国内聚碳酸酯产业的发展

总工办 刘 军 黄胜才

摘要介绍了聚碳酸酯的性能及应用范围，分析了国内目前的产需状况，并对我国聚碳酸酯未来的发展提出了部分建议。

关键词聚碳酸酯 性能应用发展

1 概述

聚碳酸酯(Polycarbonate)简称Pc，它是聚酯高聚物的一个重要分支，是分子链中含有碳酸酯结构的高分子化合物和以碳酸酯为基质而制得的各种材料的总称。

1881年，Bimbaum和Luria首先发表了关于聚碳酸酯类缩合物的研究论文，大约过了7O a，具有实用价值的聚碳酸酯才实现了工业化生产。1953年，拜耳公司率先用4，4 一二羟基二苯基烷类制得具有热塑性和高熔点的聚碳酸酯。同年10月16日，拜耳公司申请了第1项聚碳酸酯专利权，之后，GE公司紧接着也取得了另1项聚碳酸酯的专利权。拜耳公司和GE公司分别在1958年、1959年实现了聚碳酸酯的工业化生产。到2O世纪7O年代，聚碳酸酯工业生产装置的规模已经发展到万吨级。目前，聚碳酸酯作为一个非常重要的工程塑料品种，在世界塑料市场上占有十分重要的地位。

聚碳酸酯可以分为脂肪族、芳香族和脂肪一芳香族等几大类型。从原材料成本、制品性能以及成型加工条件等多方面来综合考虑，目前只有芳香族聚碳酸酯才具有工业价值，尤其是以双酚A型聚碳酸酯最为重要。在无特别说明的情况下，通常所说的聚碳酸酯都指双酚A型聚碳酸酯及其改性品种。

2 聚碳酸醮的特性及应用

2．1 特性

2．1．1 物化性质

纯聚碳酸酯树脂是一种无定形、无味、无嗅、无毒、透明的热塑性聚合物，分子量一般在(2—7)×10 ，密度为1 180一l 200 kg／m3，玻璃化温度为140—150℃ ，熔程为220～230℃。具有一定的耐化学腐蚀性，耐油性优良。

由于聚碳酸酯的非结晶性，分子间堆砌不够致密，因此芳香烃、氯代烃等有机溶剂能使其溶胀或溶解，从而容易引起溶剂开裂现象。此外，聚碳酸酯的耐碱性较差。

2．1．2 机械性能

聚碳酸酯具有良好的机械性能，特别是抗冲击强度和尺寸稳定性相当优良。在较宽的温度范围内，仍能保持较高的机械强度。缺点是耐疲劳强度和耐磨性较差，容易产生应力，从而发生开裂现象。

2．1．3 热稳定性

在通用工程塑料中，聚碳酸酯的耐热性比较良好，其分解温度在300 以上，长期工作温度可高达120℃ ；同时它还具有良好的耐寒性，脆化温度低达一100℃；其长期使用温度范围为-60~120 ℃ 。

2．1．4 导电性

聚碳酸酯的分子极性小，玻璃化转变温度高，吸水性低，因此具有优良的电绝缘性能，其绝缘性能接近或相当于向来被认为电绝缘性能优良的PET。聚碳酸酯的电绝缘性与温度、湿度、电场频率和制品厚度密切相关。

2．1．5 耐老化性和阻燃性

聚碳酸酯的耐热老化性能也相当优良，将其薄膜放置在空气中长时间加热，其性能变化很小；但是如果长期处于阳光、氧和水汽的环境下，尤其再加上高温，本身又含有一定杂质的情况下，就会引起降解。

聚碳酸酯是可燃的，其火焰呈淡黄色，冒黑烟，氧指数仅为25％ ，离开火源自熄，一般加入卤化物、三氧化二锑、氢氧化镁、磷酸和红磷等以提高其阻燃性。

2．1．6 光学性能

聚碳酸酯为非结晶性物质，纯净聚碳酸酯无色透明，具有良好的透光性，因其表面硬度较低，耐磨性较差，表面容易发毛而影响其透光率。

2．2 应 用

由于聚碳酸酯优良的综合性能，现已得到广泛的应用。长期以来，聚碳酸酯主要用于高透明性及高冲击强度的领域，应用开发是向高复合、高功能、专用化、系列化方向发展，目前已推出了光盘、汽车、办公设备、箱体、包装、医药、照明、薄膜等多种产品各自专用的品级牌号。

2．2．1 建材领域

聚碳酸酯板材耐紫外线辐射，具有良好的透光性、抗冲击性、尺寸稳定性和良好的成型加工性，使其比建筑业传统使用的无机玻璃具有明显的技术性能优势。

2，2．2 汽车制造领域

聚碳酸酯具有良好的抗冲击和抗热畸变性，并且耐候性好、硬度高，因此适用于生产轿车和轻型卡车的各种零部件，主要集中在照明系统、仪表板、加热板、除霜器以及保险杠等。

2．2．3 医疗器械制造领域

由于聚碳酸酯制品可经受蒸汽、清洗剂、加热和辐射消毒，并且不发生变黄和物理性能下降，因而被广泛应用于人工肾血液透析设备和其他需要在透明、直观条件下操作并需反复消毒的医疗设备中。如生产高压注射器、外科手术面罩、一次性牙科用具、血液分离器等。

2．2．4 航空、航天领域

近年来，随着航空、航天技术的迅速发展，对飞机和航天器中各部件的要求不断提高，使得聚碳酸酯在该领域的应用也日益广泛。据统计，仅一架波音型飞机上所用聚碳酸酯部件就达2 500个，单机耗用聚碳酸酯约2 t。而在宇宙飞船上则采用了数百个不同构型并由玻璃纤维增强的聚碳酸酯部件以及用于制备宇航员的防护用品等。

2．2．5 包装领域

近年来，在包装领域出现的新增长点是可重复消毒和使用的各种型号的储水瓶。由于聚碳酸酯制品具有质量轻、抗冲击性和透明性良好、用热水和腐蚀性溶液洗涤处理时不变形等优点，目前在一些领域，聚碳酸酯瓶已完全取代了玻璃瓶。随着人们对饮用水质量要求的不断提高，聚碳酸酯在这方面的用量也将迅速增长。

2．2．6 电子电器领域

由于聚碳酸酯在较宽的温度和湿度范围内具有良好而恒定的电绝缘性，是优良的绝缘材料。同时，其良好的难燃性和尺寸稳定性使其在电子电器行业应用广泛。聚碳酸酯树脂主要用于生产各种食品加工机械，电动工具外壳、机体、支架，冰箱冷冻室抽屉和真空吸尘器零件等，而且还用于生产对于零件精度要求较高的计算机、视频录像机和彩色电视机的重要零部件。

2．2．7 光学透镜领域

聚碳酸酯以其独特的高透光率、高折射率、高抗冲击性、尺寸稳定性及易加工成型等特点，在该领域占有极其重要的位置。采用光学级聚碳酸酯制作的光学透镜不仅可用于照相机、显微镜、望远镜及光学测试仪器等，还可用于电影投影机透镜、复印机透镜、红外自动调焦投影仪透镜、激光束打印机透镜以及各种棱镜、多面反射镜等。聚碳酸酯在光学透镜领域的另一重要应用是作为儿童眼镜、太阳镜和安全镜和成人眼镜的镜片材料。近年来，世界眼镜业聚碳酸酯消费量年均增长率一直保持在20％ 以上，显示出其极大的市场活力。

2．2．8 光盘的基础材料

近年来，随着信息产业的倔起，由光学级聚碳酸酯制成的光盘作为新～代音像信息存储介质，正在以极快的速度迅猛发展，聚碳酸酯以其优良的性能特点成为世界光盘制造业的主要原料。

3 国内聚碳酸酯的生产及消费现状

我国是最早开发聚碳酸酯的国家之一，早在1958年，由沈阳化工研究院首先开发成功酯交换法工艺，并于l965年在大连塑料四厂建成100t／a的生产装置。到2O世纪7O年代末。采用国内技术生产聚碳酸酯的企业多达2O余家，其总生产能力已超过3 000 t／a。但是由于工艺技术落后、设备简陋以及原料来源等问题，致使产品质量差、消耗高。迫使多数企业停产。多年来。能维持正常生产的企业只有上海申聚化工厂、重庆长风化工厂和常州有机化工厂3家，总生产能力为5 600 t／a，但产量还不足2 000 t／a，并且大部分为自用。

我国聚碳酸酯消费增长迅速，消费量巳由1995年4O kt、2000年150 kt、2001年210 kt迅速增加到2002年350 kt、2003年450 kt、2004年620kt和2005年约700 kt。1995～2005年，我国聚碳酸酯消费量年均增长率高达30％以上。

国内聚碳酸酯的产量远远满足不了市场需求，因此几乎完全依靠进口。我国聚碳酸酯进口量已由2001年201 kt迅速增加到2002年343kt，2003年445 kt、2004年约612 kt、2005年599kt。1999—2005年，我国净进口量年均增长率高达5O％ 以上。

随着国民经济不断发展，电子电器、汽车工业成为支柱产业，城市建设和西部大开发等基础项目对新型建筑材料需求不断增长，目前我国已成为全球聚碳酸酯需求量增速最快的国家。据专家预测，在未来几年，我国聚碳酸酯的需求量增速将保持在15％左右，巨大的需求和丰厚的利润吸引了世界巨头纷纷前来我国投资建厂，国内也有多家公司随着技术突破而扩建、新建装置。这标志着我国聚碳酸酯正在进入投资高峰期。

目前，在华投资以及计划投资聚碳酸酯的国际跨国公司主要有拜耳公司、帝人化学公司、GE公司和三菱瓦斯化学公司。拜耳公司与上海氯碱化工股份有限公司合作，在上海化工园区建设大型聚碳酸酯装置，一期50 kt／a装置投产后，现已开始二期工程建设，产能将扩大到100 kt／a，最终将使聚碳酸酯装置的产能扩大至200 kt／a，其中的120 kt／a双酚A配套项目计划于2007年建成。

作为亚洲最主要的聚碳酸酯生产商，帝人化学在浙江嘉兴投资约1．35亿美元建设聚碳酸酯基地，2005年4月，一期工程50 kt／a光气法装置试产，主要生产电子、电器部件用树脂，现已开始筹建第2套50 kt／a光学用聚碳酸酯装置，预计将于2007年投产。三菱瓦斯化学公司也计划在我国建设100 kt／a聚碳酸酯装置，如获批准，有望在2007年开工建设。此外，GE公司与燕化也准备合资建设50 kt／a聚碳酸酯装置。

国内企业方面，辽宁省发改委正式下达了对我国蓝星沈阳石化有限公司聚碳酸酯项目的立项批复文件，一期总投资约33亿元；吉林省计划建设100 kt．／a聚碳酸酯项目，建设周期为2006—2008年，投资总额为lO亿元；铜陵化工实业有限责任公司3 000 t／a全非光聚碳酸酯项目建设已经启动；在振兴东北老工业基地热潮中，抚顺制定了建设聚碳酸酯基地计划，甘肃银光聚银化工有限公司与我国科学院长春应用化学研究所合作研发聚碳酸酯；四川绵阳总投资达2O亿元的50 kt／a聚碳酸酯项目已经正式动工建设，一期工程产能为10 kt／a；我国精细化工(常州)开发园区也将建设5 000 t／a特种聚碳酸酯项目 。

上述项目如果能顺利建成，将从根本上改变我国聚碳酸酯长期依赖进口的局面。据了解，国内聚碳酸酯生产迟迟难以起步的原因之一是双酚A的国产化缓慢，不过，目前国内双酚A已经实现国产化，蓝星新材料无锡树脂厂的产品已达到国际先进水平，并受到了跨国公司的青睐；聚碳酸酯发展面临的另一个关键问题是生产技术，目前国内生产技术与国外先进生产技术相比，还存在较大的差距，如果完全靠国内自行开发，仍有相当的难度，为了加快发展我国聚碳酸酯产业，应引进国外先进技术和人才，并与外资企业合资建厂。

从消费领域来看，我国聚碳酸酯主要用于电子电器产品、中空阳光板、CD和DVD光盘、非一次性饮用水桶和食品容器、纺织业、汽车工业等方面。目前我国聚碳酸酯的消费结构大致如下：电子电器及计算机配件约占42％；中空阳光板约占26 3％；CD和DVD光盘约为13．1％；饮用水桶和食品容器约占10．5％ ；复合材料和汽车工业等领域约占9．1％。

在未来几年中，我国原有的主要消费领域仍将继续保持高速增长势头，计算机和家用电器领域对聚碳酸酯的需求年均增长率约为10％ 一12％；铁路、公路、机场及城市建设对中空阳光板需求依然强劲，而且近年来国内长江和珠江三角洲一带利用聚碳酸酯加工生产板材企业经济效益比许多聚合物树脂生产企业好很多，预计中空阳光板对聚碳酸酯的需求年均增长率为12％ 一15％左右；目前我国己成为世界上第2大光盘消费国，在未来几年，光盘生产对聚碳酸酯需求仍将保持20％ 以上高速度增长；据预测，未来几年国内对聚碳酸酯需求增长最快的领域将是以聚碳酸酯为基材共混合金类复合材料，其中汽车工业将是主要拉动力。

4 对我国聚碳酸酯产业发展的建议

经过4O多年的发展。我国的聚碳酸酯产业仍未形成自己先进的生产技术和具有工业规模的生产装置。特别是近年来随着国内聚碳酸酯消费量的迅速增长，生产与市场形成了极不协调的供需矛盾。因此，大力发展我国聚碳酸酯工业是十分迫切和必要的。针对目前的现状提出以下几点建议。

4．1 通过各种途径引进成套国外先进技术

目前国内技术水平与国外先进水平差距较大。如果完全靠国内自行开发技术，难度较大，可能会错过发展的有利时机，所以应进一步与国外公司接触，引进技术和人才，并合资建厂，加快建设经济型、规模型聚碳酸酯生产装置的步伐。

4．2 加强基础建设及配套工程

在加快现有装置改造的同时应加强配套原料双酚A装置建设，同时有关部门应给予聚碳酸酯装置建设的优惠政策和资金支持，为聚碳酸酯工业在我国快速发展提供有力的保障。

4．3 加强聚碳酸酯的应用研究

目前全球聚碳酸酯应用已向高功能化、专用化方向发展，鉴于我国聚碳酸酯生产能力和市场需求均呈现快速发展局面，尤其是国内多套规模化装置的建设，加上汽车工业迅猛发展的拉动，未来几年我国聚碳酸酯工业将进入一个新的发展阶段，其中最为关键的是加快聚碳酸酯的应用研究。要充分利用国内一些科研单位在塑料改性及塑料合金方面的技术成果，提高产品的档次及附加值，在产品的应用领域同国外的各种专用牌号聚碳酸酯竞争，力争占领国内市场。

(1)首先国内生产企业应充分利用国内生产能力的增加和在塑料改性及塑料合金方面积累的经验，加快聚碳酸酯合金等复合材料开发、生产及应用，其中最为重要的有以下两种。

① 聚碳酸酯／ABS合金。聚碳酸酯与ABS共混物可以综合聚碳酸酯和ABS的优良性能，一方面可以提高ABS的耐热性、抗冲击性和拉伸强度；另一方面可以降低聚碳酸酯成本和熔体粘度，改善加工性能，减少制品内应力和冲击强度对制品厚度的敏感性。目前聚碳酸酯／ABS合金发展迅速，全球产量约为850 kt／a左右，我国需求量约为200 kt／a左右。世界各大公司纷纷开发推出聚碳酸／ABS合金新品种，如阻燃、玻纤增强、电镀、耐紫外线等品种，主要用于汽车工业、计算机、复印机和电子电器部件等。国内主要的研究与生产公司有上海杰事杰公司、中国科学院长春应用化学研究所、兰州大学等单位。

② 聚碳酸酯／PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)合金。将PBT与聚碳酸酯共混制得合金材料可以提高聚碳酸酯流动性，改善其加工性能和耐化学药品性。日本科研人员用聚碳酸酯和PBT在酯交换催化剂存在下，制得聚碳酸酯／PBT共混物，其综合性能良好，而且具有较好的透明性，用与聚碳酸酯折光率相近的玻璃纤维来增强聚碳酸酯／PBT，不仅体系综合性能优良。而且具有很好的透明性，可以作为玻璃的替代材料。目前国外聚碳酸酯／PBT合金产品主要用于汽车保险杠、包装薄膜材料、汽车底座和座位等，而国内此类材料的研究则刚刚起步。

(2)聚碳酸j~／PS(聚苯乙烯)合金、聚碳酸酯／PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)合金、液晶聚酯改性聚碳酸酯、PET／聚碳酸酯L(由乙二醇、低分子量聚己内酯和对苯二甲酸共聚而成的多嵌段共聚酯)与聚碳酸酯共混改性、聚(1，4一环己烷二甲酸一l，4一环己烷二甲醇)酯改性聚碳酸酯等值得关注和研究开发。

(3)紧跟国际发展潮流，加快聚碳酸酯在以下消费领域的拓展。

① 宽波透光的光学器械。聚碳酸酯片材特别适宜于制作眼镜镜片，在聚碳酸酯分子链中引入硅氧基团。可以提高其硬度及耐擦伤性。作为高折射率塑料，聚碳酸酯用于制作耐高温光学纤维的芯材。若其分子链中的c—H链为c—F链所取代，则可以对可见光的吸收减少，有效降低传递途中信号的损失。此外，聚碳酸酯具有良好的透光性，在透明窗材、高层建筑幕墙、机场和体育场馆透明建筑材料等方面应用非常普遍和具有潜力，今后重点是提高表面硬度和抗静电性。

② 阻燃环保的通信电器。今后应重点开发用于通信电器领域中的阻燃聚碳酸酯，因此无污染阻燃聚碳酸酯材料将成为开发的重点。由于毒性，溴系阻燃剂正在被减少使用，而无卤环保磷系阻燃剂会明显降低聚碳酸酯的热变形温度和冲击强度，因此比较适宜的是有机硅系阻燃剂。此外，随着通信电器轻量小型化对聚碳酸酯材料提出了更高要求，目前聚碳酸酯／ABS合金就特别适宜在通信电器及航空航天工业中应用。

③ 表面金属化的汽车部件。聚碳酸酯表面经金属化后具有良好的金属光泽及高强度，广泛应用于各种汽车零部件中，但是在电镀过程中会降低其冲击韧性，因此采用弹性体与聚碳酸酯进行共混合改性，所含弹性体分散了致开裂应力，虽经电镀也不会降低其冲击韧性，因此电镀级聚碳酸酯树脂具有非常广阔的开发前景。此外，表面金属化的聚碳酸酯还可以作为电磁波的屏蔽材料应用在计算机领域。

④ 低残留有害物的食品容器。工业合成聚碳酸酯是双酚A型，由于合成时有微量未反应的单体双酚A残留在树脂中，在作为饮用水桶和食品容器时易被溶出从而影响身体健康，因此要开发卫生级的聚碳酸酯树脂，用作饮用水桶和其他食品容器的生产和使用。作为饮用水桶和其他食品包装材料及容器的聚碳酸酯在国内具有很好的应用前景。

⑤ 防开裂脆化的医疗器械。聚碳酸酯具有诸多优异性能，目前已经应用于医疗器械中，由于其耐化学品性较差，在化学药品的存在下，容易引起内应力开裂，如聚碳酸酯在人工透析器、人工肺等医疗器械中应用要解决高温消毒导致裂纹的老化现象，若克服了这些缺点，聚碳酸酯在医疗器械中应用可迅速扩大。

4．4 合作开发非光气法生产工艺

由于非光气生产工艺是一种符合环境要求的绿色工艺，也是今后聚碳酸酯生产工艺的主要发展方向，因此要充分利用并发挥国内聚碳酸酯技术潜力，与世界先进的大公司合作，开展非光气法聚碳酸酯的生产和应用开发工作，为我国聚碳酸酯的生产水平早日赶超国外先进水平奠定良好的基础。

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