温故知新- 化工材料-POE基础

一、什么是POE

POE即 Polyolefin elastomer-聚烯烃弹性体。POE主要是乙烯/1-辛烯、乙烯/1-己烯、乙烯/1-丁烯的无规共聚物,由α-烯烃导入较长的支链使柔软的无定型共聚物形成橡胶相。

POE 为乙烯-α烯烃共聚物

,采用烯烃聚合催化剂使乙烯和α烯烃聚合得到聚烯烃。乙 烯与α烯烃通过聚乙烯链段的结晶起到物理交联的作用,从而呈现热塑性弹性体的形态,并 具 有塑料 和橡胶 的双重 特性。当 α烯烃 含量较 高时,呈 半结晶、低模量 的聚合 物,如α -辛烯 达到 20%以上时,聚烯烃树脂由热塑体向弹性体转变。常见 C8 结构的 POE,α辛烯的质量 分数多在 20%-30%。

典型的POE结构

最早的POE产品是由美国陶氏化学在1993年生产成功的Engage系列,后来又对其生产工艺进行优化。POE获得弹性所需的成本更低、质量更轻、能耗更低、对环境更友好,目前已广泛应用于汽车零部件、光伏胶膜、电线电缆、机械工具、家居用品、玩具、娱乐和运动用品、鞋底、密封件、热熔胶等领域。

POE是集合高技术壁垒、大市场、需求高速增长、高盈利于一体的明星产品,2020年全球POE需求量在160万吨左右,中国市场大约40万吨需求量,其中光伏行业需求量占1/3主要用于生产光伏胶膜,由于下游光伏装置的持续快速增长以及POE胶膜的渗透率提升,2025年国内POE需求量有望超过百万吨。但是由于较高的技术壁垒POE长期被海外企业垄断,国内POE全部依赖进口,目前万华POE已经完成中试,在国内少数技术攻关企业中走在最前列,出产的POE中试产品已经具备较好的性能,我们预计万华将率先在国内实现POE的量产,在2023年投产10万吨POE,2025年之前合计投产20万吨。随着光伏领域需求的增长,未来POE将会是一个全球千万吨量级的产品,有望成为万华成长的另一个核心品种。目前全球POE产能主要厂商包括陶氏化学、埃克森美孚和SK、三井化学、LG、万华化学

二、POE 主要应用领域

POE很多人都知道它是因为光伏封装胶膜,其实胶膜是它很小的一部分作用,更大的使用领域在汽车,汽车内外饰很多都是使用的POE,比如保险杠,它还用于电线电缆。 POE 分子结构与三元乙丙橡胶

(EPDM)相似,因此具有耐老化、耐臭氧、耐化学介质 等性能。通过对 POE 交联,材料的耐热温度提高,拉伸强度、撕裂强度等主要力学性能均 有较大程度提高。

汽车轻量化趋势下,POE 作为最适用的工程塑料之一,更多应用于汽车工业中。POE 和热塑性动态硫化胶

是两种主要的聚烯烃类热塑性弹性体(TPO),因低温抗冲击性能好、 流 动性好、 可重复 使用、弯 曲弹性 模量高 等性能 优势使 其广泛 应用于 汽车内 外部件, 可使车 重减轻 20%~25%。例如 TPO 作汽车外装件主要用于保险杠增韧(POE 取代 EPDM)、散 热器格栅、车身外板 ( 翼子板、后侧板、车门面板 ) 、车轮护罩、挡风胶条等;作内饰件 主 要用于 仪表板、 内饰板 蒙皮、安 全气囊 外皮层 材料等; 在发动 机室内 部件及 其它方 面也可 用于空气导管、燃料管防护层、电气接线套等。

POE用于组件封装
POE用于企业外饰、内饰

三、POE 主要生产工艺

POE 现有多种溶液聚合工艺。目前,知名的乙烯/α-烯烃溶液聚合生产工艺有加拿 大 Nova Chemicals 的 Sclairtech 中压溶液聚合工艺、美国 ExxonMobil 的绝热 连续溶液聚合工艺、Dow Chemical 的连续环管溶液聚合工艺。此外北欧化工、 BASF、利安德巴塞尔、DSM、三井化学、住友化学、东曹集团、LG 化学、SK 化 工等公司都有烯烃高温溶液聚合的催化剂专利。

其中用于 POE 生产最主流的陶氏 的 InsiteTM 工艺和 Exxon 的 ExxpolTM 工艺

Exxon 最早将茂金属催化剂成功用于溶液聚合。Exxon 公司最早开发了绝热 连续溶液聚合工艺。该工艺核心为连续搅拌釜反应器(CSTR)。该工艺采用 LCST 液相分离法,充分利用反应釜内聚合放出的热量和溶剂带走的热量,并且不需要额 外的热量进行固液分离,节约了能耗,因而被称为绝热连续溶液聚合技术。该工艺 采用高活性单活性中心催化剂,以 C4~C10 混合烷烃作溶剂,以 C3~C10α-烯烃 作为共单体,以氢气作为分子量调节剂,既可以生产聚乙烯塑性体,也可以生产聚 乙烯弹性体,还可以生产丙烯、苯乙烯类共聚物。通过该工艺生产的产品密度介于 0.85~0.93g/cm3 之间。聚合物熔指在 0.01~100g/10min 之间,分子量分布指数 小于 3.0。该工艺在共单体的回收管道上安装多个共单体储罐,可以分别存储不同 的共单体,因而允许生产过程中产品在 EPR、EPDM 与 POE 之间快速方便地切换。

四、POE产能

1、国际

POE 海外名义产能高,光伏级 POE 实际产能有限。虽然全球 POE 总生产能力达到 200 万吨,但需考虑实际产能利用率、其他 POE 应用领域需求增长、不同牌号和不同产品间产 线切换等因素,因此光伏 POE 实际产能远低于名义产能。若光伏级 POE 粒子需求快速增长, 则可能带来阶段性供给紧张。

2、国内

国内企业加快聚烯烃和 POE 研发和量产进程,目前仍处中试阶段。在下游光伏需求高 景气趋势下,国内企业在 POE 以及原料α烯烃、茂金属催化剂方面加快研究和量产进度, 领先企业已进入 POE 中试阶段。

POE 海外名义产能高,光伏级 POE 实际产能有限。虽然全球 POE 总生产能力达到 200 万吨,但需考虑实际产能利用率、其他 POE 应用领域需求增长、不同牌号和不同产品间产 线切换等因素,因此光伏 POE 实际产能远低于名义产能。若光伏级 POE 粒子需求快速增长, 则可能带来阶段性供给紧张。

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