羰基氧化直接合成法等。目前主流的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)是界面縮聚光氣法和非光氣熔融酯交換縮聚法。

界面縮聚光氣法采用光氣與雙酚A在堿性水溶液和惰性有機溶劑存在下通過界面縮聚反應(yīng)合成PC，產(chǎn)品流動性能好，純度高，但是光氣是劇毒化學(xué)品，對環(huán)境及人身健康危害大，新建光氣法生產(chǎn)裝置環(huán)評難度大，光氣法適合光氣來源豐富的企業(yè)采用。

熔融縮聚工藝采用碳酸二苯酯與雙酚A在催化劑作用下通過熔融縮聚反應(yīng)合成PC，不使用光氣和二氯甲烷等有害物質(zhì)，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量接近光氣法產(chǎn)品，隨著下游用戶不斷研發(fā)技術(shù)來解決非光氣法產(chǎn)品流動性不好的問題，新建裝置采用這種工藝路線符合環(huán)保要求[2]。

3 聚碳酸酯市場現(xiàn)狀與分析

3.1 國內(nèi)外生產(chǎn)形勢

2019年全球共有40多套PC生產(chǎn)裝置，合計產(chǎn)能約為 577萬t，主要分布于亞洲(367萬t/a，占63.6%)、歐洲(130萬t/a，占22.5%)和北美(78萬t/a，占13.5%)，較大的生產(chǎn)商包括SABIC IP(134.5萬t/a)、科思創(chuàng)(124萬t/a)。

我國是較早開始PC研制和工業(yè)化生產(chǎn)的國家之一，重慶長風(fēng)化工廠、常州合成化工廠、上海申聚化工有限公司等先后從事過PC的生產(chǎn)與研發(fā)工作。2005年后，外資企業(yè)(拜耳、帝人、三菱)開始在中國投資建設(shè)聚碳酸酯裝置，2018年-2023年，我國聚碳酸酯產(chǎn)能進入集中爆發(fā)期。

中國聚碳酸酯生產(chǎn)情況見表1。

表1 中國聚碳酸酯產(chǎn)能分布(2020年1月)

表1(續(xù))

近年來我國對于 PC的需求不斷增加，刺激了國外 PC 生產(chǎn)商在國內(nèi)投資建廠，2020-2024年，中國 PC 產(chǎn)能將繼續(xù)快速增長。當(dāng)前海外企業(yè)與內(nèi)資企業(yè)同時大規(guī)模擴產(chǎn)。帝人以及SABIC創(chuàng)新塑料等跨國公司正加緊在國內(nèi)市場的拓展步伐，加大力度在國內(nèi)投資新建聚碳酸酯項目，未來幾年聚碳酸酯產(chǎn)能增長情況見表2、3。

表2 國內(nèi)PC新建、擴能情況

表3 國內(nèi)PC未來建設(shè)計劃

在國內(nèi)外資本的推動下，目前國內(nèi)有多套規(guī)劃和在建中的PC裝置，預(yù)計到2024年，PC新增產(chǎn)能277萬t/a，而擬建PC裝置產(chǎn)能達到317萬t/a，中國聚碳酸酯產(chǎn)能迅速擴張將加劇全球及中國國內(nèi)聚碳酸酯產(chǎn)能的過剩。

3.2 PC市場應(yīng)用及消費情況

3.2.1 電子電氣及電動工具市場應(yīng)用

聚碳酸酯在較寬的溫濕度范圍內(nèi)具有很好的電絕緣性能，同時具有優(yōu)良的抗沖擊性、阻燃性能和尺寸穩(wěn)定性，適合應(yīng)用于電子電氣產(chǎn)品領(lǐng)域。改性PC及PC合金材料(PC/ABS、PC/PBT等)改善了PC的韌性、增強性、耐候性，滿足電子電氣產(chǎn)品的特殊應(yīng)用需求。國內(nèi)市場上應(yīng)用于電子電氣領(lǐng)域的PC樹脂在70萬t/a以上。

阻燃改性PC材料是低壓電器開關(guān)插座和插排外殼的理想材料，已經(jīng)被西門子、公牛等眾多企業(yè)使用；智能電表目前使用玻璃纖維增強PC和耐候性PC，其優(yōu)良的阻燃性能、耐溫耐候性對智能電表安全性起到了一定的保障作用，智能電表領(lǐng)域國內(nèi)市場及出口在未來幾年對改性PC需求量約為6萬t/a。

PC類產(chǎn)品被大量應(yīng)用于電動工具的外殼、支架、機體，如電鉆、電鋸、切割機等[3]。

3.2.2 家電市場

PC及PC合金材料以優(yōu)異的耐熱性、韌性、表面光澤度、抗沖擊性和阻燃性，廣泛應(yīng)用于電視機、音響、空調(diào)、暖風(fēng)機、廚房電器等家電領(lǐng)域。電視機前框、底座和模組膠框使用增強PC，后蓋使用PC/ABS；PC可以取代木質(zhì)材料，在中高端音響產(chǎn)品中用于外殼、喇叭振膜、支架等，滿足音響輕量化、薄壁化、高強度的要求；隨著空調(diào)外觀、低噪音等方面要求不斷升級，空調(diào)的導(dǎo)風(fēng)板、出風(fēng)格柵、面板、視窗等部件越來越多使用PC及其合金材料；PC及合金材料在暖風(fēng)機材料應(yīng)用上具有很高的性價比，格力、美的等品牌已經(jīng)使用了無鹵阻燃PC/ABS合金作為外殼材料；另外，PC廣泛應(yīng)用于電飯煲、微波爐、豆?jié){機、果汁機等透明視窗、外殼部件，賦予了這些家電產(chǎn)品優(yōu)雅的光澤效果[4]。

3.2.3 消費電子市場

PC及合金應(yīng)用于手機電池后蓋、中框、前框以及電池框等，手機行業(yè)對PC年需求量為5萬t左右；相比較鋁合金和碳纖維復(fù)合材料等，PC應(yīng)用于筆記本外殼，具有易成型、高韌性、成本低等優(yōu)勢，每年用于筆記本市場的改性PC量超過5萬t；PC可應(yīng)用于手機充電器、筆記本電源適配器、充電寶、開關(guān)插座、插排、UPS不斷電供應(yīng)系統(tǒng)等制件的外殼和內(nèi)部絕緣件。隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，PC在消費電子行業(yè)的用量將逐步增長。

3.2.4 辦公市場應(yīng)用

PC在辦公設(shè)備上主要應(yīng)用于打印機、復(fù)印機、傳真機、投影機、碎紙機、掃描儀等外殼部件，以阻燃PC/ABS為主，年用量為15～20萬t。

3.2.5 汽車市場

汽車領(lǐng)域是PC的主要應(yīng)用市場之一，主要應(yīng)用在汽車照明系統(tǒng)和汽車內(nèi)外飾中。PC在汽車燈所用塑料材料中占比達到50%(重量比)，相比傳統(tǒng)的玻璃材料，PC具有更低的重量和更加靈活的設(shè)計自由度；用PC替代傳統(tǒng)玻璃應(yīng)用于車窗，會有減重效果，可以提升燃油效率，在汽車車窗市場擁有巨大商機；PC應(yīng)用于儀表板、立柱裝飾板和門戶板等內(nèi)飾材料，用于格柵、保險杠、擾流板、行李支架等外飾材料，PC合金材料進一步提高了PC綜合性能，可以替代多種塑料材料，應(yīng)用于儀表罩、后視鏡、保險杠等零部件；除了上述應(yīng)用，PC還可以應(yīng)用于新能源汽車的電池保護外殼、充電樁外殼，對極端寒冷和火焰都可以提供優(yōu)良的屏蔽[5]。

3.2.6 板材/薄膜市場

PC板材分為陽光板和實心板，以其優(yōu)異的光學(xué)性能成為近年來建筑業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)、廣告照明業(yè)最理想的板材之一，廣泛應(yīng)用在大型公共設(shè)施、屋頂采光、商業(yè)建筑、隔音屏障、機械擋板、燈箱導(dǎo)向牌和其它工業(yè)配套領(lǐng)域，每年有30萬t左右PC用于制造各種板材。PC薄膜加工主要是擠出壓延工藝，最薄可以做到0.025 mm，滿足電子電氣、汽車行業(yè)大型化、薄壁化、輕量化的要求，例如用于絕緣皮、標(biāo)牌、顯示器、鍵盤、絕緣部件等，國內(nèi)PC薄膜年消費量為2～3.5萬t。

3.2.7 光學(xué)市場應(yīng)用

PC透光率好，可以用于LED照明外殼、透鏡、鏡片、光盤等。PC在LED基材的光擴散材料中應(yīng)用最為廣泛，已經(jīng)成為照明用塑料的首選材料；相比于傳統(tǒng)玻璃材料，PC在透鏡市場最大優(yōu)勢是不易破碎，通過注塑制作各種造型的透鏡；PC鏡片具有重量輕、安全性好、鏡片薄等優(yōu)勢，光氣法PC適合制作鏡片。

3.2.8 醫(yī)療/包裝應(yīng)用

醫(yī)療級PC具有透明度高、設(shè)計自由度高、不易破碎、生物相容性好，可經(jīng)受蒸汽加熱和大劑量輻射消毒且不發(fā)生黃變和物理性能下降等特性，廣泛應(yīng)用于人工腎血液透析設(shè)備以及其它需要在透明、直觀條件下操作，并需反復(fù)消毒的醫(yī)療設(shè)備中，如輸液部件、微創(chuàng)手術(shù)工具、透析器、呼吸機、面罩、診斷器械和醫(yī)療健康相關(guān)的產(chǎn)品[6]。全球醫(yī)療領(lǐng)域年消耗PC14萬t左右，國內(nèi)只有不到4萬t，還有發(fā)展空間。

3.3 市場需求分析

聚碳酸酯應(yīng)用范圍非常廣泛，市場需求還有一定的發(fā)展空間，2016-2019年，國內(nèi)聚碳酸酯需求量年均增長率為6%左右，2019年消費量超過200萬t，自給率只有80%；受疫情影響，2020年國內(nèi)PC消費量增長預(yù)計會降低，但是，國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展趨勢良好，隨著下游生產(chǎn)商及用戶對PC的認(rèn)知不斷提高，到2024年，國內(nèi)對聚碳酸酯的需求量預(yù)計超過250萬t，屆時國內(nèi)PC產(chǎn)能能夠滿足國內(nèi)市場需求，進口產(chǎn)品局限于少數(shù)功能化產(chǎn)品。

4 發(fā)展分析

(1)隨著國內(nèi)一系列煉化一體化項目的實施，消費苯酚、丙酮等原料(生產(chǎn)雙酚A、碳酸二苯酯原料)生產(chǎn)PC是平衡煉化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的需要，PC產(chǎn)能進一步快速增長，2024年左右將達到440萬t/a，國內(nèi)市場供過于求不可避免，而全球聚碳酸酯市場已經(jīng)飽和，PC市場競爭日趨殘酷。PC生產(chǎn)裝置規(guī)模趨向大型化，運行成本低，生存能力強。

(2)PC上下游產(chǎn)業(yè)鏈完整，市場適應(yīng)性更強。PC新建項目避免盲目跟風(fēng)，生產(chǎn)裝置建設(shè)要考慮到原料來源及運輸成本，避免原料長途運輸，煉化一體化項目配套建設(shè)PC生產(chǎn)裝置或者光氣來源無需運輸，減少原料成本；僅有PC產(chǎn)業(yè)鏈，未來市場適應(yīng)性差，原料-PC-塑料加工產(chǎn)業(yè)鏈一體化則可以避免單個產(chǎn)業(yè)鏈利潤差而無法生存的局面。

(3)避免陷入“技術(shù)進步”陷阱。部分新增裝置還是以中低端產(chǎn)品為主，與其它部分大宗化工產(chǎn)品類似，國內(nèi)PC市場預(yù)計出現(xiàn)低端產(chǎn)品過剩、高端產(chǎn)品缺乏的局面。無論是光氣法還是非光氣法生產(chǎn)PC技術(shù)，國外各大公司都對國內(nèi)開放，供應(yīng)商不斷更新技術(shù)，國產(chǎn)技術(shù)也不斷完善，刺激新的資本流向PC產(chǎn)業(yè)鏈，不斷建設(shè)新裝置，造成國內(nèi)PC產(chǎn)能不斷增長，裝置生命周期短。

(4)PC產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要適應(yīng)市場需求。國內(nèi)高速列車和國產(chǎn)大型飛機的快速發(fā)展，為聚碳酸酯在高端領(lǐng)域的應(yīng)用提供了良好發(fā)展空間，重視改性PC及合金產(chǎn)品研發(fā)，不斷拓寬高附加值領(lǐng)域的應(yīng)用，PC應(yīng)用進一步向高功能化、專用化方向發(fā)展。