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化工:聚烯烃弹性体(POE)行业深度报告-光伏需求驱动快速增长,国内工业化突破在即
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1844 次
发布机构:
民生证券股份有限公司
发布日期:
2022-08-25
页数:
42页
POE材料性能优异、应用广泛。聚烯烃弹性体(Polyolefin Elastomer,POE)是一种乙烯/α-烯烃两种单体的无规共聚物,技术上来看,POE的诞生和发展与茂金属催化剂和溶液聚合工艺的发展密不可分。由于具有高α-烯烃比例,且有特殊的两相结构,POE拥有良好的低温韧性、易于热塑加工、密度低、耐候性好等特点。广泛应用于聚烯烃材料增韧改性、发泡、胶粘剂等领域。近年来成为光伏胶膜领域的关键材料。
POE生产壁垒很高,目前全部被跨国公司垄断。目前POE的生产主要被陶氏化学、埃克森美孚、三井、沙比克/SK、LG化学等跨国公司所掌握。国内POE的工业化生产面临高碳α-烯烃供应、单活性中心茂金属催化剂的开发、以及溶液聚合技术突破三个技术和产业壁垒,目前暂无国内企业能够工业化生产。
供需矛盾进一步扩大,胶膜需求有望驱动POE需求快速增长。POE在光伏领域有体积电阻率低、水汽透过率低、耐老化性能好,电势诱导衰减小等优点,在光伏胶膜领域渗透率将进一步提高。从国内2017-2020年的POE需求情况来看,需求增速CAGR达到27.3%,2021-2022H1年进口增速放缓,但产品价格出现76%的涨幅,表明POE原料相关产品供应严重不足,供需结构失衡矛盾突出。受益于光伏领域需求增长和渗透率提升,预计到2025年有新增POE需求31-47万吨,届时国内POE需求有望突破百万吨。
国内多家企业工业化突破在即。国内包括万华化学、茂名石化、京博石化、斯尔邦、卫星化学、天津石化、浙江石化等企业或是已经在催化剂、聚合工艺方面开展多年工作并取得突破,或是依托中石化等在相关领域的传统积累,陆续完成了小试,并进入到中试阶段。数家企业千吨级的中试装置已建成或已经开建。并规划了工业化装置。预计最晚在2025年国产POE的工业化装置将建成投产。
投资建议:国内POE产业以及下游光伏胶膜产业将迎来一轮产业红利,相关领域可关注标的:万华化学、东方盛虹、卫星化学、荣盛石化。
风险提示:光伏行业需求增长不及预期、各企业POE产品开发不成功、POE产能过剩。
聚烯烃弹性体(POE)作为一种性能优异的乙烯/α-烯烃无规共聚物,正经历由光伏产业需求驱动的快速增长。尽管其生产技术壁垒极高,长期被陶氏化学、埃克森美孚等跨国公司垄断,导致中国市场供应严重不足且价格持续上涨,但国内多家企业已在茂金属催化剂、α-烯烃供应及高温溶液聚合工艺等核心技术上取得突破,预计最晚在2025年将实现工业化生产,从而打破国际垄断,迎来国产化红利。
POE的诞生与发展得益于茂金属催化剂和溶液聚合工艺的进步,其独特的两相结构赋予了其优异的低温韧性、耐候性及热塑加工性。目前,全球POE产能主要集中在少数跨国公司手中,而中国作为全球最大的POE消费市场,其需求结构已从传统的汽车领域转向以光伏胶膜为主导。面对巨大的市场缺口和技术瓶颈,中国企业正积极布局,通过自主研发和中试建设,加速推进POE的工业化进程,这不仅将缓解国内供需矛盾,也将为相关产业链带来显著的投资机遇。
聚烯烃弹性体(POE)是一种乙烯/α-烯烃无规共聚物,其中α-烯烃含量通常不低于20%。其优异性能源于特殊的两相微观结构,使其兼具橡胶的高弹性和热塑加工性。POE的诞生与发展与茂金属催化剂和溶液聚合工艺的进步密不可分。
在茂金属催化剂工业化应用之前,乙烯/α-烯烃无规共聚物主要以线性低密度聚乙烯(LLDPE)为主,密度在0.915-0.940g/cm³之间,由多活性中心的Ziegler-Natta催化剂制备,α-烯烃单体插入量低(通常<10%),且存在分子量分布宽等问题。上世纪80年代中期,陶氏化学利用溶液聚合工艺将LLDPE产品种类扩大至塑性体(POP),密度降至0.890-0.915g/cm³。90年代初,茂金属催化剂的工业化应用成为POE诞生的关键。茂金属催化剂为单活性中心,能精确调控聚合物链结构,获得分子量分布窄、组成分布均匀的乙烯/α-烯烃共聚物,且对α-烯烃的共聚能力强于Z-N催化剂,可获得更高共单体含量的产品。POE的密度通常小于0.890g/cm³,附加值远高于LLDPE。陶氏化学于1993年推出的限制几何构型茂金属催化剂(CGC)和高温溶液聚合工艺技术在此过程中发挥了至关重要的作用。
高比例的α-烯烃是POE优异性能的必要条件,α-烯烃含量越高,力学性能越好。工业应用中,乙烯/1-辛烯弹性体的综合性能最佳,是目前主流产品,1-辛烯含量通常介于15%~45%。乙烯/1-丁烯弹性体因原料充裕也有广泛应用。目前,陶氏化学、埃克森美孚、三井、沙比克/SK、LG化学等多家跨国公司已成功开发POE产品,但中国企业尚未实现工业化生产。
POE兼具高弹性和热塑性的原因在于其微观的两相结构:由α-烯烃支链形成的柔软链卷曲结构构成具有橡胶弹性的无定形区域(橡胶相),而聚乙烯链段的结晶区(塑料相)则起到物理交联点的作用。这种结晶区的交联状态具有热可逆性,在常温或低温下表现出橡胶弹性,高温下结晶区熔融破坏,转变为熔融流体,易于加工。与橡胶不同,POE弹性体无需硫化即可获得弹性。
POE的优异性能具体体现在:1)α-烯烃的柔软链卷曲结构和结晶的乙烯链段作为物理交联点,使其兼具优异韧性和良好加工性;2)茂金属活性聚合得到的相对分子量分布窄,与聚烯烃兼容性好,流动性佳;3)分子内无不饱和双键,耐候性优于其他弹性体;4)较强的剪切敏感性和熔体强度可提高挤出产量;5)良好的流动性可改善填料分散效果,提高制品熔接强度。
POE诞生近30年,国内仍未实现工业化生产,主要面临三大技术和产业瓶颈:α-烯烃供应不足(特别是主流产品所需的1-辛烯)、先进催化剂体系研究滞后以及高温溶液聚合工艺实践探索不足。
C4~C8 α-烯烃是主流种类,主要用于与乙烯共聚生产LLDPE/HDPE/POE/POP等聚烯烃材料。2016年全球α-烯烃需求540万吨,至2021年增长至650万吨,年均增速3.7%。其中,共聚单体需求占总消费量的57%。从供应结构看,1-丁烯占42%,1-己烯占19%,1-辛烯占13%。
LLDPE主导了C4-C8 α-烯烃的需求,2021年全球短链α-烯烃需求约440万吨,LLDPE约占300万吨(68%)。POE/POP对α-烯烃的需求约40万吨,主要将1-辛烯作为共聚单体,消耗了全球1-辛烯的约36%。近年来,POE已成为1-辛烯需求增长的主要来源。
α-烯烃的生产主要通过乙烯选择性齐聚。工业上,用于POE生产的1-己烯、1-辛烯等主要采用此方法。拥有1-辛烯选择性齐聚工业化技术的目前只有Sasol
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