H-POE与E-POE的综合性能对比,与油制POE、煤制POE相比前景如何?

效果塑连 2025-02-15 03:49:32

聚烯烃弹性体(POE)是一种高性能聚烯烃,通常是以乙烯或丙烯为主要聚合单元,以α-烯烃(如1-丁烯、1-己烯、1-辛烯等)为共聚单体,通过茂金属催化剂作用聚合得到的共聚物。

其结构包含碳碳主链结晶区(树脂相)和无定型区(橡胶相),结晶区起物理交联作用,α - 烯烃的引入削弱结晶区,形成橡胶弹性的无定型区。这种独特结构赋予POE优异性能,如短支链分布带来高弹性、高强度和高伸长率;茂金属催化剂聚合使分子量分布窄,保障加工稳定性并降低水汽透过率;饱和分子键和较少叔碳原子使其耐热老化和抗紫外线性能出色,兼具塑性与弹性,成为广泛应用的热塑性弹性体。

这里还有个冷知识:POE,早期还有个名字叫线性超低密度聚乙烯(ULDPE)。因为其密度<0.890 g/cm3,表现弹性体性能。

而普通线性低密度聚乙烯(LLDPE)密度在0.890~0.915 g/cm3,表现塑性体性能。后来划分LLDPE标准时,ULDPE被独立划分为一类,发展到今天,就是POE系列。

POE和LLDPE性能上是弹性体和塑性体的区别,本质上是α-烯烃质量分数大小的区别,另外在催化工艺上也不同,不同于LLDPE可用普通催化体系催化,POE一般需要用茂金属催化工艺实现。

当达到15%以上时,所得聚烯烃树脂就会由热塑体向弹性体转变,比如常见的8C结构的POE,α-辛烯的质量分数一般在15%~45%。

H-POE的基本介绍

——新型材料的崛起与突破

H-POE即超支化聚烯烃弹性体(Hyperbranched Polyolefin Elastomer),是一种新型的聚烯烃材料。

2023年11月29日,衢州星传新材料科技有限公司全球首套年产3万吨(一期)超支化聚烯烃弹性体(H-POE)工业化装置在浙江省衢州市龙游县举行工程建设开工仪式。该项目采用自主研发的极具性价比的高效催化剂,以乙烯为单一原料生产聚烯烃弹性体,不依赖α-烯烃和茂金属催化剂,具备“投资少、成本低、能耗低”等诸多优势。

作为全球首套万吨级超支化聚烯烃弹性体工业化生产装置,其生产工艺条件温和、产品牌号可灵活切换,成功投产后将有力推动我国聚烯烃弹性体产业的突破性发展。

星传新材项目生产的H-POE产品对标传统POE材料,生产成本低于乙烯-丁烯共聚POE,综合物性指标媲美乙烯-辛烯共聚POE,性价比优势显著。并且,多个产品牌号已得到下游头部用户认可,可广泛应用于光伏胶膜、增韧改性、发泡、电线电缆、防水卷材、热熔胶等领域。

同时,关键应用专利在2020年前已获得中国、美国、日本、欧洲等多个国家和地区授权,这为星传新材在相关领域的竞争优势提供了有力保障。此前,该项目在研发进程上也不断取得成果,2022年3月完成小试成果鉴定;2023年11月,星传新材与传化化学联合建成全球首套千吨级超支化聚烯烃弹性体中试装置,已实现连续稳定运行;2024年8月完成中试成果鉴定;基于中试成果开发的万吨级工艺包已于2024年11月通过国内首次使用化工工艺安全可靠性论证。

2025年1月10日,陕西榆能能化新材料有限公司环氧树脂一体化项目(一期)10万吨/年聚烯烃弹性体装置工艺包合同签约仪式在杭州隆重举行,采用的也是星传新材的工艺。该装置顺利投产后将成为全球首套10万吨/年仅以乙烯为原料生产聚烯烃弹性体的工业化生产装置。

总之,H-POE的开工建设标志着我国在高端聚烯烃弹性体领域迈出重要步伐,有着打破国外垄断、填补国内空白,助力我国新材料产业高质量发展的重要意义。

E-POE的基本介绍

——国产化进程中的潜力之星

乙烯基聚烯烃弹性体(E-POE)是一种仅以乙烯为原料,无需使用1-辛烯等高碳α-烯烃单体即可制备得到的材料。它的出现得益于我国科研团队和相关企业的积极探索与研发,例如山东东明石化集团与中科科乐共同建设的项目,依托中国科学技术大学化学与材料科学学院陈昶乐教授等团队,利用自主研发的镍系催化剂作用,直接生成聚烯烃弹性体,突破了国外对中国辛烯等高碳α烯烃的供应限制。

中科科乐的镍系催化剂

中科科乐镍系催化剂结构

从工艺角度来看,E-POE独特的技术工艺采用完全自主研制的镍基催化剂,仅以乙烯作为单一原料,搭配国产化助剂、常规的聚合装置及工艺就能实现POE的制备。这样的工艺优势明显,一方面简化了工艺流程,省去了配套装置建设,降低了成本和风险;另一方面也让生产过程相对更易把控,利于稳定产出产品。

在性能方面,E-POE表现十分优越。以增韧聚丙烯为例,只需添加目前市场上聚烯烃弹性体用量的三分之一,就能达到同样的增韧效果,性价比远超现有的聚烯烃弹性体。而且其各项指标经过众多光伏胶膜厂、汽车改性材料厂等验证测试,与主流进口产品相当甚至更优。

在应用领域上,E-POE有着广阔的前景,能够用于生产适用于聚丙烯增韧、光伏封装胶膜以及混合塑料回收增容的聚烯烃弹性体,广泛应用于汽车零部件、光伏胶膜、密封件等多个领域。特别是在光伏行业,随着N型电池市场份额的增长,POE粒子作为光伏胶膜的重要替代材料,需求日益明确,E-POE凭借自身优势有望在其中发挥重要作用,同时在航空航天、电线电缆、建筑工程等领域也具备应用潜力,有望助力国内化工厂商打开国产替代的新局面,推动我国POE国产化进程,满足市场需求,促进产业蓬勃发展。

H-POE与E-POE综合对比

成本方面

H-POE:采用自主研发高效催化剂,以乙烯为单一原料,不依赖α-烯烃和茂金属催化剂,生产成本低,投资少、能耗低,不过其处于量产初期,配套产业链不够完善,存在催化剂供应等潜在成本影响因素,且行业标准跟进滞后可能带来市场拓展成本增加。

E-POE:仅依靠乙烯为原料,结合自主研发镍系催化剂、国产化助剂及常规聚合装置与工艺就能生产,大大降低了生产成本和装置运行风险,但目前量产规模较小,扩大规模时面临如保障不同批次产品性能一致性等挑战,若要进一步提升产能、完善配套技术服务等需要投入相应成本。

性能表现方面

H-POE:综合物性指标媲美乙烯-辛烯共聚POE,有着良好的柔韧性、耐候性,在光伏胶膜、防水卷材等多领域应用表现优异,不过作为新型材料,其在不同应用场景下长期稳定性还需更多时间和实践验证。

E-POE:增韧效果显著,各项性能指标经过多领域验证与主流进口产品相当甚至更优,在光伏胶膜、汽车零部件等领域能发挥重要作用,但部分下游企业因对其缺乏足够了解,在使用时可能需要一定时间去适应和掌握最佳应用方式以充分发挥其性能优势。

原料供应及环保方面

H-POE:以乙烯为单一原料,原料获取相对稳定且清洁,生产工艺条件温和也更符合绿色环保理念,不过其催化剂生产若依赖少数供应商,原料供应的稳定性存在一定风险。

E-POE:仅以乙烯为原料,来源广泛且国内供应体系成熟,保障了原料供应稳定性和自主可控性,同时工艺流程简便利于环保管控,但在产品后续加工等环节可能需要摸索更适配的环保工艺参数来进一步提升整体的绿色生产水平。

市场应用及发展方面

H-POE:作为新型材料,尽管应用潜力大、性价比优势显著且打破国外技术垄断,但市场认知度有待提升,需要加强市场推广和应用示范,完善配套产业链来加速市场开拓。

E-POE:具备成本、性能、原料供应等多方面优势且应用前景广阔,不过同样面临市场认知和接受度不够、量产规模扩大挑战以及配套技术服务和行业标准完善等问题,需要逐步解决以推动其在更多领域实现国产替代。

总体来看,H-POE在成本和性能上展现出新材料的竞争力,有望打破国外垄断;E-POE则以独特的原料工艺优势为国产POE发展增添助力。

四种POE制备方式综合对比与未来展望

优劣势对比

1. 成本方面

油制POE:规模生产有优势,但成本受原油价格波动大。

煤制POE:原料成本有优势,综合成本管控难。

H - POE:成本低但配套产业链待完善。

E - POE:成本低但量产规模小。

2. 性能表现方面

油制POE:传统性能良好,特殊环境应用受限。

煤制POE:柔韧性和耐候性好,性能调控难达高标准。

H - POE:综合物性指标优,长期稳定性待验证。

E - POE:增韧效果好,下游需适应最佳应用方式。

3. 原料供应及环保方面

油制POE:原料不可再生,环保压力大。

煤制POE:减少石油依赖,环保问题突出。

H - POE:原料清洁,催化剂供应有风险。

E - POE:原料供应稳定,工艺利于环保管控。

4.市场应用及发展方面

油制POE:应用久,需改进工艺应对挑战。

煤制POE:有发展机遇,需克服工艺和环保问题。

H - POE:新型材料潜力大,需提升市场认知。

E - POE:优势多,需解决市场认知等问题。

未来发展趋势

1. 油制POE

政策上,面临严格环保要求,需加大环保投入和工艺改进,否则可能限产。

市场上,短期内因传统应用仍占份额,长期需优化性能、拓展细分市场以应对竞争。

2. 煤制POE

政策上,有望获更多扶持,鼓励技术创新和绿色生产。

市场上,凭借原料优势,解决问题后应用将扩大,可形成产业集群优势。

3. H - POE

政策上,将获持续支持,推动技术成果转化。

市场上,随着下游需求增加,市场认知度将提高,有望抢占市场份额,拓展海外市场。

4. E - POE

政策上,受益于产业政策,加快量产和完善标准。

市场上,凭借优势,需求将释放,有望成为下游企业首选,推动POE产业高质量发展。

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