摘 要:
对国内外聚烯烃弹性体(POE)的产能分布、技术现状和市场供需等进行了梳理,总结了国内POE产能、市场供应和生产情况。通过对国内POE消费市场进行分析和预测可知,未来国内POE消费水平势必会呈现出高速增长趋势,具有可观的市场前景。巨大的市场需求将刺激国内相关企业加快对POE生产技术的研发,在未来几年国内将很快实现POE的工业化生产。
聚烯烃弹性体(POE)是由乙烯与丙烯或其他α-烯烃(如1-辛烯、1-己烯、1-辛烯等)共聚而得到的一类聚烯烃。与传统的聚烯烃相比,POE的相对分子质量分布较窄,支链分布均匀,共聚单体含量高。由于POE分子链内含有带支链的共聚单体,导致聚合物链由结晶性树脂相和无联通大流量卡定型的橡胶相组成,因此,POE既具有橡胶的高弹性,又可以采用热塑性塑料的加工工艺成型。POE分子链由非极性的饱和单键构成,保持了聚烯烃优良的耐老化性、耐化学药品腐蚀性、耐热性和耐水蒸气性。
POE除了具有良好的流变性、力学性能、抗紫外线性、低温韧性外,还与聚烯烃具有较好的亲和性,因此,POE可以用于聚丙烯(PP)的增韧改性、PP和聚乙烯(PE)回收料的性能改善、乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)挤出软管改性及发泡,用作聚酰胺的增韧剂及相容剂,并可用于生产热熔胶、电缆护套料等。此外,POE还可用于太阳能电池封装膜、光伏、热熔胶等领域。以美国陶氏化学公司商品名为Engage的POE加工而成的封装膜Enl联通大流量卡ight,在450~1 200 nm的光学透过率大于90%,与EVA和聚乙烯醇缩丁醛相比,它的耐水性能更优越,水蒸气透过率是EVA封装膜的10%,这使电池在潮湿环境下的寿命更长。
我国所需的POE产品大都依赖进口。目前,国内在售的POE产品主要来自陶氏化学公司、美国埃克森美孚公司、日本三井化学公司、韩国LG化学公司和SK集团。本文根据国内外POE弹性体的产能分布,对目前市场进行供需分析并对未来发展进行预测。
1、世界POE市场供需分析及预测
1.1 世界POE产能分布
从图1可以看出:陶氏化学公司占据全球POE产能的48% 。而我国在该领域发展缓慢。目前,全球POE产能超过1 600 kt/a,SK集联通大流量卡团和沙特基础工业公司也开始逐渐进入POE市场 。
1.2 世界POE生产技术现状及供应情况
20世纪80年代中期,陶氏化学公司利用溶液聚合工艺,将线型低密度聚乙烯产品种类扩大至塑性体(POP),其密度为0.890~0.915 g/cm3 。90年代初期,随着茂金属催化剂的工业化,乙烯溶液聚合工艺得到广泛应用,具有更高共聚单体含量的乙烯-线性α-烯烃无规共聚物被开发出来 。
POE的生产需采用连续溶液聚合法,这是因为弹性体极难以颗粒状在气相或淤浆聚合反应器中流动,而且热塑性弹性体虽有结晶链段,但在较低聚合温度条件下又易被溶剂溶胀而结团、粘连,使聚合无法继续进行。因此,它们的溶液聚合须在较高的温度(至少联通大流量卡120 ℃)进行,这就意味着制备POE采用的高温溶液聚合对于催化剂的要求较高。1993年,陶氏化学公司率先推出的限制几何构型茂金属催化剂(CGC)是目前最常用且有效的乙烯与1-辛烯共聚合催化剂,通常,乙烯-1-辛烯共聚物中1-辛烯含量为15%~45%(w),结晶度小于25%。除了陶氏化学公司的CGC外,埃克森美孚公司、LG化学公司、日本住友化学公司等也开发出了耐高温茂金属催化剂 。
目前,世界上POE的生产工艺(主要为溶液法)有陶氏化学公司的Dowlex工艺、瑞士NOVA化学公司的Sclairtech工艺、荷兰DSM公司的Compact工艺和美国Chevron Phillips公司的Philli联通大流量卡ps淤浆法工艺 。
世界POE主要生产厂家及装置情况见表1。其中,陶氏化学公司生产的牌号有30多种,产能1156 kt/a,占全球产能的48%;其次是LG化学公司和埃克森美孚公司;2014年,SK集团投产了200 kt/a的POE和POP装置。近年来,LG化学公司也开发了POE技术并进行了小批量生产。
(1)陶氏化学公司 。1995年,陶氏化学公司与DuPont化学公司合作,将原有的产品品种和系列扩大,形成了产品牌号为Engage的5大系列30多个产品,产品密度为0.868~0.910 g/cm3 ,熔体流动速率为1.0~5.0 g/10 min,产品为袋装粒料,运输和加工都非常方便。陶氏化学公司联通大流量卡在美国路易斯安娜州、德州,西班牙,Tarragona以及泰国马塔府建有多套装置,目前,产能达到1 000 kt/a以上,成为POE最大生产商。
(2)埃克森美孚公司 。埃克森美孚公司采用ExxpolTM茂金属催化剂溶液法工艺,推出商品名为Exact的系列POE产品,牌号达到14种以上,产品密度为0.868~0.902 g/cm3 ,熔体流动速率为0.5~10.0 g/10 min。
(3)三井化学公司。三井化学公司采用茂金属催化技术和齐格勒纳塔催化技术生产Tafmer
TM系列POE弹性体产品,形成了Tafmer DF,XM,BL等产品。该产品在透明性、弹性、柔顺性方面较好,与其他牌号相比,性价比更联通大流量卡高,获得了市场较好的口碑。
(4)LG化学公司。LG化学公司使用其独特的茂金属催化剂和溶液法工艺,生产品牌为LuceneTM的系列POE弹性体产品(6个乙烯-1-辛烯共聚物牌号)和POP产品(2个乙烯-1-辛烯共聚物牌号)。
(5)近年来,SK集团和SABIC公司也有少量牌号的POE弹性体供应市场。
1.3 世界POE市场供需分析及预测
从图2可以看出:2011年,全球POE消费量为400 kt左右,2015年增长至600 kt,2019年POE全球消费量进一步提高到800 kt 。POE的主要消费区是北美、西欧和日本。其中,日本消费量最大,约占总消费量的33%,其次是北美约占32%,然后是西欧为25联通大流量卡%,其他地区占10%。目前,全球POE的需求仍在增速,其中,以东北亚地区的需求增加最强烈,且POE的消费集中在改性、线材线缆和发泡上。初步预测,全球对POE的需求总量年均增长率至少在5.0%以上,且未来需求增速有望保持在10.0%以上。
2、 国内POE市场供需分析及预测
2.1 供需情况
从表2可以看出:2016—2021年,我国POE需求量不断增加,年均增长率保持在6.5%以上,且全部依赖进口。2021年,国内对POE年需求量已经达到277 kt 。目前,受光伏、汽车、聚烯烃等行业的需求影响及拉动下,国内POE市场规模不断扩容,对POE的需求量逐年递增。初步预测,我国对POE的需求总量年均增长率联通大流量卡至少在5.0%以上,且未来需求增速有望保持在10.0%以上。
2.2 国内POE市场供应及生产状况分析
POE在国内的生产仍主要依赖进口。目前,国内企业尚未完全突破POE的工业化生产,国外拥有POE生产技术的公司对生产所需的催化剂进行了专利保护,并且严密封锁了作为POE重要原料的高碳α-烯烃的生产工艺技术。
2017年1月,工业信息化部、发展改革委、科技部、财政部四部委联合发布《新材料产业发展指南》,加快推动先进基础材料工业转型升级。2019年5月,发展改革委公布《产业结构调整指导目录(2019年本,征求意见稿)》,指出加快POE、茂金属聚乙烯等特种聚烯烃,高碳α-烯烃等关键原料的开发与生产 。20联通大流量卡21年5月,中国石油和化学工业联合会发布的《化工新材料产业“十四五”发展指南》指出,将高端聚烯烃塑料2025年的自给率力争提升到近70%。
在国家的大力支持下,目前,国内各科研机构、企业正在抓紧研发,原料受制约的情况也得到了一定的改善。开发有自主知识产权的POE核心技术,特别是高活性、耐高温、共聚能力强的适用于均相高温溶液聚合的高性能催化剂成为关键。国内已有许多企业开展初步布局,国产替代指日可待。万华化学公司POE已经完成中试,在国内少数技术攻关企业中走在前列。除万华化学公司外,京博石化公司、中国石油化工股份有限公司(简称中国石化)茂名分公司、斯尔邦石化公司、中国石化天津分公司、惠生新材料公司、联通大流量卡中国化学工程股份有限公司、卫星石化公司等均有投建POE装置的计划,部分企业小试或中试装置已经有重要进展。
2.3 国内POE消费市场分析及预测
2.3.1 国内POE消费市场分析
目前,国内POE需求量处于快速增长阶段,但由于国内石化企业未能实现工业化生产,所需产品主要依赖进口。当前国内在售的POE牌号及生产公司见表3和表4。
从表5可以看出:国内POE仍有较大发展潜力。与国外的消费结构不同,2020年,国内POE消费最多的是用于汽车行业,占68.0%,用于聚合物改性的为19.0%,用于电线电缆的为9.0%,其他用途为4.0%。在国外,汽车保险杠领域大部分已经采用POE进行共混改性;而国内只有20%左右联通大流量卡的保险杠材料采用POE。由此可见,POE的应用率在国内汽车制造、塑料制造生产领域仍然相对较低,POE在国内市场有较大的发展潜力。
2.3.2 国内POE消费市场预测
2.3.2.1光伏需求持续增长,POE占比不断提升POE材料适用于光伏胶膜。POE可以与各种改性助剂均匀搅拌成混合料,经流延挤出成熔融态胶膜,再经过一系列商业化加工后形成POE胶膜,后续应用于组件的封装。POE由于表现出良好的耐候性、耐紫外光老化性能,以及优异的耐热、耐低温性能,被认为是光伏胶膜的主流材料之一。POE胶膜市场仍处于初级发展阶段,陶氏化学公司最早提出Engage POE胶膜,其被广泛用于国内市场。光伏行业保持热点话题,未来联通大流量卡增长性明确。现阶段,国内外光伏行业热度持续向上,全球光伏装机量快速增长。中长期看,国内外“碳中和”政策正逐步推出,我国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现“碳中和”,政策驱动下的光伏行业将有望保持高速增长。同时,当前全球众多地区光伏发电的平准化度电成本已经低于传统能源,转化效率提升带动下,组件及其他成本下降空间依然充足,全球光伏全面平价时代正来临。结合中长期行业情况,预计2021—2025年全球光伏装机增速超25%,2025年,全球装机水平预计达到400 GW·h以上。根据对光伏新增装机量增速及POE胶膜占比的假设,全球应用于光伏领域的POE需求有望从2020年的1联通大流量卡86 kt快速提升至2023年的282 kt。
2.3.2.2 POE应用于汽车整车,保险杠应用前景广阔POE在汽车多部件均有应用,国内汽车领域应用的POE比例最高。POE在高温条件下可以像热塑性塑料一样加工,而在常温条件下又呈现橡胶弹性,且具有价格低、密度小、弯曲弹性模量高、低温抗冲击性能好、流动性好、易加工和可重复使用等性能,因此得到广泛应用。外部构件包括保险杠、散热器格栅等;作为内饰件主要用于仪表板、仪表板蒙皮、内饰板蒙皮、安全气囊外皮层材料等;另外,在底盘、转向机构、发动机室内部件等方面也得到大量应用。目前,汽车行业愈加追求轻量化、高性能属性的材料,通过减少汽车的整体质量,达到节省燃油的目联通大流量卡的。POE在轻量化中的表现极为出色,在多个方面都极大超过客户要求标准。中国汽车工程学联合行业500余位专家发布《节能与新能源汽车技术路线图》,将“汽车轻量化技术”列为七大技术路线之一,并提出2020年、2025年、2030年整车较2015年分别减质10%,20%,35%的目标,汽车轻量化已然成为汽车行业重要发展趋势之一,而在此趋势的推动下,POE凭借其优异的特性将在轻量化材料中占据一席之地。未来保险杠领域将成为重要驱动力。热塑性弹性体(TPO)占世界汽车保险杠原料市场的85%。其中,欧洲TPO占比达到90%,美国占比达75%,日本占比达95%。作为新一代TPO,在全球范围内用于制造共混型TPO联通大流量卡的三元乙丙橡胶有70%已经被POE替代,而在国内,只有20%左右的保险杠采用POE,POE在保险杠领域渗透空间巨大。
2.3.2.3 聚烯烃产量产能持续上升,改性市场前景广阔作为聚合物改性剂,POE改性能力优异。聚合物改性是指在聚合物加工过程中添加少量具有特殊特性的材料,以达到改善性能、降低成本、增加附加值的目的,是调整塑料产品结构、增加企业经济效益最常采用的途径。POE拥有独特的分子链结构和透明粒状外形,具有良好的力学性能及加工性(易改性),常用于通用塑料的改性。PE和PP是POE改性的重要市场,其产量的增长必然会增大POE改性的消费量。2011年,PE产量为10.210 Mt,2020年增长到联通大流量卡20.321 Mt,年复合增长率为7.9%;2011年,PP的产量为9.800 Mt,2020年增长到25.544 Mt,年复合增长率为11.2%,聚烯烃市场保持稳定增长。产能方面,PE,PP未来新增产能巨大,预计到2025年新增产能分别为19.490,3.550Mt/a。随着PE,PP,聚酰胺及其他聚烯烃产量持续上升,改性市场前景十分广阔。
2.3.2.4 电线电缆行业加速发展有望带动POE新增需求POE在电线电缆外层护套应用市场有望抬升。电线电缆是POE的又一重要消费领域,随着我国通讯事业迅速发展,下游对电线电缆质量和数量提出更高要求,原有的电线电缆生产工艺逐步淘汰。POE可用于制作控制电缆、联通大流量卡船用电缆及千伏级以上矿用电缆的包覆材料,取代现有的氯丁橡胶、聚氯乙烯等包覆材料,其特点是电缆直接用挤出机挤出,简化了生产工艺,有利于提高生产效率,降低能源消耗及生产成本。随着我国颁布《铁路“十三五”发展规划》,以及对新能源等投资的加快,电线电缆行业持续保持增长。2020年,在疫情的影响下,我国电线电缆制造行业销售收入为1.08万亿元,同比增长4.8%,2021年上半年实现收入0.62万亿元,同比增长40.4%。根据国家对电线电缆主要应用领域——电力(新能源、智慧电网)、轨道交通、航空航天、海洋工程等规划,未来我国电线电缆行业前景向好,行业产品升级趋势明显。预计到2026年行业需求规模有望达到1联通大流量卡.80万亿元,POE在电线电缆的市场需求有望得到进一步提升。
2.3.2.5 鞋材、填充母粒、热熔胶、包装膜等市场需求不断增容POE发泡材料用于鞋材垫材领域。POE的柔韧性和回弹性较EVA高,用作发泡材料会有更好的效果,发泡后的产品质量更轻,压缩回弹更好,触感良好,泡孔均匀细腻,撕裂强度高等。无论是模压发泡还是造粒后的注射发泡,POE已被大量使用在沙滩鞋、拖鞋、运动鞋的中底、鼠标垫、座垫、保丽龙材料、保温材料、缓冲片材、箱包衬里等发泡产品上。POE可用于填充母粒。POE具有极低的结晶度,作为填充材料有着良好的包容性和极佳的流动性,在色母粒或填充母粒中作为载体或代替聚乙烯蜡,可改善色母或填充母粒的品联通大流量卡质。POE生产的热熔胶性能优异。POE可以代替EVA生产高档的热熔胶,且产品可以做到无异味、低密度、高的流动涂覆性、浸润性好等,也可以与EVA并用。POE用于包装膜,其卓越的低温热封性能、热黏着强度和回弹性能,既加宽了热封层的热封窗口温度,又提高了膜本身的回弹性能和抗撕裂性能。目前,国内POE市场在以上行业的拉动下,市场容量及规模迅速增长,未来需求增速有望保持在10.0%以上。
3、结语
目前,POE广泛应用于汽车、电缆及高新的光伏材料等领域。国内外消费水平呈现出逐年稳步增长,且在未来的消费趋势也将保持高速增长,因此具有可观的市场前景。国内POE生产依然处于空窗期,巨大的市场需求将刺激国内相关企业联通大流量卡加快对POE生产技术的研发,在未来几年国内将很快实现POE的工业化生产。
来源:知网、聚烯烃人
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