高端聚烯烴行業(yè)發(fā)展概況總結(jié)

高端聚烯烴概述

聚烯烴指乙烯、丙烯、丁烯或更高級α-烯烴聚合而成的熱塑性樹脂材料，包括聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物，聚1-丁烯、乙烯-丙烯酸共聚物、環(huán)烯烴聚合物等，是工業(yè)需求量較大的高分子材料。高端聚烯烴，即為具有高技術(shù)含量（技術(shù)有門檻）、高應(yīng)用性能（牌號多，快速的技術(shù)服務(wù)導(dǎo)向）、高市場價值（價格高、盈利強(qiáng)、波動?。┑木巯N產(chǎn)品。其中主要包括茂金屬牌號的聚乙烯、聚丙烯產(chǎn)品（mPE、mPP），聚烯烴彈性體等。高端聚烯烴應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，主要包括汽車零配件、醫(yī)療設(shè)備、高端管材等。

▲ 圖1 高端聚烯烴的主要代表產(chǎn)品

1#  高端聚乙烯

聚乙烯是一種通過乙烯加成聚合而成的合成樹脂，其產(chǎn)量位于五大通用合成樹脂之首。根據(jù)聚合物的結(jié)構(gòu)和密度，聚乙烯分為高密度聚乙烯（HDPE）、線性低密度聚乙烯（LLDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、超高分子量聚乙烯（UHMWPE，分子量超過100 萬，通常為200 萬～ 600 萬）、分子量和支鏈可控的茂金屬聚乙烯（mPE）等系列產(chǎn)品。其中，HDPE、LLDPE、LDPE 是聚乙烯的主要產(chǎn)品，產(chǎn)量遠(yuǎn)高于其他產(chǎn)品。

▲ 圖2 全球聚乙烯生產(chǎn)消費情況茂金屬牌號的聚乙烯是高端聚乙烯的主要代表。

在茂金屬催化體系下由乙烯和α- 烯烴（如1- 丁烯、1- 己烯、1- 辛烯）聚合而成的共聚物，也是目前研發(fā)最多、產(chǎn)量最大的茂金屬聚合物。茂金屬聚乙烯主要產(chǎn)品類型有茂金屬低密度聚乙烯（mLDPE）、茂金屬高密度聚乙烯（mHDPE）和茂金屬線性低密度聚乙烯（mLLDPE），其中以mLLDPE 為主。茂金屬聚乙烯具有分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性高、強(qiáng)度高、韌性好、透明性好、熱封強(qiáng)度高等特點，主要應(yīng)用于包裝領(lǐng)域。尤其是mLLDPE 在食品包裝膜和工業(yè)包裝膜材料市場具有極普遍應(yīng)用。

2#  高端聚丙烯

聚丙烯是五大通用合成樹脂之一，在耐熱、耐腐蝕、透明性等方面具有優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于日用品、工業(yè)品、醫(yī)療和新能源等領(lǐng)域。

    

▲ 圖3 2020年全球聚丙烯生產(chǎn)消費情況高端聚丙烯包括一些大宗品種的高端牌號。

如高結(jié)晶聚丙烯（HCPP，也稱為高剛性聚丙烯）、高抗沖聚丙烯（HSPP）和高熔體強(qiáng)度聚丙烯（HMSPP）產(chǎn)品等，以及特殊品種的聚丙烯產(chǎn)品，如茂金屬聚丙烯、超低灰分聚丙烯等。高結(jié)晶聚丙烯（HCPP）分為共聚和均聚兩種，共聚產(chǎn)品主要用于汽車和家電等下游領(lǐng)域，均聚產(chǎn)品主要用于食品包裝行業(yè)，目前高結(jié)晶聚丙烯90%依靠進(jìn)口。高抗沖聚丙烯（HSPP）是根據(jù)沖擊強(qiáng)度進(jìn)行定義的，可以提高改性材料的韌性，主要用于汽車、玩具和家用電器等領(lǐng)域。隨著汽車行業(yè)對材料的要求朝著更低的重量和更高的性能方向發(fā)展， HSPP 在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用在未來將繼續(xù)增長。目前國內(nèi)產(chǎn)品占據(jù)了主要的市場份額，但熔體指數(shù)大于30 的HSPP產(chǎn)品仍完全依賴進(jìn)口。高熔體強(qiáng)度聚丙烯（HMSPP）具有成型工藝易調(diào)整、加工溫度范圍寬、制品透光率佳、壁厚均勻等特點，主要用于聚丙烯發(fā)泡，在中空產(chǎn)品注塑和薄膜等領(lǐng)域也有應(yīng)用。茂金屬聚丙烯（mPP）是高端聚丙烯的主要代表，具有分子量分布窄、微晶較小、抗沖強(qiáng)度和韌性極佳、光澤度和透明度高、絕緣性能優(yōu)異、與多種樹脂相容性好等特點。但mPP技術(shù)壁壘較高，主要應(yīng)用于紡絲、無紡布、注塑制品和薄膜等領(lǐng)域。超低灰分聚丙烯主要應(yīng)用于電池隔膜行業(yè)，其次是電容器膜行業(yè)，在未來10 年中，超低灰分聚丙烯的消耗量每年將以超過7% 的速度增長。

3#  聚烯烴彈性體

聚烯烴彈性體（polyolefin elastomer, POE）主要指乙烯與α- 烯烴（1-丁烯、1- 己烯、1- 辛烯等）的無規(guī)共聚物彈性體。具有優(yōu)異的耐候性和耐化學(xué)藥品性，以及較好的透明性和柔順性，與聚烯烴相容性好，兼具有橡膠的高彈性和塑料易加工的優(yōu)點，且獲得彈性所需的成本更低、質(zhì)量更輕、能耗更低，對環(huán)境更友好。POE 在許多應(yīng)用場合可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的橡膠及塑料軟制品，還是性能優(yōu)越的聚丙烯增韌改性劑。應(yīng)用領(lǐng)域主要涉及汽車、發(fā)泡（鞋材、玩具）、電線電纜、家電，以及薄膜（食品包裝、工業(yè)包裝）等行業(yè)。POE 在國外主要用于改善保險杠的抗沖擊性；在中國，68% 的進(jìn)口POE 用于保險杠和汽車內(nèi)飾件，另有約20% 用于聚合物的增韌改性，其余多用于生產(chǎn)電線電纜、熱熔膠和電纜護(hù)套料等。

▼ 表1 聚烯烴彈性體（POE）主要聚合技術(shù)對比   

▼ 表2 POE 各公司主要制備技術(shù)對比

催化劑設(shè)計是現(xiàn)代工業(yè)烯烴聚合工藝成功的關(guān)鍵，決定著單體在聚合物鏈中的化學(xué)連接方式，能夠有效地定義聚合物的微觀結(jié)構(gòu)和性能。國內(nèi)外各種新型材料的興起無不與催化劑的創(chuàng)新有關(guān)，新型催化劑的合成甚至引起聚烯烴材料領(lǐng)域的大規(guī)模更新?lián)Q代，在烯烴聚合的發(fā)展中占有極其重要的地位。用于烯烴聚合的催化劑按種類以及出現(xiàn)的時間總體上可分為四大體系，即齊格勒-納塔（Ziegler-Natta）催化劑體系、鉻系催化劑體系、茂金屬催化劑體系、后茂金屬催化劑體系。
20 世紀(jì)80 年代末，以美國為代表的西方國家對中國進(jìn)行經(jīng)濟(jì)制裁，停供聚烯烴催化劑產(chǎn)品和技術(shù)，導(dǎo)致我國化工企業(yè)蒙受重大損失。經(jīng)過三十余年的研究，我國在聚烯烴產(chǎn)業(yè)上實現(xiàn)了長足發(fā)展，解決了一系列技術(shù)難題，打破了國外的技術(shù)壟斷。在肯定成績的同時，目前尚存的問題也不容忽視：我國已經(jīng)成為聚烯烴的生產(chǎn)大國，但在技術(shù)和裝備上仍然具有一定的依賴性，仍受美國、日本等國的制約。為此，要進(jìn)行這些產(chǎn)品與技術(shù)的自主開發(fā)，攻克“卡脖子”，就必須加強(qiáng)對聚合工藝和耐高溫茂金屬催化劑的研究。

高端聚烯烴行業(yè)展望

目前來看，對茂金屬催化劑生產(chǎn)工藝進(jìn)行系統(tǒng)研究，并開發(fā)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的聚烯烴彈性體（POE）生產(chǎn)相關(guān)工藝技術(shù)，攻克“卡脖子”，已經(jīng)迫在眉睫。與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國聚烯烴產(chǎn)業(yè)面臨技術(shù)對外依存度高、利潤微薄等結(jié)構(gòu)性短板問題，這主要歸因于低端聚烯烴產(chǎn)品產(chǎn)能過剩，而高端聚烯烴無法實現(xiàn)全面國產(chǎn)化而大量依賴進(jìn)口。未來中國高端聚烯烴將朝著原料多元化、提升催化劑技術(shù)、多種聚合工藝共存、裝置大型化、重視回收利用等方向發(fā)展。

一、高端聚烯烴關(guān)鍵技術(shù)分析

我國高性能樹脂需要持續(xù)提升技術(shù)，突出高端化、功能化發(fā)展方向，進(jìn)一步拓展市場規(guī)模。開發(fā)主要有以下途徑：引進(jìn)國外高端產(chǎn)品生產(chǎn)裝備、高端牌號生產(chǎn)技術(shù)，學(xué)習(xí)–吸收–再創(chuàng)新；利用現(xiàn)有裝備及技術(shù)進(jìn)行高端產(chǎn)品開發(fā)，優(yōu)化產(chǎn)品體系；自主開發(fā)催化劑、聚合工藝、加工技術(shù)等核心關(guān)鍵技術(shù)，投產(chǎn)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高端產(chǎn)品。
（一）新型聚烯烴催化劑制備技術(shù)茂金屬催化劑是國內(nèi)開發(fā)茂金屬聚烯烴產(chǎn)品、實現(xiàn)高端產(chǎn)品國產(chǎn)化的重要突破口。通過催化劑和關(guān)鍵配套工藝技術(shù)的突破，推動己烯–1/ 辛烯–1 等α–烯烴共聚聚乙烯、茂金屬聚乙烯等已有一定產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)的產(chǎn)品進(jìn)一步提升規(guī)模、提高自給率，實現(xiàn)茂金屬聚烯烴的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。為實現(xiàn)聚烯烴的官能團(tuán)化，改善表面性能、黏附力、柔韌性、與其他材料的相容性，二亞胺鈀、水楊醛亞胺鎳、膦磺酸鈀等新型催化體系也是重點攻關(guān)方向。
（二）溶液聚合工藝技術(shù)溶液聚合工藝適用性廣，在聚烯烴領(lǐng)域可以生產(chǎn)高密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、聚合物多元醇（POP）、POE、α–烯烴等多種產(chǎn)品。應(yīng)用高活性茂金屬催化劑，可以避免聚合后催化劑的洗脫，從而降低過程能耗。由于反應(yīng)需要在高溫下進(jìn)行，因此研究重點在于開發(fā)耐高溫、高活性、高共聚能力的催化劑，研究與該催化劑相關(guān)的聚合動力學(xué)、聚合反應(yīng)器混合與傳熱過程強(qiáng)化機(jī)理。
（三）合成樹脂高性能化和功能化改性加強(qiáng)化學(xué)改性、結(jié)構(gòu)改性、共混改性等技術(shù)研究，提高材料的力學(xué)性能、耐環(huán)境性能以及加工性能，推出多牌號專用料產(chǎn)品，促進(jìn)通用合成樹脂的高性能化。加強(qiáng)材料的功能化開發(fā)，使合成樹脂材料具有某些特殊性質(zhì)，滿足紫外線吸收、光致變色等特殊場合需求。
（四）先進(jìn)加工工藝為了實現(xiàn)高性能合成樹脂的多功能化、復(fù)合化，應(yīng)深化聚合物加工工藝與制品性能的關(guān)系研究，優(yōu)化高性能合成樹脂共混、填充及增強(qiáng)改性等加工工藝；開發(fā)先進(jìn)的樹脂基復(fù)合材料成型工藝及相關(guān)配套設(shè)備，推進(jìn)樹脂傳遞模塑成型工藝以及雙向拉伸、擠出流延、多層共擠等薄膜成型工藝的規(guī)模化應(yīng)用，實現(xiàn)整個工藝過程的高效、節(jié)能和集成化。

二、高端聚烯烴材料發(fā)展趨勢

利用多元化原料制備高性能聚烯烴的技術(shù)關(guān)鍵在于優(yōu)化進(jìn)料控制和保障原料品質(zhì)，通過工藝優(yōu)化來靈活采用多種原料進(jìn)行生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本、降低能耗和三廢、提高烯烴收率等。

三、提升催化劑技術(shù)

聚烯烴催化劑研究已從最初的注重提高催化劑效率轉(zhuǎn)向改進(jìn)產(chǎn)品綜合性能 ，主要目標(biāo)是提高催化劑對聚合物性能的控制能力。茂金屬催化劑實現(xiàn)了聚合鏈長度、分支度和立構(gòu)規(guī)整性的精細(xì)調(diào)節(jié)。相比傳統(tǒng)的齊格勒 / 納塔催化劑，采用茂金屬催化劑制備的聚烯烴產(chǎn)品結(jié)構(gòu)具有更好的規(guī)整性、可調(diào)控性、產(chǎn)品性能。
2017 年，國內(nèi)自主開發(fā)的載體型茂金屬聚丙烯催化劑在間歇式液相本體聚丙烯裝置（8×104 t/a）首次投入使用，填補了國內(nèi)技術(shù)空白。茂金屬催化劑憑借其活性高、單一活性中心、共聚能力強(qiáng)等優(yōu)點仍將不斷發(fā)展，進(jìn)而更加精確控制聚合物分子構(gòu)型、定制生產(chǎn)滿足最終用途的產(chǎn)品。相關(guān)技術(shù)的研究重點在于進(jìn)一步改善茂聚烯烴的形態(tài)，加寬其相對分子質(zhì)量分布范圍，降低昂貴的助催化劑甲基鋁氧烷（MAO）用量，進(jìn)一步降低茂金屬催化劑成本。
此外，二亞胺鈀、水楊醛亞胺鎳、膦磺酸鈀催化等催化體系的開發(fā)，實現(xiàn)了極性單體與烯烴的共聚反應(yīng)，顯著提高了聚合物的表面性能、黏附力、柔韌性、耐溶劑性、流變性，以及與其他聚合物、高分子材料助劑的共溶和共混性，這也是未來發(fā)展的趨勢之一。

四、多種聚合工藝并存

長期以來，在聚烯烴工藝技術(shù)領(lǐng)域，一直是多種工藝并存，各展其長，同時新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。聚丙烯聚合工藝數(shù)量超過 20 種，其中溶液法和漿液法逐漸被淘汰，本體法和氣相法保持優(yōu)勢，尤其以Unipol、Novolen、Innovene 等為代表的氣相法工藝近 10 年來發(fā)展很快；多區(qū)循環(huán)反應(yīng)器技術(shù)也正在興起。聚烯烴彈性體（POE）聚合工藝以美國陶氏化學(xué)公司開發(fā)的 Insite 溶液法聚合工藝、埃克森美孚公司開發(fā)的 Exxpol 高壓聚合技術(shù)為主。近年來，基于 Insite 催化劑技術(shù)成功發(fā)展了新型鏈穿梭聚合技術(shù)，獲得了高性能烯烴嵌段共聚物。

五、裝置趨于大型化

伴隨著乙烯裝置大型化發(fā)展、聚烯烴工藝及工程技術(shù)進(jìn)步，聚烯烴生產(chǎn)裝置亦趨向大型化，相關(guān)裝置的單線生產(chǎn)規(guī)模從 20 世紀(jì)末的 200000t/a 發(fā)展到當(dāng)前的 400000 ~500000t/a，生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性明顯提高。我國在建的聚丙烯項目總產(chǎn)能超過 10000000 t/a，單線裝置產(chǎn)能大都超過 300000 t/a；大型聚烯烴生產(chǎn)設(shè)備研發(fā)進(jìn)展顯著，國產(chǎn)首臺 200000 t/a 聚丙烯大型擠壓造粒機(jī)組打破了國外壟斷；國產(chǎn)規(guī)模最大的聚乙烯大型擠壓造粒機(jī)組的研發(fā)與應(yīng)用通過了成果鑒定，即將投入工業(yè)應(yīng)用。

六、涌現(xiàn)高端牌號產(chǎn)品

聚烯烴產(chǎn)品技術(shù)以提高產(chǎn)品綜合性能為目標(biāo)，致力于開發(fā)新品種，提高產(chǎn)品附加值，擴(kuò)大產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域。在聚乙烯方面，改進(jìn)共聚單體開發(fā)出的耐熱聚乙烯（PE-RT）已用于建筑物采暖，通過優(yōu)化聚乙烯雙峰聚合工藝開發(fā)出具有更好低熔垂和耐開裂性能的大口徑聚乙烯管材用于油田和物流運輸，開發(fā)了茂金屬聚乙烯新產(chǎn)品以及能夠用于鋰電池隔膜的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）產(chǎn)品。此外，包括醫(yī)療器械 / 醫(yī)用防護(hù)用品用聚丙烯材料、抗菌聚丙烯材料、低可溶出物的丙丁共聚聚丙烯、低 VOC 聚丙烯材料、高熔體強(qiáng)度聚丙烯、發(fā)泡聚丙烯、“三高二低”聚丙烯等在內(nèi)的新產(chǎn)品新牌號也在不斷涌現(xiàn)。

七、重視廢舊塑料的回收利用

在自然環(huán)境下，塑料制品應(yīng)用后難以自然分解，加之聚烯烴塑料制品應(yīng)用分散、使用周期短，因此構(gòu)成了環(huán)境負(fù)擔(dān)，回收利用成為世界關(guān)注焦點。廢棄塑料回收利用技術(shù)主要有直接再生、改性再生、化學(xué)回收等?；瘜W(xué)回收法通過熱裂解、催化裂解和熱裂解–催化改質(zhì)等方式，改變塑料大分子的鍵合狀態(tài)，使其分解產(chǎn)生各種低分子化合物或低聚物；可用于生產(chǎn)燃料油、燃料氣和化工原料，成為最具發(fā)展前景的回收利用方法。

八、我國高性能聚烯烴發(fā)展面臨的問題

（一）技術(shù)與裝備相對落后，生產(chǎn)技術(shù)成熟度不高，產(chǎn)品市場認(rèn)知度較低受限于國外專利，我國高性能聚烯烴領(lǐng)域的核心技術(shù)受制于人，技術(shù)與裝備水平有待提升。國內(nèi)高端產(chǎn)品正處于研發(fā)、試生產(chǎn)和應(yīng)用推廣階段，但生產(chǎn)技術(shù)成熟度不高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性與國外還有差距；同時市場認(rèn)知度較低。國產(chǎn) EVA 產(chǎn)品牌號相對單一、以中低端為主，市場占有率較低，而絕大多數(shù)高端產(chǎn)品仍然依賴進(jìn)口。由于無法得到市場的可靠驗證與及時反饋，我國高性能聚烯烴的研發(fā)與應(yīng)用步伐有待加速。
（二）部分高端產(chǎn)品尚無國產(chǎn)化技術(shù)，產(chǎn)品較多依賴進(jìn)口以茂金屬聚合工藝技術(shù)為典型，我國從 20 世紀(jì) 90 年代開始組織國家技術(shù)攻關(guān)，但目前無論在催化劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計、聚合工藝，還是產(chǎn)業(yè)化規(guī)模、產(chǎn)品型號等方面都難以滿足市場需求，茂金屬聚烯烴消費的自給率不到 30%。國內(nèi) EVOH 樹脂合成尚未工業(yè)化，雖已建成中試裝置，產(chǎn)品也開始試用，但距離工業(yè)化生產(chǎn)還有一段距離。
（三）行業(yè)基礎(chǔ)研究薄弱，自主創(chuàng)新能力不足國內(nèi)進(jìn)入高性能聚烯烴領(lǐng)域的時間較晚，加之科研投入偏低，使得行業(yè)基礎(chǔ)研究薄弱，創(chuàng)新人才尤其是領(lǐng)軍人才缺乏。產(chǎn)品研發(fā)與應(yīng)用環(huán)節(jié)脫節(jié)，導(dǎo)致新材料推廣應(yīng)用過程緩慢。
（四）解決廢棄塑料污染環(huán)境問題的努力不夠由于常規(guī)合成樹脂難以降解，塑料制品使用后隨意廢棄造成的環(huán)境污染問題趨于嚴(yán)重，開展廢棄塑料循環(huán)利用、開發(fā)可降解材料成為人類共同努力的方向。
我國作為世界塑料生產(chǎn)和消費量第一大國，廢棄塑料總量約為 42000000 t/a，其中包裝應(yīng)用占比達(dá) 59%；然而廢舊塑料回收率不足 10%，且回收利用以物理再生為主，與國際上的物理再生、能量回收、化學(xué)還原、用作固體燃料等多種方式相結(jié)合的做法相比，處理過程的技術(shù)含量和附加值較低。在生物可降解材料方面，國內(nèi)存在裝置規(guī)模小、品種少、成本高等現(xiàn)實問題。