國內聚碳酸酯生產現狀及市場應用與發展分析

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，按照分子結構中所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 聚碳酸酯分子結構圖

2 聚碳酸酯生產技術現狀

PC生產技術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。目前主流的工業化生產技術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合成PC，產品流動性能好，純度高，但是光氣是劇毒化學品，對環境及人身健康危害大，新建光氣法生產裝置環評難度大，光氣法適合光氣來源豐富的企業采用。

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合成PC，不使用光氣和二氯甲烷等有害物質，生產的產品質量接近光氣法產品，隨著下游用戶不斷研發技術來解決非光氣法產品流動性不好的問題，新建裝置采用這種工藝路線符合環保要求[2]。

3 聚碳酸酯市場現狀與分析

3.1 國內外生產形勢

2019年全球共有40多套PC生產裝置，合計產能約為 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%)，較大的生產商包括SABIC IP(134.5萬t/a)、科思創(124萬t/a)。

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

中國聚碳酸酯生產情況見表1。

表1 中國聚碳酸酯產能分布(2020年1月)

表1(續)

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

表2 國內PC新建、擴能情況

表3 國內PC未來建設計劃

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

3.2 PC市場應用及消費情況

3.2.1 電子電氣及電動工具市場應用

聚碳酸酯在較寬的溫濕度范圍內具有很好的電絕緣性能，同時具有優良的抗沖擊性、阻燃性能和尺寸穩定性，適合應用于電子電氣產品領域。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，滿足電子電氣產品的特殊應用需求。國內市場上應用于電子電氣領域的PC樹脂在70萬t/a以上。

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

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

3.2.3 消費電子市場

PC及合金應用于手機電池后蓋、中框、前框以及電池框等，手機行業對PC年需求量為5萬t左右；相比較鋁合金和碳纖維復合材料等，PC應用于筆記本外殼，具有易成型、高韌性、成本低等優勢，每年用于筆記本市場的改性PC量超過5萬t；PC可應用于手機充電器、筆記本電源適配器、充電寶、開關插座、插排、UPS不斷電供應系統等制件的外殼和內部絕緣件。隨著互聯網、物聯網、人工智能等技術的發展，PC在消費電子行業的用量將逐步增長。

3.2.4 辦公市場應用

PC在辦公設備上主要應用于打印機、復印機、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

汽車領域是PC的主要應用市場之一，主要應用在汽車照明系統和汽車內外飾中。PC在汽車燈所用塑料材料中占比達到50%(重量比)，相比傳統的玻璃材料，PC具有更低的重量和更加靈活的設計自由度；用PC替代傳統玻璃應用于車窗，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應用于儀表板、立柱裝飾板和門戶板等內飾材料，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，應用于儀表罩、后視鏡、保險杠等零部件；除了上述應用，PC還可以應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，以其優異的光學性能成為近年來建筑業、現代農業、交通運輸業、廣告照明業最理想的板材之一，廣泛應用在大型公共設施、屋頂采光、商業建筑、隔音屏障、機械擋板、燈箱導向牌和其它工業配套領域，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、汽車行業大型化、薄壁化、輕量化的要求，例如用于絕緣皮、標牌、顯示器、鍵盤、絕緣部件等，國內PC薄膜年消費量為2～3.5萬t。

3.2.7 光學市場應用

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用最為廣泛，已經成為照明用塑料的首選材料；相比于傳統玻璃材料，PC在透鏡市場最大優勢是不易破碎，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、鏡片薄等優勢，光氣法PC適合制作鏡片。

3.2.8 醫療/包裝應用

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

3.3 市場需求分析

聚碳酸酯應用范圍非常廣泛，市場需求還有一定的發展空間，2016-2019年，國內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PC消費量增長預計會降低，但是，國內經濟發展趨勢良好，隨著下游生產商及用戶對PC的認知不斷提高，到2024年，國內對聚碳酸酯的需求量預計超過250萬t，屆時國內PC產能能夠滿足國內市場需求，進口產品局限于少數功能化產品。

4 發展分析

(1)隨著國內一系列煉化一體化項目的實施，消費苯酚、丙酮等原料(生產雙酚A、碳酸二苯酯原料)生產PC是平衡煉化產品結構的需要，PC產能進一步快速增長，2024年左右將達到440萬t/a，國內市場供過于求不可避免，而全球聚碳酸酯市場已經飽和，PC市場競爭日趨殘酷。PC生產裝置規模趨向大型化，運行成本低，生存能力強。

(2)PC上下游產業鏈完整，市場適應性更強。PC新建項目避免盲目跟風，生產裝置建設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PC生產裝置或者光氣來源無需運輸，減少原料成本；僅有PC產業鏈，未來市場適應性差，原料-PC-塑料加工產業鏈一體化則可以避免單個產業鏈利潤差而無法生存的局面。

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

(4)PC產品結構要適應市場需求。國內高速列車和國產大型飛機的快速發展，為聚碳酸酯在高端領域的應用提供了良好發展空間，重視改性PC及合金產品研發，不斷拓寬高附加值領域的應用，PC應用進一步向高功能化、專用化方向發展。