第一节 聚碳酸酯
聚碳酸酯（PC）是一种综合性能优良的热塑性工程塑料，其电性能优良，吸水率低，透光性好，可见光的透过率可达90%以上，是五大通用工程塑料中唯一具有良好透明性的品种，广泛应用于电子电气、数据载体、汽车部件、医疗设备、建筑、纺织和包装等领域。
一、产能发展状况
（一）世界产能变化
2015年世界PC生产能力约486万吨/年，产量约391万吨；开工率为80%，同比增长约1.5%，供需基本平衡。2015年，全球PC最大的生产地区为亚洲地区，产能占全球总产能约50%；其次是西欧和北美地区。主要的消费国家和地区有中国、美国、西欧和日本，4个地区消费量约占全球消费总量的70%。目前，全球PC产能主要集中在沙伯基础、科思创、三菱化学、日本帝人等跨国化工企业。
据ICIS Chemease统计，2015年亚太区所占世界市场份额增至65%。随着数字媒体日益普及，人们逐渐减少对CD和DVD的使用，电气/电子以及薄膜和板材将取代光学媒体成为PC最大的市场。
2015年，北美和西欧地区的建筑和汽车市场正在复苏，刺激该地区PC需求，全球PC业务正在慢慢恢复元气。汽车市场占据北美PC需求26%的市场份额，而当前北美地区的汽车销售量正在攀升。此外，占据北美PC市场34%份额的建筑市场的前景也被业界看好。美国住宅销售量正在不断攀升，将推动电子电气和家用电器需求增长。2015年，西欧经济的逐步复苏将支持大多数下游领域需求增长，PC多数下游市场的需求也正在复苏，PC需求将逐步增长。随着发达国家及地区PC市场的复苏，预计未来5年，全球PC需求将稳步增长。
目前，世界PC工业的发展呈现以下几个特点：①生产更加集中和垄断，科思创、沙伯基础、日本帝人以及三菱化学等公司控制着世界PC的生产与市场；②亚洲产业发展迅速，已经成为世界PC生产发展的中心；③生产朝着绿色环保方向发展，PC合金等新产品不断涌现。未来5年，预计全球新增产能主要来自中国。因此，随着中国大量新建PC产能的投产，全球PC产能将进一步增长，全球各地区供需格局将逐渐改变。表2-1为世界主要PC生产商产能及其分布。
表2-1 世界聚碳酸酯主要生产企业产能情况
（二）中国产能变化
截至2015年，我国PC产能为68.9万吨/年，产量约为45万吨，受市场、技术和生产装置等因素影响，国内PC的开工率长期在65%左右波动。我国PC生产主要集中在外资和合资企业手中。受国内PC强大需求的刺激和吸引，以及国家政策扶持和技术的深入探索，我国PC新建拟建项目较多，表2-2为2015年中国PC主要生产商及其产能。2002～2015年我国PC树脂生产状况如图2-1所示。
表2-2 2015年我国PC企业产能一览表
图2-1 2005～2015年我国PC树脂供需情况
（三）国内需求持续增长
亚洲聚碳酸酯消费量占全世界的64%，而我国的消费量约占亚洲的一半，已成为全球重要的PC市场。近10年，中国聚碳酸酯消费量平均增速在10%以上，2014年达到156万吨；2014年净进口量约126万吨，对外依存度约80%。2014年进口均价约3000美元/吨，即使在国际油价大幅下跌的背景下，PC价格依然保持高位。受技术制约，2014年之前国内PC商业化工厂全部是中外合资。2015年以来，有三家国内上市公司开始介入聚碳酸酯业务；我国聚碳酸酯主要用在电子电气、板材、薄膜、光盘、汽车工业、食品包装等领域。预计未来中国聚碳酸酯消费仍将保持年均7%～10%左右的速度增长，但光盘行业聚碳酸酯的消费水平在日趋下降。2006～2014年我国PC树脂进出口情况见图2-2。
图2-2 2006～2014年我国PC树脂进出口情况
2015年，我国PC消费量约在166.5万吨，对外依存度仍约为73%，是一种进口主导型产品。未来5年，随着中国新增PC产能的释放，国内供应能力将大大增强，产量将快速增长，但供不应求的局面依然严峻。
（四）国内新增PC产能
从2014年7月开始，由于原料苯酚/丙酮价格的下跌，此前连续走低的PC行情开始回升，作为国家“十二五”政策扶持项目，国内企业纷纷扩、新建装置抢占市场，近两年将是我国PC产能集中爆发期。
万华化学于2015年启动20万吨/年PC项目。通过双酚A、光气法路线等为主要原料生产粉料和粒料PC，其中粉料5万吨/年、粒料15万吨/年。
2014年5月29日，阳煤集团青岛恒源化工有限公司10万吨/年PC项目在山东青岛董家口经济区开工奠基。阳煤10万吨/年PC联合装置工程采用先进的非光气熔融酯交换法工艺，由碳酸二甲酯合成、碳酸二苯酯合成以及PC合成3大装置单元组成。该项目包括12万吨/年双酚A装置、4万吨/年碳酸二甲酯装置、10万吨/年碳酸二苯酯装置、10万吨/年PC装置，计划2016年建成。
2015年4月，宁波浙铁大风化工有限公司采用国际先进的非光气酯交换工艺建设的10万吨/年PC生产装置投产。公司采用独创的非光气法工艺将碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二苯酯（DPC）、PC三套装置联合在一起，通过DMC-DPC-PC的生产路线，实现物料全过程的循环利用。整套装置既不产生大量含酚废水，也不排放剧毒光气，并且每年还能消耗3.6万吨的CO2，达到了绿色生产的目标。该项目的建成投产，改写了我国无万吨级以上自主大型PC生产装置的历史。2015年12月上旬，江山化工宣布拟以发行股份及支付现金的方式收购浙铁大风100%股权，开始涉入PC行业。
沙伯基础与中国石化以50：50股比合资在天津滨海新区合资建设26万吨/年PC项目，分2套13万吨/年生产装置，每套联合生产装置包括与PC生产规模匹配的3万吨/年CO、5万吨/年DMC、11万吨/年DPC、12万吨/年双酚A和13万吨/年PC等4个生产单元。预计将在2017年投产，计划生产混合级、挤出级、光学级、模塑级4大类产品。
此外，近期在建项目还包括：上海科思创公司实施的20万吨/年PC新扩建项目；福建环球联合化工有限公司投资35.3亿元规划建设13万吨/年PC一期项目，项目总规划26万吨；泉州恒河化工有限公司投资27亿元，规划建设10万吨/年PC项目；总投资110亿元的中沙（天津）石化的26万吨/年PC项目，目前仍处于前期研究阶段。
初步估计2017年前我国PC项目的新增产能将达到154.2万吨/年，扩张速度惊人。在当前国内市场进口过剩的情况下，新产能的投放，在缓解产品严重依赖进口的同时，将加剧未来供应过剩的困难局面。近年来，国内PC进口依存度一直保持在80%以上，目前国内仅有的6家生产厂家中3家是外资企业，1家为合资企业，新建装置多数为中外合资及合作，外资和进口料牢牢垄断着我国PC市场。
二、工艺技术
工业上PC合成有光气法、界面缩聚法和非光气法，世界各大PC厂商生产工艺如表2-3所示。我国PC项目发展迅速，已经投产的工艺见表2-2，新项目采用工艺见表2-4。
表2-3 世界各大PC厂商工艺
表2-4 我国新增或扩建项目的工艺
由于PC生产技术门槛较高，我国企业难以掌握稳定的生产工艺，而国外企业对于技术又严格控制，因此目前我国PC装置生产多由外企投资，或者中外合资，或采用国外的技术。
（一）新工艺
近年来，人们环保意识日趋增强，各国环保机构对光气使用的限制越来越严格，世界各大PC生产厂商持续开发其它合成方法和工艺。PC制备的几个技术路线可归纳为：
其中，1代表甲醇氧化羰基化合成DMC；2代表碳酸二甲酯酯交换合成DPC；3代表苯酚氧化羰基化合成DPC；4代表双酚A氧化羰基化合成PC。路线1和路线2技术已实现了工业化生产，路线3和路线4是各大公司研发的、具有广阔前景的热点技术。苯酚羰基化合成DPC的原料来源广泛、价廉、不用光气、三废少，具有明显的竞争能力，将成为DPC合成技术的发展方向；双酚A羰基化法直接合成PC工艺具有毒性小、无污染、产品质量高、工艺流程短等优点，是世界各国争相研究的热点，具有巨大发展潜力。
（二）二氧化碳基PC
以二氧化碳为原料的PC合成技术也日益得到工业界重视。2014年，Covestro启动了梦想聚合物计划（dream polymers），旨在采用二氧化碳制备PC等聚合物，目标是取代传统PC生产原料中的40%甚至更高，减少对化石原料的依赖。
其实，研究者一直致力于开发温室气体二氧化碳（CO2）在除尿素、纯碱和水杨酸等大宗化学品以外的其他用途，其中CO2与环氧烷烃进行共聚，制备二氧化碳基PC颇具研究价值。在催化剂的作用下，CO2与环氧烷烃共聚生成PC（通常含少量的聚醚链段）和环状碳酸酯，而高活性、高选择性催化剂的设计是最关键的因素。王佛松及其中国科学院长春应用化学研究所的研究小组借鉴沈之荃的稀土催化剂体系，提出了适合于工业化的稀土三元催化体系，并与蒙西高新技术集团公司合作，于2004年率先在世界上建立了二氧化碳与环氧丙烷共聚物的中试线，实现了二氧化碳基塑料的工业化由不可能到可能的突破。随后，该课题组王献红等对催化体系不断改进，于2012年在浙江邦丰塑料有限公司建立了万吨级工业化生产线，这是世界上正常运行的第一条规模化生产线，相关产品已经通过美国生物分解塑料协会的认证，以PCO2为品牌的二氧化碳基塑料制品开始批量进入美国市场。在此基础上，王献红等合成制备了侧链双键二氧化碳基PC，研究了亲水性二氧化碳基PC及其刺激响应行为，在二氧化碳基PC的功能化上不断探索。
大连理工大学精细化工国家重点实验室“小分子活化与仿生催化”教育部创新团队与该校化工学院探索出简单合成结晶性二氧化碳基PC的新方法。他们利用外消旋双核钴催化剂，实现了二氧化碳与内消旋环氧烷烃的立构规整性交替共聚合反应，获得了高结晶性的二氧化碳基PC。不同构型嵌段单元之间的立体相互作用，导致分子内立体复合物形成，增加了聚合物密堆积结构，容易形成结晶。据了解，先前发展的二氧化碳基PC是非晶且玻璃化转变温度较低，存在高温强度迅速变差等问题。通过立构规整性聚合使碳酸酯单元在主链上有序排列是该类PC结晶的主要途径。
该团队进一步发现不管是可结晶还是无定形的不同构型的手性PC经简单的自组装，可以形成高结晶性的PC立体复合物，耐热性能明显提高。然而，这些结晶性二氧化碳PC的获得都需要昂贵的手性催化剂。此次该团队解决了这一难题。
三、应用进展
（一）下游市场看好
PC作为5大工程塑料中的透明产品，下游领域十分广泛。从国际上看，目前用于PC/ABS合金的产品占比高达25%以上，加上其他改性产品及高端原料，总占比高达45%以上。PC产品向高增值领域发展前景较为广阔，应用要向高功能化、专用化方向发展，充分利用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竞争，力争占领国内市场。
我国经济平稳增长，电子、电器、建筑、汽车、医疗等行业成为PC需求增长最快的领域。在各地PC企业纷纷新扩建装置的同时，不少企业开始注重产品高端化发展，已经开始注意开拓潜在市场。包括科思创、LG化学等合资企业在内，目前已有多个企业正在加强对纯树脂的研究生产，以备进军改性料市场。有的企业已将目光瞄向高端料市场，提前采购粒料进行研究，借以摆脱无序竞争的局面。2015年PC在各领域的应用占比见图2-3。
图2-3 2015年PC在各领域的应用占比
（二）未来需求增长预测
十三五期间，中国PC需求增长预计约5%，2020年消费量将接近215万吨。从下游应用来看，新的增长点主要如下。
①汽车行业 整体市场增速放缓，但轻量化概念，新能源汽车及充电设施推进仍带来PC材料应用的增长点。
②电子电气行业 消费升级换代，新型智能电子产品推出，如VR、车载、可穿戴设备等。
③新技术应用 如机器人、无人机等。
④建筑行业 商业建筑及基础设施建设推进PC板材应用增长。
⑤医疗行业 PC医疗应用成长空间明显，目前美国在医疗/眼科透镜领域的消费占比为10%，中国仅2%左右。
⑥LED照明 PC正日益成为透镜、透光罩、灯管、导光柱、扩散罩和反射器的首选材料。
（三）用途结构性变化
由于初始投资成本、技术许可以及市场等原因，PC树脂商业化门槛很高。来自其他树脂诸如PP、PS、ABS和聚酯，以及不含PC的共混物的竞争将会增长。PC最显著的特性如透明、冲击强度和耐热性中的部分特性可能被其他材料取替，但很难全部超越。
PC的三大应用领域包括玻璃装配业、汽车工业和电子电气工业。每种用途消耗的PC基本相当，但是地区间存在差别。美国、西欧、日本和中国大概占到世界消耗量的2/3。全球对PC的需求仍将以年均8%的速度增长；亚洲需求增长超过10%；中国需求增长高达10%～15%，PC将在国民经济生活中占有重要地位。
PC业务将向高增值领域发展：汽车行业、电子IT、建筑和LED。根据发达国家数据，PC在电子电气、汽车制造业中使用比例在40%～50%，中国在该领域的使用比例只占10%左右，电子电气和汽车制造业是中国迅速发展的支柱产业，未来这些领域对PC的需求量将是巨大的。
来自PC基的高端产品，医疗眼科方面的应用，光学透镜市场，将会持续增长。