【科普】一文了解POE基础知识、技术壁垒和应用领域

一、POE概述

聚烯烃弹性体(POE)是高端聚烯烃的一种。POE是以乙烯为主要聚合单元,以α-烯烃(以4~8个碳的α-烯烃为主,如丁烯、己烯、辛烯)为共聚单体进行聚合得到的共聚物。与普通聚烯烃相比,其分子链内共聚单体的含量更高,密度更低,由于其特殊的分子结构,具有良好的流变性能、力学性能、抗紫外线性能,低温韧性等特点,被广泛应用于聚丙烯、聚乙烯共混改性(汽车配件、家电外壳、防水卷材、管材)、对聚酰胺、聚酯类聚合物增韧改性(建筑、机械、电子、汽车等领域)、发泡改性(鞋底材料)及光伏胶膜等领域。

二、POE技术壁垒

POE在茂金属催化剂、α-烯烃(双键位于分子链端部的直链单烯烃)、溶液聚合工艺等方面均具备较高的技术壁垒。目前全球POE产能主要集中在陶氏化学、埃克森美孚、日本三井化学、LG化学、SK/SABIC及北欧化工等少数企业,生产光伏用POE的仅陶氏化学、三井化学和LG化学等几家企业。

茂金属催化剂:目前合成POE的主流催化剂为茂金属催化剂,包括主催化剂(茂金属化合物,由环戊二烯和过度金属元素形成的配合物)和助催化剂(主要有甲基铝氧烷(MAO)或者有机硼化物,其中MAO应用最多)。生产聚乙烯、聚丙烯和POE的催化剂内部配体结构和组成含量不同,其中POE生产多用限定几何结构的茂金属催化剂,桥联双配体结构的茂金属催化剂等。由于茂金属化合物、助催化剂甲基铝氧烷(MAO)等合成难度较高,目前国内茂金属催化剂已逐步国产化。

图表:限定几何构型茂金属催化剂的结构示意图

►线性α-烯烃:工业生产线性α-烯烃的工艺包括乙烯齐聚法、石蜡裂解法(得到的混合烯烃成分较为复杂)、混合C4分离(只能生产1-丁烯)、费托合成、高碳醇脱水法、植物油法(工艺流程复杂、收率偏低)等。其中乙烯齐聚法由于产物全部为偶数碳产物,且选择性和纯度高,是目前全球生产线性α-烯烃的最主要工艺。由于海外企业对α-烯烃的技术封锁以及高额的技术转让费用等,目前国内α-烯烃主要以生产1-丁烯为主,1-己烯和1-辛烯主要依赖进口,其中1-辛烯基本全部依赖进口。

►溶液聚合:POE需要用连续的管式法进行溶液聚合,需要严格控制共聚单体以液体形式在溶液中稳定存在并且参与到聚合。如果单体变成气态,溶液中共聚单体的浓度和含量会下降,会导致溶液整体黏度上升,最终可能导致聚合反应无法发生。由于聚合工艺主要工艺技术商限制技术转让以及国内企业在溶液聚合工艺方面积累不足,也是制约国内POE发展的重要因素。

三、POE主要应用领域

当前汽车、光伏仍为POE最大应用领域。

由于POE水汽阻隔、抗PID等性能优异,在N型光伏电池封装胶膜中的渗透率提升,随着TOPCon等N型光伏装机量的快速增长,光伏胶膜对POE的需求量将持续提升。

从下游应用看,POE主要用于直接改性、接枝改性、发泡改性及作为单独材料使用等。从下游终端领域看,目前汽车仍是POE最大的应用领域,随着全球光伏装机的持续快速增长和POE胶膜渗透率的提升,光伏是POE需求增速最快的领域。

►直接改性方面:POE主要用于聚丙烯和聚乙烯的共混改性,共混改性后的聚乙烯和聚丙烯增韧、抗冲击性能优异。使用POE改性的聚丙烯流动性好、线性膨胀系数低,能够较好的取代金属部件用于生产汽车零配件(汽车保险杠、门板、内饰)等,家电外壳(空调、电视及洗衣机等的外壳)。使用POE改性的聚乙烯可以用于生产防水卷材、管材等。

► 接枝改性方面:主要是用于对聚酰胺和聚酯类聚合物进行增韧改性,通过POE与聚酰胺及聚酯类聚合物的共混,能够明显改善聚合物冲击性能。

►发泡改性方面:POE主要用于对EVA改性后用于生产运动鞋中底,能够提高鞋底的弹性,提供更好的撕裂强度和拉伸性能。POE也可以替代EVA单独用于生产运动鞋中底。

►单一材料使用:主要用于生产光伏组件中的封装胶膜。由于光伏电池封装过程不可逆且对组件的运营寿命要求较高,因此封装胶膜的质量对光伏组件及电池的质量与寿命较为关键。POE生产的胶膜具备低水汽透过率和高体积电阻率,具备较好的抗PID性能。

来源:SheJiMall

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