2023:中国聚烯烃弹性体产业化进展

【2023年11月 嘉肯行业研究部】

—《2023年中国聚烯烃弹性体行业市场分析报告》节选

— 观测中国新兴产业的成长裂变,为工业化进程创造价值 —

 

前言:我国是化工大国,但截至到2022年,POE 在国内尚未实现工业化生产,没有万吨级生产装置,只有茂名石化和万华化学刚完成千吨级POE 中试,国内需求依赖进口。

 

第一节 聚烯烃弹性体

近年来,涌现不少聚烯烃合成树脂新品种,如,乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA树脂)和聚烯烃类弹性体(POE)等。EVA树脂是乙烯与醋酸乙烯的无规共聚物;POE 则是由乙烯与α-烯烃形成的无规共聚物。

POE(Polyolefin Elastomer)即聚烯烃弹性体,是由乙烯或丙烯与α-烯烃通过均聚合反应,或共聚合反应得到的热塑性树脂。作为热塑性弹性体,POE 兼具橡胶和塑料的两种性能,易于加工成型,且常温下有橡胶特性。由于分子结构特殊性,POE 具有良好的流变性和力学性能、抗UV 性能,且低温韧性优,并和聚烯烃有较好的亲和性。

POE 主要应用领域是汽车零部件,其次是发泡鞋材、家用电器和电线电缆等领域。近年来,光伏产业发展,应用于光伏胶膜的比重快速提升。

工业化生产聚烯烃弹性体(POE),α-烯烃是核心原材料。所选α-烯烃主要包括1-丁烯、1-己烯、1-辛烯等,α-烯烃的比例影响共聚物的弹性表现,随α-烯烃碳数增多,共聚物弹性增加。通常POE 中α-烯烃比例会超过20%。若共聚单体低于20%,则构成聚烯烃塑性体(POP)。

 

第二节 中国POE产业现状

1993年,陶氏化学采用自有钛催化剂技术生产出Engage 系列,后采用Insite 技术开启POE 工业化之路。在过去的三十年中,全球实现POE工艺技术突破的只有埃克森美孚、三井化学和LG 化学等少数几家大型石化企业。

我国上世纪90 年代起开始跟踪和研究POE 工艺技术,主要研究单位有浙江大学、中科院化学所、中石化北京化工研究院等。受国内化工产业整体水平限制,进展不大。

直到2021年,国内才有企业成功完成 POE 项目中试。万华化学、中石化茂名石化和斯尔邦石化三家公司先后建成千吨级POE 中试装置,生产出合格产品。其中茂名石化宣布拥有POE 成套自主知识产权的技术专利,包括茂金属催化剂和溶液聚合技术。

2023年,这三家企业宣布规划建设万吨级工业化装置。另外浙江荣盛石化、卫星化学、京博石化、惠生新材料等公司也宣布筹建POE 生产装置,一时间,国内有10 多家化工企业宣布进入POE 行业,项目真实性还有待时间验证,毕竟该领域存在很高的技术壁垒,但这股投资热潮意味着本土POE 产业经过多年的积累,迎来了发展的质变。

 

第三节 POE 工业化难点

中石化经济技术研究院研究员介绍:POE 工业化生产三大壁垒按难度大小排序,分别是茂金属催化剂、高碳α-烯烃、溶液聚合工艺。后两者国内近年来已基本实现了工艺突破,但茂金属催化剂仍存在难点。

1)原材料高碳α-烯烃的产能不足,1-辛烯没有成熟的工业化装置

目前市场主流POE 产品以 1-辛烯为原料。从应用方面来看,采用 1-辛烯生产的POE 产品比采用 1-丁烯生产的性能更优,通常生产POE 会尽可能提高其中1-辛烯含量,但前者成本更高,价格更昂贵。

从成本导向出发,近年来越来越多的客户开始从辛烯级POE 转而使用丁烯级POE。对于特定高端产品,如光伏级POE可采用辛烯级POE,对通用级别的产品需求,丁烯级POE性能基本可以满足。2022年,中国对辛烯级POE 产品的需求占POE总需求的50%。但我国辛烯的合成工艺不成熟。

国外对线型α-烯烃技术的封锁以及高昂的技术转让费,使得我国每年需要从国外进口大量的高碳α-烯烃。2021年,全球POE对α-烯烃的需求量约40万吨,主要种类是1-辛烯。

2)国内企业缺少高温溶液聚合工艺的生产经验

POE 需要在聚合物熔点以上的温度下进行均相溶液聚合,因此高温溶液聚合是POE 无法绕开的工艺路线。

该工艺技术的难度表现在:传统的聚合工艺所需要温度不高,聚合温度一般选择在40~70℃。这可以使反应器内聚合物的浓度相对较低,以避免因黏度过高而影响体系的混合与传热。但POE的生产采用的是茂金属催化剂,由于POE 有结晶链段,在较低聚合温度下易被溶剂溶胀而结团、粘连,使聚合反应无法继续进行下去。因此,它们的溶液聚合须在较高的温度(至少120℃)下进行。但过高的温度易导致催化剂失活变性,因此对于温度的把控,使聚合反应在均相溶液状态尤为重要。

3)无法规模化生产茂金属催化剂

国外在茂金属催化剂、聚合工艺等领域拥有大量专利,相关核心技术基本不对外转让。

我国茂金属催化剂的研发主要依靠中国石化、中国石油、中国科学院化学所等单位,部分民营企业也在进行改进和摸索。尽管研究机构开发出了具有高共聚性能的茂金属催化剂,但从目前的技术进展来看,离实现工业化尚存一段距离。

 

第四节 POE 需求

我国POE 需求全部依赖进口,统计海关数据:2021年,国内对POE年需求量已达277kt,同比增长18.4%。2016-2021年,我国POE 进口量年均增速为13.2%。

在过去三年中,国内需求增速最大的细分市场是光伏胶膜,份额提高了近16个百分点,但需求规模最大的是汽车零配件,需求占比38%。

业内专家认为,未来POE在光伏胶膜市场,虽然无法撼动EVA胶膜的领先地位,但依赖多层共挤POE胶膜,有望进一步提升需求空间。

—完—

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