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2022年民生证券-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PDF

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文本描述
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2022年08月25日
POE材料性能优异、应用广泛。聚烯烃弹性体(PolyolefinElastomer,POE)推荐维持评级
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[Table_Author]
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。分析师刘海荣
执业证书:S0100522050001
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
电话:13916442311
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,
邮箱:liuhairong@mszq
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,但产品价格相关研究
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1.把握确定性,拥抱新技术——化工行业20
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22年度中期投资策略-2022/07/11
31-47万吨,届时国内POE需求有望突破百万吨。2.聚醚胺行业深度报告:产能扩张不足,风电
旺季有望推高景气-2022/06/23
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。
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行业深度研究/基础化工
目录
1POE的诞生与发展历程.....................3
1.1POE的诞生与发展..........................3
1.2POE的结构与性能..........................5
2POE生产有三个核心壁垒,目前全部被跨国公司垄断..................6
2.1α-烯烃的供应.............................6
2.2催化剂的开发............................9
2.3聚合工艺开发..........................11
3POE的供应格局:目前全部来自海外进口...................13
3.1全球供需概况..........................13
3.2主要厂家产品..........................14
3.3中国供应概况..........................19
4POE的需求格局:从汽车驱动到光伏驱动...................21
5POE自主开发进展:国产化突破在即..................29
5.1国内科研机构开发进展.......................29
5.2国内企业工业化进展...........................29
5.3国内企业工业化进展小结..........................36
6投资建议.........................38
7风险提示.........................39
插图目录......................40
表格目录......................40
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行业深度研究/基础化工
1POE的诞生与发展历程
1.1POE的诞生与发展
聚烯烃弹性体(PolyolefinElastomer,POE)本质上是一种乙烯/α-烯烃两
种单体的无规共聚物,一般在POE中α-烯烃作为第二种单体的含量不低于20%。
由于特殊的两相微观结构,POE同时具有橡胶的高弹性和良好的热塑加工性能。
POE的诞生和发展与茂金属催化剂的应用,以及溶液聚合工艺的发展密不可分。
POE是一种脱胎于LLDPE的乙烯/α-烯烃共聚物。在茂金属催化剂工业化应
用之前,乙烯/α-烯烃无规共聚物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,多采用气
相或淤浆聚合工艺,很少采用溶液聚合。由于催化剂性能的限制,共聚物中α-烯烃
单体插入量很低(一般<10%),且产品存在分子量分布宽等问题。虽然Z-N催化
剂不断改进升级,LLDPE共聚α-烯烃的范围扩展至1-丁烯、1-己烯、1-辛烯,但
仍然无法通过Z-N催化剂生产高共聚单体含量的乙烯/α-烯烃共聚物产品。特别
是在传统的气相或淤浆聚合工艺中,随着共聚物中单体含量增加,产物发粘严重,
聚合过程无法控制。
图1:POE弹性体与LLDPE的分子结构图2:α-烯烃分子结构
资料来源:民生证券研究院资料来源:民生证券研究院
茂金属催化剂和溶液聚合工艺是POE诞生的两大助产士。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(Polyolefin
Plastomer,POP),聚合物密度降低至0.890-0.915g/cm3。在90年代初茂金属
催化剂的工业化应用,与Z-N催化剂不同,茂金属催化剂为单活性中心,其在乙
烯溶液聚合中可以精确地调控聚合物链结构,获得分子量分布很窄、组成分布均匀
的乙烯/α-烯烃共聚物。更重要的是,茂金属催化剂对a-烯烃的共聚能力要强于Z-
N催化剂,可获得更高共单体含量的乙烯/α-烯烃无规共聚物,在此背景下聚烯烃
弹性体POE被开发出来。POE的密度通常小于0.890g/cm3,一般在
0.860~0.890g/cm3之间,附加值远高于LLDPE。在POE诞生过程中,陶氏化学
1993年推出的限制几何构型茂金属催化剂(ConstrainedGeometryCatalyst,
CGC),以及高温溶液聚合工艺技术起到了至关重要的作用。
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行业深度研究/基础化工
图3:聚烯烃催化剂发展历程
资料来源:浙江大学李伯耿,民生证券研究院
高比例的α-烯烃是POE优异性能的必要条件。一般而言α-烯烃含量越高,
POE力学性能越好,共聚单体支链越长,降低产品密度的效果也越好。工业应用
中以乙烯/1-辛烯弹性的综合性能最好,是目前POE的主流产品类型,乙烯/1-丁
烯弹性体由于原料来源相对充裕,也有多家企业供应该产品。市面上乙烯/1-己烯
的产品相对较少。通常POE产品中1-辛烯含量介于15%~45%(一般>20%),
结晶度小于25%。聚合过程中的茂金属催化,以及与之催化过程相适应的高温溶
液聚合工艺则是实现α-烯烃高比例共聚的必要技术条件。
表1:LLDPE、POP和POE性能异同点比较
特点LLDPEPOPPOEOBC
催化剂Z-N催化剂、茂金属催化剂茂金属茂金属新型非茂金属
聚合工艺溶液法、气相法等高温溶液聚合高温溶液聚合溶液聚合
密度(g/cm3)0.915-0.9400.890-0.9150.860-0.8900.860-0.880
微观结构无规共聚、高结晶度LLDPE和POE之间无规共聚,结晶/非晶两相共存嵌段共聚,两相结构
α-烯烃含量3%-11%LLDPE与POE之间15%-45%/
资料来源:《乙烯/辛烯溶液共聚及其聚合物链结构调控》刘伟峰著,民生证券研究院
多家跨国公司已成功开发POE产品,中国企业暂未突破。继陶氏化学在1993
年成功生产EngageTM系列POE弹性体后,在2003年该系列又增添了用于模制
和挤出的新牌号,主要用于改性非汽车应用的聚烯烃,2004年陶氏通过InsiteTM
工艺又成功生产出2个AffinityTM牌号,用于热熔黏接剂市场。2005年美国埃克
森美孚采用茂金属催化剂和高压离子工艺也开发了POE共聚物,商品名称ExactTM,
主要用作汽车聚烯烃配方中的抗冲击改性剂。2008年陶氏化学与泰国暹罗水泥公
司的合资企业SCG-Dow在泰国马塔府的生产基地建设生产最新型的塑性体和弹
性体。日本三井化学于2005年建成并投产了POE装置,商品名为TafmerTM。韩
国LG公司将独有的茂金属催化剂与溶液法聚合工艺相结合,生产乙烯基聚烯烃弹
性体,以LuseneTM作为品牌名,应用于汽车部件、鞋材、线缆、片材和薄膜等领
域。2015年SK和SABIC在韩国蔚山的合资工厂成功投产了溶液聚合装置,用于
生产mLLDPE、POP和POE。目前为止,国内尚无企业可工业化生产POE产品。
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行业深度研究/基础化工
图4:聚烯烃弹性体主要厂家及其产品图5:乙烯/1-辛烯无规共聚物微观结晶形态
资料来源:《乙烯/辛烯溶液共聚及其聚合物链结构调控》刘伟峰著,民生证
资料来源:各公司官网,民生证券研究院
券研究院
1.2POE的结构与性能
微观的两相结构是POE兼有高弹性和热塑性的原因。在POE中,由α-烯烃
支链产生的柔软链卷曲结构可以形成具有橡胶弹性的无定形型区域(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,在室温或低温状态下,结晶区域得以保存,宏观表现出类似于橡胶
的弹性;在高温状态下,结晶区域被熔融破坏,宏观上从弹性体被转变为熔融流体,
从而容易被挤出加工。与橡胶相比,POE弹性体不需要经过硫化加工即可获得弹
性,这种交联结构是可逆的。
具体而言,POE之所以具有优异性能与其结构特点有密切关系:(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既具有优异的韧性又具
有良好的加工性;(2)通过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,具有较佳的流动性;(3)POE分子内没有不饱和双键,耐候性优于其它
弹性体;(4)较强的剪切敏感性和熔体强度可实现高挤出提高产量;(5)良好的流
动性可改善填料分散效果可提高制品熔接强度。
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