第四节 热塑性聚酯
热塑性聚酯在工程塑料品种中占有重要地位，其中已经得到广泛应用和大规模工业化生产的是PET和PBT。本章节主要讨论市场上应用最为广泛的两种热塑性聚酯——PET和PBT的市场供需情况、在工艺和应用方面取得的进展及面临的机遇和挑战。
一、市场供需
近年来，工程塑料取代金属材料的趋势日渐显著，受其影响市场对PET/PBT的需求力度逐年加大。此外，终端产品市场的繁荣、新兴国家的崛起、生物基材料的推广等因素进一步推高了PET/PBT的市场走势，据统计2015年全球PET/PBT树脂市值为350亿美元。就地域而言，亚太是PET/PBT树脂的重要生产及消费市场。该地区掌控着全球38%的PET市场份额及53.6%的PBT市场份额。在PET瓶和PBT电子电气产品领域，中国是最大的消费国。
预计2016～2020年期间，全球PBT和PET树脂市场将以7.3%的复合年增长率强劲增长，至2020年起市值预计将达500亿美元左右。
在过去几年，全球PET树脂市场已经大幅增长，预计未来几年内这种趋势将在所有应用领域内继续维持，取代传统包装应用以及降低大气排放物的要求是促进PET市场需求的主要原因。此外，对再生PET和创新包装需求的上涨将是PET树脂市场的主要影响因素。相比之下，全球PBT树脂市场增长幅度相对缓慢。热稳定性、高抗热性、优越的电气性能等因素则是促进PBT树脂需求的主要原因。
（一）PET聚酯切片
（1）世界与中国地区PET产需情况分析
PET切片从用途角度分类主要为纤维级切片、瓶级切片和膜级切片，市场占有率分别为75%、20%和5%。据美国GSI全球服务公司统计，2014年全球瓶级PET总供应量达到了2940万吨，较此前增长20%。而需求则以6%的速度增长，其总量最多为1970万吨，换言之，2014年全球瓶级PET产能过剩970万吨，相当于市场需求的一半。就区域而言，亚洲成为新一轮产能过剩受到冲击最大的市场。其中，中国成为产能过剩最为严重的国家，2014年中国瓶级PET切片需求约400万吨，而产能达到了近900万吨，受产能严重过剩影响，2014年中国PET生产装置的平均开工率仅为65%。此外，欧洲市场也难逃厄运。因供过于求，欧洲很多PET项目已被迫延期或取消，为缓解产能过剩压力，欧洲PET装置开工率由2013年的80%以上降至2015年的60%～65%。
目前中国已成为世界上最大瓶级PET切片生产国，表2-9列出了中国主要PET瓶级切片生产商产能情况。
表2-9 国内PET主要生产商瓶级切片产能
（2）我国PET聚酯切片进出口情况分析
2014年我国PET聚酯切片的总进口量为18.0万吨，同比2013年减少4.8%；总进口金额同比减少了6.5%，为32878.06万美元。瓶级切片进口主要来源于韩国、中国大陆以及中国台湾等国家和地区，主要以一般贸易和进口加工贸易方式为主。纤维级切片的主要来源于韩国、中国台湾、日本以及美国等国家和地区，2014年上述四个国家和地区的进口量占总进口量的83.47%，同比增长2.16%。
2014年，马来西亚、埃及、土耳其三国同时进行的PET反倾销调查，使得作为PET生产大国的中国出口形势严峻。2014年我国聚酯PET切片的总出口量为229.84万吨，同比2013年增长仅17.4%。2014年12月，据CIS国家PET进口商称，PET瓶用聚酯切片FOB中国报价已跌破1000美元/吨，虽然PET价格跌幅一直与原料成本跌幅保持一致，但因市场疲软，采购量依然很小。中国对苯二甲酸（PTA）生产商已经下调装置开工率，试图借此阻止价格进一步下跌。瓶级切片主要出口到日本、美国、俄罗斯、菲律宾和乌克兰等国家和地区，主要集中在南京、上海、江门等海关以及江苏、上海、浙江和广州等省市，主要以进料加工贸易方式为主。纤维级切片主要出口到日本、印度、印度尼西亚、埃及、土耳其和越南等国家和地区，主要以进料加工贸易方式为主。
（二）PBT聚酯切片
目前，全球领先的PBT树脂生产商主要包括BASF、Bayer、GE、Ticona、DSM、DuPont、朗盛、鲁奇吉玛、Sabic、日本东丽、三菱化学、台湾新光合纤、长春人造树脂、南亚塑料等等。据统计，2010～2013年全球PBT需求量保持年均8%的速度递增。2015年PBT的需求量达到了95万吨，汽车和电子电气仍然是PBT树脂最主要的应用领域，亚洲地区仍是增长速度最快的区域。近年来，我国PBT树脂消费量每年都以较高的速度增长，据预测，2015～2017年，我国PBT需求的年增长率为8.0%。在我国，PBT主要消费领域为电子电气，占55%左右，汽车领域大约占10%左右。考虑到国外PBT树脂消费结构中汽车占主要消费市场，我国作为汽车生产大国，对汽车需求的日益增长将为我国PBT市场提供广阔的前景。
我国PBT产业化生产始于20世纪70年代，2012年之前，我国PBT的生产企业共5家，总生产能力约36.0万吨/年，2015年，中国PBT主要生产企业的总产能达到98万吨/年，消费量估计达到40万吨。随着这些项目的建成，我国PBT的自给率将进一步提高。
虽然目前我国PBT生产能力有较大提高，但受生产工艺落后等多种因素影响，实际装置开工率并不高，而且有继续下降的趋势。另一方面，聚酯工程塑料的跨国企业和我国国内企业在市场占有率上极不平衡，PBT工程塑料销售额50%以上来自大型跨国企业。
二、技术进展
（一）PET树脂
（1）生物基PET的技术进展及工业化生产
随着人们对环保的重视，生物基塑料越来越受欢迎。生物基塑料凭借其明显的环保优势将成为未来塑料行业的主宰。欧洲生物塑料协会在其年度报告中称，全球生物塑料市场的增长速度超出预期。到2016年，产量将达到600万吨，其中生物基PET所占比例最大，届时产能将超过460万吨，将占生物塑料总产能的80%。
目前，虽然存在利用可食用生物质资源制造PET树脂的技术，但会大量消耗粮食。此外，利用转基因微生物，以植物的茎等为原料制作出生物燃料和化学品的技术生产效率很低。荷兰Avantium公司以非粮食植物糖C5和C6做原料，采用YXY技术，合成了生物基聚2，5-呋喃二甲酸己二醇酯（PEF），PEF与传统PET相似，可替代PET使用。PEF可用于包装材料或纤维产品，可回收再利用，且完全可生物降解，与传统石油基PET比较，PEF产品的CO2的排放（GHG）下降了50%～70%。目前，Avantium公司计划将YXY技术推广至全球范围，并使用其生物基原料。杜邦、塞拉尼斯，荷兰帝斯曼（DSM）等都积极推进该技术。
据美国《化学工程》2015年4月报道，日本群马大学的一个研究小组最新公布的研究成果显示，他们开发了一种利用农业废弃物玉米芯高效制备PET的技术。群马大学助教橘熊野率领的研究小组开发了利用非食用生物质玉米芯内含有的半纤维素制作出糖醛，然后利用催化剂将其转变为对苯二甲酸（TPA）的新工艺。采用生产TPA新工艺可使PET中的碳都是生物质碳。
（2）PET产品的再生应用
近年来，随着全球PET聚酯生产和在日常生活中应用的迅猛增长，随之而来的是大量废旧PET塑料的产生。废旧PET材料化学惰性强，短时间不易被空气或微生物降解，这给社会生态环境保护造成了巨大的压力。
再生纤维是PET回收的主要途径。据统计，再生PET的应用中纤维用途达到了89%，广泛用于服装、家具用品、购物袋、办公用品、生活用品、民用工程材料等领域。总部位于意大利Bologna的热塑性塑料包装生产商ILIP公司宣布准备开始生产100%再生PET制成的食品包装产品。ILIP是ILPA集团主要的业务部门，最近新增了一项再生PET净化工艺。该公司表示，该系统在2014年通过了欧洲食品安全局的批准，是生产符合直接食品接触类规定的包装产品不可缺少的先决条件。该公司称其是欧洲第一批实施再生PET工艺的企业，这意味着可在企业内部管理塑料回收：包括清洗和研磨消费后产品，挤出再生PET材料以及生产最终成品。
2014年，巴西建筑材料公司推出了由再生85%PET与15%矿物填充料经特殊工艺混合生产而成，其废弃物可100%进行回收利用。这款名为Rivesti的瓷砖的生产过程完全符合可持续发展要求，每平方米瓷砖消耗66个PET饮料瓶，能够减少3kg的二氧化碳排放。
荷兰3D打印制造商Innofil 3D和Cior C共同开发了一款以回收PET塑料为原料的3D打印线材Inno Circle。Inno Circle 在这方面的贡献是一种含有质量分数超过50%的再生PET透明线材，这种材料也符合食品安全标准。此外，该材料即使在打印后快速冷却也能保持透明状态，能够让创客们打印任何产品，而且是以一种对自然更负责和更可持续的方式。
（3）PET工程塑料
PET纯树脂存在结晶速率慢、成型尺寸稳定性差、缺口冲击低、易燃、耐候性差等不足，很难直接应用于高附加值的工程塑料，因此PET在工程塑料领域的用量相比纤维、包装瓶、薄膜等产品占比较少。国外杜邦和巴斯夫等公司很早就推出了改性PET工程塑料，最近国内一些研究机构和改性厂也开发出了一些PET高性能化技术和产品。
苏吉英等采用自行复配的无卤阻燃剂制备了无卤阻燃连续长玻纤增强PET材料。该材料具有较好的阻燃性能、较高力学性能及良好电绝缘性能，其相比漏电起痕指数已超过600V。而且，该材料还对银和铜等电极具有低腐蚀性。该材料已经广泛应用于接触器、漏电保护器、断路器外壳等电子电气领域的产品。
上海杰事杰新材料集团近年来开发出了高强度、耐腐蚀、耐候PET材料，通过结构和成型工艺的优化生产的工程塑料制件成功替代了太阳能电池板边框金属件，该“以塑代钢”项目的实施解决了太阳能行业使用的金属制件在荒漠盐碱环境耐腐蚀性差、运输安装困难等方面的不足。聚赛龙工程塑料有限公司推出的高RTI增强阻燃PET材料，该材料电气特征RTI（相对热指数）为150℃，冲击负荷RTI为155℃，静态RTI为155℃，达到国际先进水平。RTI是通过测试5000～10000h的加速老化结果，来推断材料在10万小时能承受的最高温度。聚赛龙高RTI增强阻燃PET的开发成功将进一步拓展其PET在电子电气、汽车和新能源等领域的应用范围，为其长期耐热稳定性提供新的解决方案。
目前，市场上除玻纤增强、阻燃、耐候改性PET工程塑料外，PET的合金化改性也是弥补PET纯树脂的不足，实现其高性能化的有效手段。PET与其它聚酯产品如PBT、PC、PTT存在一定相容性，经常进行一定比例互配使用，是目前改性PET合金最常见品种。近年来，关于PET与聚烯烃（PO）熔融共混制备综合性能优良合金的报道很多。两者共混，具有明显的结构和性能互补优势。PET可以提高PO的强度、模量及耐热性，降低PO对于氧气及水蒸气的渗透率；PO可以改善PET的加工、冲击性能以及耐环境应力开裂性能。PET合金的种类还有很多，如：PET与聚酰胺6、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS）、聚萘二甲酸乙二酯（PEN）、SEBS、EPDM等。由于其合金品种的增加，应用范围也将不断扩大
（二）PBT树脂
（1）PBT树脂的合成技术
PBT的合成工艺主要有两条工艺路线：①酯交换法，以对苯二甲酸二甲酯（DMT）为原料，称为DMT法；②直接酯化法，以对苯二甲酸（PTA）为原料，称为PTA法。相比较而言，DMT法经济效益低，PTA法是今后PBT生产的主要发展方向。
近些年，在PBT生产工艺得到改进的基础上，PBT树脂生产上下游一体化趋势更加明显。国外具有实力的聚酯生产企业通常在聚合过程中进行改性，生产出具有优异性能的树脂，设计出符合客户需求的产品。如杜邦公司的聚醚酯HytrelTM，是聚四氢呋喃-PBT嵌段共聚物，兼具弹性、耐热性、耐化学性以及强度和耐用性，可用于汽车等速万向节防护罩，能够承受平均15万英里的重击和大变化范围的温度考验。在需要优先考虑可再生来源材料的应用场合，包含20%～60%来自非食物性生物材料的HytrelRS可替代Hytrel。另外，采用PBT树脂进行后缩增黏处理制成黏度较高的光缆光纤级PBT，应用于光纤套管。
我国PBT树脂产品品质和产品结构与国外发达国家生产水平相比差距仍然比较明显，国产PBT树脂主要占据中低档产品市场，国内PBT消费一直以电子电气为主，汽车行业所占份额较低，致使部分厂家开工不足。近几年，世界范围内的PBT新建/拟建项目主要集中在中国。世界PBT的生产格局发生较大变化，大型化、技术先进的生产装置占领绝大部分市场，而小规模和工艺落后的生产装置则被逐渐淘汰，生产集中度进一步提高。
近年来，我国PBT树脂生产企业也投身于积极研发特殊牌号和高端改性产品以替代进口PBT。2014年，中国蓝星集团旗下工程塑料生产和研发基地——南通星辰合成材料有限公司，推出一款低挥发型聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）基础树脂，商品牌号为Starester TMXtrem VOC。该新型PBT基础树脂，有效控制了有机可挥发物的生成与析出，主要面向汽车和高端电子电气领域，应用于对VOC（有机可挥发物）含量有较苛刻要求的领域，如汽车内饰和零部件、汽车前大灯饰框、高端电子电气等。该产品具有极低的VOC含量（仅为通用级PBT基础树脂的50%，国际领先水平），同时保持了PBT工程塑料优异的物理机械性能，良好的热稳定性和外观品质。目前，已交付某国际知名的改性工程塑料企业，经全球领先的汽车车灯供应商全面评价，雾度值低至2.9%（160℃，24h），产品综合性能指标位于行业领先水平，从而正式进入海外汽车应用领域。
（2）PBT工程塑料
除了化学方法外，纳米技术、复合化技术、聚合物合金等物理方法被广泛用于提高PBT的抗冲击性、流动性、阻燃性能等。国外改性塑料厂仍然是PBT工程塑料高性能化研究的先驱和引领者。GE公司开发的具有高流动性的纳米Valox系列产品；Ticona公司开发的具有高流动性、高韧性、耐磨、耐疲劳的Celanex系列；BASF推出的用于电子电气的高流动PBT使用户在产品外观设计上具有更大灵活性。最近，日本三菱工程塑料公司开发出具有高抗冲击性及阻燃的聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）树脂，其商品名为“Novaduran 5710N1TX”。该产品与以往的阻燃PBT树脂相比，除了耐冲击性提高10倍以上外，其耐气候变化性和产品的表面外观都很优良。2015年BASF公司PBT Ultradur工程塑料产品线推出了碳纤维增强新产品B43000，该产品具有很低的静电电荷以及良好的导电性，从而使组件的工作更稳定，并且不会因为静电放电损害组件。在爆炸危险的区域，用B43000碳纤维增强PBT生产的组件也减少了静电和可能产生火花危险的概率。
为了提高竞争力，我国科研院所和塑料改性企业近年来加大了高性能PBT合金、长玻纤增强PBT、无卤阻燃PBT、低收缩率低翘曲增强PBT的研发。上海锦湖日丽李文强等开发了一种适用于气辅成型外门拉手用的PC/PBT合金材料。宋功品等通过自制的浸渍挤出机头制备了连续长玻纤增强聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）复合材料，讨论了生产工艺、玻纤含量、玻纤分布等对复合材料性能的影响。范潇潇等采用自制的无卤阻燃剂制备了无卤阻燃连续长玻纤增强聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）材料，无卤阻燃连续长玻纤增强PBT材料的强度明显高于无卤阻燃短玻纤增强PBT材料的强度。该材料具有较好的阻燃性能、较高的力学性能及良好的电绝缘性能，其相比漏电起痕指数达到600V，灼热丝起燃温度达到960℃，对铜等电极具有低腐蚀性，目前已经广泛应用于接触器、漏电保护器、断路器外壳等电子电气领域的产品。山东广垠新材料有限公司通过添加无机填料来对改善玻纤增强阻燃PBT复合材料翘曲问题，对填料种类和添加量对玻纤增强阻燃PBT复合材料力学性能和翘曲进行了较系统的研究。
随着智能手机采用纳米注塑生产手机边框工艺的普及，国内外对纳米注塑用工程塑料的需求越来越旺盛，此前该产品主要被国外少数几家改性厂的PBT和PPS工程塑料所垄断。2015年深圳长盈精密技术有限公司与国内多家塑料改性厂合作，并对各改性厂开发的纳米注塑用改性PBT产品的拉拔力和阳极氧化性能进行系统评估。上海杰事杰新材料集团开发的纳米注塑专用PBT产品在此次试模评测中各项性能均达到相关行业标准，是最早实现纳米注塑PBT工程塑料国产化技术突破的公司之一。
三、应用进展及趋势
（一）PET应用进展及发展趋势
因PET耐磨、可塑性好、耐冲击、阻隔性好、耐化学等特性，在包装领域中具有广泛的应用，无论是纺织工业纤维、包装膜、卷材，还是啤酒瓶，都使用PET塑料。
（1）纺织工业应用
PET主要用于生产涤纶纤维。近年来，常规PET长丝和短纤维已经出现了供大于求的现象，国内外聚酯纤维生产企业正通过调整生产工艺、PET原料改性等方式，开发了多种差异化的新产品。2015年中国国际纺织面料及辅料（秋冬）博览会期间，台湾聚隆纤维股份有限公司推出了一系列功能环保型聚酯纤维产品，包括抗静电聚酯丝、原液染色纱与多色调纱、超细纤维复合纤维。原液着色聚酯纤维具有生产工艺简单、绿色环保、节能降耗、产品颜色均匀、稳定性好等优点，已广泛应用于汽车座椅、扶手、车顶、立柱遮阳板等部位。上海石化开发了不含重金属的化学改性（添加聚醚类第三单体共聚）和物理改性（四叶形纤维截面）的直接纺“超仿棉”（亲水、导湿功能优良）短纤维技术，并实现了批量生产。与传统的长丝织物相比，其“超仿棉”织物的手感和亲水排汗效果更显著和有效，因此可在很大程度上作为高强低伸棉型短纤维的升级换代产品。
PET熔喷和纺黏非织造布相比市场上常见的PP无纺布在强力、弹性、耐光、耐温、染色、手感等方面有很明显优势，因此在耐用品领域有长足进展。粗旦纺黏PET材料的应用领域主要包括：屋顶加固材料，防止空气和污水（水和雨水）渗透进屋，同时允许屋内湿气溢出；汽车或其他地毯、瓷砖、乙烯基地板等相关材料的基层；土工布；家具和床垫基层；其他特殊技术应用。细旦纺黏PET材料主要应用于干燥材料层、过滤材料、特殊终端产品等领域。
功能性聚酯纤维一直是化纤行业的研发重点，特拉维拉公司在传统的抗起球系列产品基础上推出易护理、阻燃抗菌产品等，并与下游成衣商合作。2013年，其销售总额超过2.5亿欧元。英威达公司在Coolmax品牌基础上开发了适合不同应用领域的延伸产品，包括抗菌、抗紫外线等，同样，与下游的纺织及成衣企业联合（包括品牌共享）占据了高端服装市场。
（2）塑料瓶领域应用
PET塑料瓶是用量最大的饮料包装，广泛用于食品、化工、药品包装等众多领域。市场研究机构BCC Research日前发表报告指出，2013年全球硬质塑料食品包装市场需求约为300亿磅，预计2014～2019年期间，其需求复合年增长率将达3.7%。该研究机构同时表示，未来5年内PET在硬质塑料食品包装中仍将占主导地位，其复合年增长率预计将达4.1%。
尽管生物基PET行业还处于发展的初级阶段，但由于其发展势头迅猛，已开始奠基了其在饮料包装市场上不可或缺的重要地位。2015年可口可乐公司继续推动“植物瓶计划”，并重视与其他非竞争性公司的合作。比如亨氏食品公司、宝洁公司、耐克和福特汽车，均参与了可口可乐的项目，促进这一事业的发展，力争到2020年在其所有的PET瓶中都使用植物基塑料。
2014年，继西得乐推出一款神似玻璃的塑料啤酒瓶后，AndrewPeller公司宣布，其skinny grape品牌气泡酒启用新型PET包装，以取代传统的玻璃酒瓶。除外表更为美观外，新型PET包装还具备更为实用的价值。因高性能PET树脂耐冲击力强，该种包装能最大限度降低气泡酒在长途运输过程中遭遇的损耗。此外，与厚重的玻璃瓶相比，质量轻便的PET瓶还能起到节能降耗，减少运费的作用。该新型PET饮料瓶包装的另一大亮点是采用独特的气体阻隔技术，在融入德国KHS公司独家提供的防护涂层后，PET瓶能够有效防止氧气进入和二氧化碳溢出，将饮料保质期进一步延长。2015年7月美国一家家庭式葡萄园SutterHome宣布，它的整个187mL瓶装酒生产线都将采用Amcor Rigid Plastics公司的PET酒瓶，塑料瓶的外形、感观和便利等特性使其在消费者中广受欢迎。
（3）薄膜领域应用
PET薄膜一种无色透明、有光泽的薄膜，具有良好的力学性能、光学性能、电气性能、热性能、耐化学药品性以及适中的生物兼容性等，广泛地应用于生产生活中的产品包装膜、农膜、地膜、分离膜等方面。PET薄膜除常规民用领域应用外，在一些高端领域也有较广泛的应用，如电器绝缘材料（电容器、电缆绝缘、印刷电路布线基材，电极槽绝缘等）、PET薄膜片基和基带（如电影胶片、X光片、录音磁带、电子计算机磁带等）、金属化PET薄膜（如金银线、反射膜、扩散膜、微型电容器薄膜、特殊光学薄膜等）。
（4）工程塑料领域应用
目前PET工程塑料的总消耗量还不大，仅占PET总量的5%。PET工程塑料目前几个应用领域的耗用比例为：电子电气26%，汽车22%，机械19%，用具10%，消费品10%，其他为13%。玻璃纤维增强PET适用于电子电气和汽车行业，用于各种线圈骨架、变压器、电视机、录音机零部件和外壳、汽车灯座、灯罩、白热灯座、继电器、硒整流器等。
（二）PBT应用进展及发展趋势
PBT被广泛应用于电子电气和汽车工业中。由于PBT的高绝缘性和耐温性，可用作电视机的回扫变压器、汽车分电盘和点火线圈、办公设备壳体和底座、各种汽车外装部件、空调机风扇、电子炉灶底座、办公设备壳件。2011年之前，美国和日本是PBT主要消费国，超过一半用于汽车零件行业，其次用于电子电气和OA机械等行业。2011年之后，由于中国和印度市场消费量的增加，亚太地区的消费占到全球PBT消费量的50%。全球PBT总消费量的70%左右用于汽车和电子电气工业。在美国、欧洲和日本等发达国家和地区，PBT的主要消费领域为汽车工业、电子电气和办公机械等。在亚洲除日本之外，由于汽车工业欠发达，PBT消费量在汽车领域占总消费量不足20%，而电子电气仍是PBT最大的消费市场。
在中国，PBT应用领域所占比例分别为：电子电气约60%，汽车/机械工业约24%，光纤包覆约8%，纤维约3%，其他约5%。根据中国合成树脂供销协会的统计数据，目前国内平均每辆汽车PBT树脂的消费量在4.5kg左右，随着国内汽车产量的快速增长，PBT树脂在汽车行业应用领域的不断扩大，我国每辆汽车的PBT树脂消费量逐渐达到10kg左右。
最近，PBT纤维在针织、毛纺、织带和丝织等领域也显示其“独占鳌头”的优越性。PBT纤维拥有良好的耐久性、尺寸稳定性和较好的弹性，而且弹性不受湿度的影响，具有良好的染色性能、优良的耐化学药品性、耐光性和耐热性等优点，为与天然纤维混用提供了良好的条件，发展空间大，特别是PBT纤维类产品价格一直低于氨纶纤维价格，亚太地区对PBT纤维的需求量正在不断攀升，因此已经成为合成纤维领域具有发展前途的差别化纤维之一。