硅共聚PC，未来是否可期？
导语：万华化学依托自身成熟的聚碳酸酯界面缩聚法生产工艺和在有机硅领域的前瞻布局，已成为全球唯一一家具有完整产业链的硅共聚聚碳酸酯（硅共聚PC）供应商，并针对聚合单体聚二甲基硅氧烷合成、硅共聚PC合成工艺、改性硅共聚PC及下游应用等方面，多方入手展开相关工作。
聚碳酸酯（polycarbonate，简称PC）是一种综合性能非常优异的热塑性工程塑料，从科学定义上讲，PC是指分子链中含有碳酸酯基（—COO—）的一类热塑性高分子化合物。
按照分子结构中所带酯基的不同，聚碳酸酯可分为脂肪族聚碳酸酯、脂肪-芳香族聚碳酸酯、芳香族聚碳酸酯等几种类型。目前只有芳香族聚碳酸酯获得了大规模的工业化生产和应用，其中尤以双酚A型聚碳酸酯为主，结构如下图所示，我们通常所说的PC即为双酚A型PC。
双酚A型聚碳酸酯结构
近年来，我国聚碳酸酯（普通双酚A型PC）行业高速发展，产能从2018年的近120万吨/年增长至2022年的近320万吨/年，年复合增长率接近28%；产量从2018年的近75万吨增长至2022年的近170万吨，年复合增长率为接近25%。总的来看，我国聚碳酸酯行业产能增速不及产量增速，这也使得行业整体开工率趋于下降的趋势。
为了在激烈的市场环境下脱颖而出，现有不少厂家开始将目光瞄准其他类型的聚碳酸酯产品，以求通过差异化竞争，获得新的业务增长点。
目前，市场上的差异化产品主要可以分为两类， 一类是在双酚A型均聚聚碳酸酯的基础上进行后端改性，如提高表面电阻达到抗静电效果，改善阻燃效果等，目前国内树脂生产商很少介入此类产品的生产，大多由下游改性厂完成；另一类则需要在聚碳酸酯的分子链段上进行改良，如为提高耐低温性能，通常引入含硅氧烷的分子链段，为提高耐热性能通常加入分子量更大的含苯环双酚结构与双酚A进行不同比例的共聚，为提高高剪切下的熔体强度，通常会引入三官能团或四官能团物质共聚为支化结构，为提高聚碳酸酯的折射率，则通常需摒弃双酚A结构，而采用其他的双酚或双醇进行共聚等等。
今天，我们就来聊聊在分子链段端进行改性的，极具发展前景的硅共聚PC。
在普通双酚A型PC的分子链上引入含硅氧烷的分子链段，这样所得到的就是硅共聚PC，通常所引入的硅氧烷单体为聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，简称PDMS）。
常规PC分子链示意图（左）和硅共聚PC分子链示意图（右）
一种典型的硅氧烷共聚PC分子结构
聚二甲基硅氧烷，又名二甲基硅油，英文名称polydimethylsiloxane，简称PDMS，是一种高分子聚合物。PDMS无味，透明度高，具有良好的耐热性、耐寒性、耐候性、耐化学性、防水性、导热性、电绝缘性等，可直接用于防潮绝缘，阻尼、减震、消泡、润滑、抛光等领域。
双酚A型PC本身具备不少优异的性能，但其也同时具备链段刚性较大、流动性差、不耐水解和老化、低温韧性差等缺点。当在PC的聚合过程中引入有机硅基团后，分子链的柔性和低温韧性得以大幅改善，其耐水解性、阻燃性和耐腐蚀等性能也明显提高，这也使硅共聚PC材料表现出极好的耐低温性、良好的流动性、耐开裂和抗老化等优点。
材料性能决定材料应用，硅共聚PC最大的性能特点是具有优异的低温抗冲性能，这也使其在智能手机、5G通讯、新能源汽车、光伏连接器等热门领域前景可期。硅共聚PC应用场景见下图。
自20世纪60年代起，通用电气塑料（GE）、拜耳（现科思创）等公司便开始了硅共聚PC的研发，其中以GE最为成功。2000年以后，基于硅共聚PC良好的市场前景，日本的出光兴产、帝人以及韩国的三养、LG等工程塑料巨头也先后推出了各自的硅共聚PC产品。2007年，SABIC收购GE塑料业务后，其持续在硅共聚PC领域进行研发投入，经过多年的发展，已成为硅共聚PC市场的主导者。
我国硅共聚PC产业化相对较晚，2017年甘肃银光化学工业集团有限公司建成国内首套硅共聚PC生产装置并实现连续稳定运行；2021年7月，沧州大化股份有限公司宣布硅共聚PC产品一次投料试车成功，成为国内第一家连续生产法生产硅共聚PC的企业；2022年4月，万华化学宣布其特种共聚聚碳酸酯（PC）项目顺利投产，首款高硅含量（20%）硅氧烷PC产品正式上市。可以说在技术层面，硅共聚PC的国产化已经不存在障碍。
目前，全球范围内能够生产硅共聚PC的厂家仍屈指可数。究其原因，主要还是硅共聚PC制备流程长，工艺较为复杂，且其聚合需采用界面光气法工艺；此外，在消费层面，硅共聚PC下游市场消费场景相对有限，部分领域的认证周期长，产品批量小、成本高、性价比劣势较为明显。
受益于良好的性能特点、生产成本（包括单体PDMS价格、折旧费用等）支撑等因素影响，硅共聚PC的价格一直较为坚挺，典型牌号如SABIC EXL9330市场价格大约是普通双酚A型PC价格的2-3倍，也正是由于价格方面的原因，使得硅共聚PC当前消费主要集中在5G基站和光伏这两大领域。
在5G基站领域，硅共聚PC一般作为5G天线罩材料进行使用，由于天线罩长期处于户外环境，对材料的耐低温性能提出了较高要求；而在光伏领域，硅共聚PC最大的应用场景则是在光伏连接器上，我们知道光伏组件的设计寿命通常是20-25年，这也对材料的性能稳定性提出了较高挑战，显然在聚合端进行改性的硅共聚PC要比普通改性材料在性能上更加稳定。
另一方面，随着国内新能源汽车产业发展如火如荼，也带动了相关配套产业的发展，如充电桩和充电枪，而硅共聚PC超强的耐低温性能和自带的优异阻燃基因无疑是充电桩和充电枪这类产品理想的外壳材料选择之一。
在此还需要强调的是，在聚硅氧烷和PC共聚体系中，硅氧烷链段的长度、硅氧烷在共聚物中的含量对于最终聚合物的聚集态结构和性能有极大的影响。研究表明，低温抗冲等性能与硅氧烷含量直接相关，而硅氧烷的含量超过20%后容易分相，硅氧烷的链段越小越容易得到均相共聚物，硅氧烷链段过长、用量太高会对制品外观有影响。因此，在下游实际应用中，往往需要对高硅含量的硅共聚PC进行改性以降低硅含量从而达到使用要求。
虽然硅共聚PC这一材料在当前市场环境下的应用场景还较为有限，但其凭借优异的性能特点无疑还是极具发展潜力的，相信也还有许多隐藏的消费领域值得我们去探索。
另就市场份额而言，当前国内硅共聚PC下游市场基本被SABIC所垄断，属于一家独大的态势，这主要还是因为SABIC继承了GE塑料的产品技术和认证体系，在硅共聚PC领域布局最早、质量最好、牌号最齐全、认证最为广泛，具备较强的竞争优势，其他企业暂无法与之抗衡。
随着工业化水平的不断提高，电子电器、汽车这类产品在我们的生产和生活中将发挥着越来越重要的作用，而诸如光伏、5G通信、新能源等领域的快速发展，未来市场对于聚碳酸酯的需求会越来越多，但就目前我国供应情况来看，行业整体已经处于产能过剩状态。那未来几年聚碳酸酯行业的发展将如何演变？是否又有其他小众产品值得关注？北京国化新材料技术研究院（ACMI）现重磅推出2022年聚碳酸酯（PC）洞察报告、特种PC报告两款报告将为您做出解答。
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