聚碳酸酯：随处可见的工程塑料
聚碳酸酯最早由德国科学家Alfred Einhorn在1898年首次合成。聚碳酸酯是一种透明材料，有很好的力学性能、阻燃性能和耐高温性。作为五大工程塑料之一，聚碳酸酯被应用于建筑业板材、汽车零部件、医疗器械、航空航天、电子电器、光学透镜、光盘基础材料、LED照明……许多领域，市场前景广阔。
作者：刘墨白，《中国工业评论》特约撰稿人，本文发表于《中国工业评论》杂志第12期
一说起PC，大多数人想到的都是电脑(Personal Computer)的缩写,但是我们这里要说的是塑料中的PC (Polycarbonated)，中文名称是聚碳酸酯。聚碳酸酯是塑料中的一种，在我们周围，有很多生活物品就是用聚碳酸酯制造的，比如：水桶、光盘、镜片……作为五大工程塑料之一的聚碳酸酯，早就渗透到了我们生活的方方面面。本文就来详解一下聚碳酸酯的“前世今生”。
诞生
聚碳酸酯最早由德国科学家Alfred Einhorn在1898年首次合成，因为一直没有找到合适的应用领域，长达半个多世纪“养在闺中无人识”。不过是金子就总会有发光的那一天——1955年，Bayer公司的科学家Hermann Schnell重新将聚碳酸酯合成出来，并于当年申请了专利。同年，Bayer公司正式给自家的聚碳酸酯起了个商品名“Makrolon”。
纵观整个塑料科技史，不得不说，上世纪五六十年代是塑料科技大发展的时代。就在同一时期，1953年GE公司 (后来塑料部门出身的杰克·韦尔奇担任该公司CEO) 的科学家 Daniel Fox也独立合成出了聚碳酸酯，而且，同样在1955年向美国专利局提交了专利申请。一场知识产权大战由此展开……
最后，美国专利局裁定，该项技术专利归Bayer所有，因为他们比GE公司早提交申请书一个星期。就因这短短一星期，Bayer从GE那里拿到了不少专利费。时间就是金钱，在这里得到了完美的体现。
1958年，Bayer公司开始量产并商业化“Makrolon”。两年后，在支付了一笔“保护费”后，GE公司也开始量产聚碳酸酯，GE家的聚碳酸酯商品名是“Lexan”。自此，聚碳酸酯作为工程塑料登上了历史舞台，由于它集良好的光学性能、力学性能以及阻燃性能于一体，很快就得到了人们的关注。
生产
生产工艺
目前，聚碳酸酯的生产主要有两种方法：一是光气法；二是熔融法。虽然大多数生产商都采用光气法，但是，因为光气剧毒，加之大众对环保问题日益重视，新建的PC生产基地基本都采用较为环保的熔融法。可是鱼与熊掌不可兼得，熔融法生产出的聚碳酸酯在某些性能上比光气法还是要差一些。不过除了一些高端的应用需求，熔融法制备的聚碳酸酯已基本可以满足大部分需求。
虽然聚碳酸酯的实验室制备只有一步反应，非常简单，但在实际生产中却并非如此。实际生产中，所有的原料都需要从最基本的化学产品开始，一步步进行制备，并要将在此过程中产生的副产物——热、废水等加以回收并循环利用，这是一个相当复杂的系统性工程。就好像做一盘西红柿炒鸡蛋，需要从种植西红柿和养鸡开始，还要达到自动化与智能化。从图1不难看出聚碳酸酯工厂的规模与复杂性。
主要供应商
早起的鸟儿有虫吃，半个多世纪的耕耘使得Bayer和GE成为了全球聚碳酸酯的主要供应商，占据着半壁江山。继它们之后，美国的陶氏化学、日本的三菱、帝人，以及一些韩国公司相继掌握了聚碳酸酯的合成技术，并纷纷建厂，投入到浩浩荡荡的生产大军里来，但终究抵不过两位前辈在这个市场上的根深叶茂。2011年，全球聚碳酸酯的产能大约为466万吨，而Bayer和Sabic（原来的GE塑料）就分别占去了33%和22%的份额；日本厂商大约占了17%的产能；韩国企业也占去了8%的产能；其余如俄罗斯、沙特以及泰国都有大规模生产聚碳酸酯的能力。
同时，由于亚太区域作为新兴市场的崛起，各大聚碳酸酯供应商纷纷在该区域建立生产基地，使得亚太区域的产能与欧美国家的产能达到旗鼓相当的程度。
那中国有没有国产的聚碳酸酯呢？虽然早在1958年，沈阳化工研究院就开发出了聚碳酸酯的合成工艺，但是由于早年生产工艺和设备落后，以及近年聚碳酸酯价格滑落等原因，直到2014年，我国也仅仅只有几个年产不到万吨的聚碳酸酯小厂。
在日益追求国产化的今天，该来的终归会来——2011年，中石化和Sabic宣布将在天津合资建立年产26万吨的聚碳酸酯项目。如果说这个带着一半洋色彩的项目和真正国产化还有一步距离的话，那么2015年4月，浙铁大风化工的拥有独立知识产权的聚碳酸酯装置的成功投产，算是结束了国内无万吨级以上自主工业化装置的历史。当然，要做到与欧美老牌公司以及日韩新贵们分庭抗礼，还需假以时日。
不过，随着塑料行业盈利水平的逐渐降低，欧美老牌公司渐渐退出了这个市场：2010年，陶氏化学将其聚碳酸酯业务部出售给贝恩资本，取名为Styron， 2015年该公司又改名为Trinseo；2015年9月，Bayer宣布将旗下材料业务集团（包括聚碳酸酯业务）独立出来，赋予其一个新名字——Covestro；最大的变数是GE塑料，2007年，沙特基础工业公司以116亿美元收购了GE的塑料部门并更名为Sabic 创新塑料部门，又于2015年10月解散创新塑料部门，将其并入新的“特殊产品部门”，其位于美国皮茨菲尔德的创新塑料总部也被关闭。当年工程塑料界的王者落得如此结局，让人唏嘘不止。白云苍狗，风云变幻，不知从这里起步的杰克·韦尔奇会作何感想。
性能
为什么聚碳酸酯这么好用？一年466万吨的产能到底用到哪里去了？只有了解了聚碳酸酯的性能，才会知道它的应用市场。
光学特性。它的透光率在90%左右，接近于玻璃但是又比玻璃轻，不易碎，易于加工。有人会以为这就是所谓的“有机玻璃”，其实不然！我们所说的有机玻璃的学名是“聚甲基丙烯酸甲酯”。有机玻璃虽然也是透明材料，甚至光学特性比聚碳酸酯还要优越，但是，它的力学性能与耐热性能比聚碳酸酯相差太多，而且还不防火。所以就综合性能而言，聚碳酸酯更全面，应用也更为广泛。
力学性能。聚碳酸酯是刚性与韧性的有机结合体。一般而言，一种材料刚性很好的话，它就会很脆，往地上一摔就会碎。但聚碳酸酯虽有很好的刚性，很难将其折弯，它的韧性却也相当好，由其制成的产品，即使有重物从高处落在其上，也不容易破碎。例如，4公斤的圆球从0.1米高处落在1.2cm厚的聚碳酸酯板上，聚碳酸酯板能够完好无损。
阻燃性能。2010年11月上海市胶州路一场大火，让防火阻燃材料备受人们的关注。相较于其他塑料而言，聚碳酸酯有着优异的防火性能。在不添加任何阻燃剂的情况下，纯的聚碳酸酯就可以通过一定级别的防火测试。如果辅以少量的阻燃剂，聚碳酸酯就能达到最高级别的防火标准，同时，还不会损失其优良的光学以及力学性能，这是其他塑料产品根本做不到的。
耐高温性。随着温度的升高，所有塑料都会在一定温度下变软，从而失去使用价值。这个温度值也就是该塑料的最高使用温度。可以想象，这个温度数值越高，塑料的使用范围也就越宽。聚碳酸酯的最高使用温度可以达到120度至130度。大约十几年前，流行过所谓的“太空杯”，透明、轻便，它就是以聚碳酸酯为原材料制作的。
除了以上所说的四个主要特性，聚碳酸酯还有其他一些优良性能，比如电学性能、尺寸稳定性等等，这里不再赘述。
