关于聚碳酸酯(PC)的调查报告

关于聚碳酸酯(PC)的调查报告

导言

拜耳材料科技公司最近成功开发了5加仑聚碳酸酯透明水桶，可作清洁饮用水的包装材料。这种水桶的重量仅约750克，比同样大小的玻璃瓶要轻85%。与其它材料如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚丙烯（PP）或聚氯乙烯（PVC）相比，这种材料兼具良好的硬度、韧性、抗断裂性能和耐高温性，可确保水桶拥有更长的使用寿命。据介绍，用该材料制成的大容量高强度透明水桶可清洁和重新灌装多达50次以上。 这是一则来自中国化工报的新闻，正是这则新闻引起了我对聚碳酸酯（PC）的兴趣。我主要是通过书籍，网络等途径来完成对这种材料的调查。其主要目的是为了更好的了解这种新材料的性质，用途，生产现状，市场前景等。

调查概况

聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，聚碳酸酯的英文是Polycarbonate，简称PC工程塑料。根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有芳香族聚碳酸酯获的了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。作为被世界范围内广泛使用的材料，俗称塑料之王、防弹胶。

早在1859年，俄罗斯化学家Butlerov首次合成出了聚碳酸酯材料，19世纪初这一材料又被Einhorn再次合成出来，但当时均未引起重视。直到Butlerov发现聚碳酸酯一百年后，该发现才受到了美国GE公司和德国拜耳公司的特别关注。1956年，这两家公司同时宣布建立工厂生产聚碳酸酯。1959年，拜耳公司生产出了商业化的产品，命名为Makrolon;第二年GE公司推出了名为Lexan的聚碳酸酯。另外，陶氏公司也在1984年生产出了自己的聚碳酸酯产品，称之为Calibre。

近年来聚碳酸酯在平淡的世界塑料原料市场中，其市场需求一直稳速增长表现坚挺，成为为数不多的市场亮点。世界聚碳酸酯市场的年需求量达120万t左右，在欧洲市场聚碳酸酯的销售量已超过预测值，且市场供应紧缺现象时有发生。据世界最大的聚碳酸酯生产厂商美国通用电器公司（GE）信息反馈，聚碳酸酯的所有市场应用领域的需求量呈现回升态势。

调查内容及分析

聚碳酸酯的制法

一种由双酚与碳酸二酯熔融缩聚制造聚碳酸酯的方法，使用碱金属化合物及／或碱土金属化合物（ａ）作为催化剂。在熔融缩聚之前，将有效量的碱金属化合物及／或碱土金属化合物（ａ）催化剂添加至双酚中，该催化剂在该双酚中含量应控制为使每摩尔纯双酚Ａ的１×１０↑［－８］至１×１０↑［－６］摩尔双酚二钠盐均具有相同的催化活性。

聚碳酸酯的制法有很多，不同的制法都会得到不同特殊性质的聚碳酸酯，以上这一种来自通用电气公司于1998年申请的专利。此方法能以稳定的方式从最初阶段开始就有效地进行此反应，并获得具有良好颜色、模制期间的良好热稳定性及颜色稳定性的聚碳酸酯。

加工方法

PC可注塑、挤出、模压、吹塑、热成型、印刷、粘接、涂覆和机加工，最重要的加工方法是注塑。成型之前必须预干燥，水分含量应低于0.02%，微量水份在高温下加工会使制品产生白浊色泽，银丝和气泡，PC在室温下具有相当大的强迫高弹形变能力。冲击韧性高，因此可进行冷压，冷拉，冷辊压等冷成型加工。挤出用PC分子量应大于3万，要采用渐变压缩型螺杆，长径比1：18~24，压缩比1：2.5，可采用挤出吹塑，注-吹、注-拉-吹法成型高质量，高透明瓶子。PC合金种类繁多，改进PC熔体粘度大（加工性）和制品易应力开裂等缺陷， PC与不同聚合物形成合金或共混物，提高材料性能。如PC/ABS合金中，PC主要贡献高耐热性，较好的韧性和冲击强度，高强度、阻燃性， ABS则能改进可成型性，表观质量，降低密度。

化学性质

由于聚碳酸酯具有酯键水解后具有羧基，在酸性环境中水解平衡会逆向移动，所以具有耐弱酸，耐中性油性。而在碱性环境中氢氧根会加速其水解，水解平衡也因氢氧根正向移动所以它不耐强碱

物理性质

密度：1.20－1.22 g/cm 线膨胀率：3.8×10 cm/cm°C 热变形温度：135°C 聚碳酸酯无色透明，耐热，抗冲击，阻燃，在普通使用温度内都有良好的机械性能。同性能接近聚甲基丙烯酸甲酯相比，聚碳酸酯的耐冲击性能好，折射率高，加工性能好，不需要添加剂就具有UL94 V-0级阻燃性能。聚碳酸酯的耐磨性差。一些用于易磨损用途的聚碳酸酯器件需要对表面进行特殊处理。

生产与应用

聚碳酸酯是日常常见的一种材料。由於其无色透明和优异的抗冲击性，日常常见的应用有光碟，眼睛片，水瓶，防弹玻璃，护目镜、银行防子弹之玻璃、车头灯、笔记本电脑外壳、动物笼子等等。

聚碳酸酯的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。

聚碳酸酯还被用来制作登月太空人的头盔面罩。苹果公司的ipod音乐播放器和ibook笔记本电脑外壳也使用聚碳酸酯制作。

由于它的清晰和韧性，食物贮存货的生产者和采购员喜欢聚碳酸酯纤维。当与矽土玻璃比较聚碳酸酯纤维如同轻量级和高度不易碎。聚碳酸酯纤维多用于一次性塑料水瓶和重用塑料水瓶

生产现状

聚碳酸酯(PC)作为五大工程塑料中唯一的透明产品，国内外产能增长迅猛，2000年全球生产能力约为185万吨，2001年为220万吨，2002年265万吨，2003年275万吨，预计2004年将增加到290万吨，2005年达到325万吨，年均增长率约为12%左右。

全球生产吨数350(万顿)300(万顿)250(万顿)200(万顿)150(万顿)100(万顿)50(万顿)0(万顿)200020012002200320042005全球生产吨数

我国PC产能多年来一直较小，仅有3家企业维持生产，产能不足5000吨/a，年产量2000吨左右，随我国PC需求快速增长，目前我国掀起了PC合资合作建设装置的热潮，拜耳公司与上海华谊集团氯碱化工公司在上海化工园区建设20万吨/aPC装置，一期5万吨/a装置已于2004年底投产，2006年初完成二期工程达到10万吨/a，鉴于我国PC市场巨大需求，最终将使该PC装置扩能至20万吨/a，装置生产主要是光学级产品，用于生产CD、DVD光盘、汽车照明系统等。

日本帝人化学正在浙江嘉兴建设5万吨/aPC装置，已于2005年4月投产，主要原料双酚A由日本三井化学供应，氯气和烧碱则来自当地企业，一氧化碳自己生产，

产品为通用级产品，主要供应电气组件、汽车零部件的生产，并在2006年将添加一套5万吨/a生产装置；同时该公司在上海高桥贸易自由区独资建设1.8万吨/aPC、ABS复合物装置，目前已投产，并在2005年上半年增建2万吨/a第二条生产线。日本三菱瓦斯化学公司拟在四川建设10万吨/aPC装置，已于2007年投产。

此外，国内还有一些企业与国外合作或采用国产化技术建设规模化PC生产装置，因此未来几年我国PC生产将步入新阶段，2006年国内生产能力将增至25万吨/a左右，预计今年达到50-60万吨/a。针对我国PC潜力巨大市场，国外著名的PC公司不仅在我国合作建设生产装置，还在中国台湾、韩国、新加坡、泰国等国家和地区建设规模化装置，相对多装置投资是针对我国市场的。PC生产工艺进展主要发展趋势是开发非光气合成工艺以替代目前主要合成工艺界面缩聚光气法，GE塑料和拜耳公司都开发各自的非光气法生产技术并推向工业化生产，此外旭/奇美、三菱化学/三菱瓦斯、帝人公司、LG化学公司均开发出非光气工艺技术，正在建设或计划建设非光气法PC装置，非光气法路线将成为未来PC的主要生产路线。

市场分析

20世纪90年代末期以来我国PC的需求由原来的纺织业用沙管转向电子/电气、光盘、建筑、汽车工业等领域，需求量急剧增加。1999年国内消费量约为14万吨，而2003年消费量增高达到38万吨，年均增长率约28%左右，远远高于国民经济的平均增长速度和其它通用工程塑料的增长速度。由于国内产量极小，我国使用的PC主要从国外进口。1999-2003年我国PC的净进口量分别为13.8万吨、23.5万吨、21.2万吨、34.2万吨、38.1万吨，而且尚未包括相当数量走私进来的PC，亦未考虑进口的成品和边角料，所以实际国内进口与消费数据要比上述海关统计要高出许多，国内外PC界一致认为我国市场潜力巨大其相对稳定。

1999年-2003年我国PC市场快速增长主要是电子电气产品、中空阳光板、CD和DVD光盘及非一次性饮用水桶和食品容器需求拉动，目前我国PC的消费结构大致如下：电子电气及计算机配件约占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%。

我国PC的消费结构复合材料和汽车工业等领域9%饮用水桶和食品容器10í和DVD光盘13%中空阳光板26%电子电气及计算机配件42%电子电气及计算机配件中空阳光板CD和DVD光盘饮用水桶和食品容器复合材料和汽车工业等领域

今后几年我国原有的主要消费领域仍将继续保持高速增长势头，计算机和家用电器持续增长，该领域未来对PC的年均增长率约为10%-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PC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，预计中空阳光板未来对PC的需求年均增长率为12-15%左右；目前我国成为世界上第二大光盘消费国，以前全部依赖进口光盘级PC生产，随着拜耳公司上海光盘品级PC投产，未来几年光盘对PC需求仍将保持20%以上高速度增长；专家预测未来国内PC需求增长最快的领域将是以PC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。预计未来几年我国PC的需求年均增长率将保持15%-20%之间，2006年国内的PC市场需求量将达到55-65万吨/a。国内产能仍无法满足国内市场需求，将从周边国家日本、韩国、泰国等进口大量产品供应国内市场。

目前全球PC应用已向高功能化、专用化方向发展，鉴于我国PC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拉动，未来几年我国PC工业进入一个新的发展阶段，其中最为关键的是加快PC的应用研究。

例如，今后应重点开发阻燃PC将用于通信电器领域中，因此无污染阻燃PC材料成为开发重点，溴系阻燃剂由于毒性在减少使用，而无卤环保磷系阻燃剂会明显降低PC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。另外随着通信电器轻量小型化对PC材料提出更高要求，目前PC/ABS合金就特别适宜在通信电器及航空航天工业中应用。

表面金属化的汽车部件，PC表面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，但是电镀过程中会降低它的冲击韧性，因此采用弹性体与PC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PC树脂非常具有开发前景。另外表面金属化的PC还可以作为电磁波的屏蔽材料，应用计算机中。

低残留有害物的食品容器，工业合成PC是双酚A型，由于合成时候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候，易被溶出从而影响人们身体健康，因此要开发卫生级的PC树脂，用作饮水桶和其他食品容器的生产与使用，作为饮水桶和其他食品包装材料及容器PC在国内应用前景非常看好。 防开裂脆化的医疗器械，PC具有诸多优异性能，目前已经应用医疗器械中，由于其耐化学品性较差，在化学药品存在下易引起内应力开裂，如PC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，若克服这些缺点，PC在医疗器械中应用可迅速扩大。

另外在汽车玻璃及窗玻璃应用中，为提高聚碳酸酯的抗刮性能和耐磨性，只须对聚碳酸酯进行涂层处理，对此， GE公司、Bayer公司、CFI公司均开发出了硅酮硬质涂层技术。日本三菱工程塑料公司及三菱瓦斯化学公司则联合开发出另一种技术“涂层薄膜插入注射”体系，即将具有硬质涂层的聚碳酸酯片材与聚碳酸酯结合在一起。一旦聚碳酸酯玻璃在汽车业被广泛采用，不仅可使每辆汽车的重量减少40％，而且此应用领域将形成年销售额50亿～60亿美元的巨大消费市场，市场前景极为广阔。