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需求量可达近200万吨茂金属聚乙烯如何突破进口

时间:2022-10-24 14:15 点击次数:
 

  茂金属聚乙烯(mPE)是一类采用茂金属催化剂制备的聚乙烯,最早由美国埃克森公司于1991年率先实现工业化生产。其中,茂金属催化剂是单活性中心催化剂,与聚乙烯配位聚合过程最为常用的齐格勒-纳塔(Ziegler-Natta)催化剂相比,其优势在于反应的均一性和调控性更强,产品的分子量分布更窄。

  茂金属聚乙烯(mPE)具有刚性与透明性好、热封强度高、耐应力开裂性优、拉伸和抗冲性能优越、耐穿刺性强以及减重明显等优势,被广泛应用于诸多领域。

  茂金属聚乙烯由原料乙烯和 α-烯烃聚合而成,其中 α-烯烃主要包括 1-丁烯,1-己烯和 1-辛烯,目前国内只有 1-丁烯和 1-己烯的生产,暂无 1-辛烯的生产。

  2021 年,我国能够生产茂金属聚乙烯的企业约 9家,以 mLLDPE 为主。装置产能合计 171 万吨/年,受催化剂制约,产量较低,约为 18.2 万吨。

  目前,我国茂金属聚乙烯主要应用领域有薄膜(食品薄膜、缠绕膜、棚膜、热收缩膜、重包装膜等薄膜)、管材(PE-RT)、瓶盖、滚塑油箱、电线电缆等,广泛应用于食品、工业、农业、建筑和包装等行业。

  其中薄膜主要包括食品包装膜、缠绕膜、农膜、棚膜、热收缩膜、重包装膜等;管材主要是家庭冷热水输送管,应用场景包括地板采暖、暖气连接、热交换器、太阳能板及热循环系统等;还有少量茂金属聚乙烯用于瓶盖、滚塑油箱和电线电缆等其他领域。

  我国茂金属聚乙烯消费主要依赖进口。2021 年,我国茂金属聚乙烯产量 18.2 万吨,净进口量 85.9万吨,消费量 104.1 万吨。其中,约 88.9 万吨用于生产薄膜,12.9 万吨用于生产管材,2.3 万吨用于生产瓶盖、滚塑油箱、电线电缆等。

  总体来看,Univation 的 Unipol PE 技术是全球 mPE 生产企业使用最广泛的聚乙烯生产工艺,其次是雪佛龙菲利普斯的 MarTECH ADL 技术。

  由于其他的聚乙烯技术大多需要合资甚至不转让,用于茂金属聚乙烯生产的企业少。我国茂金属聚乙烯生产装置主要采用 Unipol 和 MarTECH ADL 技术。

  注:雪佛龙菲利普斯的MarTECH ADL技术与道达尔共享,由雪佛龙菲利普斯独家授权,催化剂由道达尔公司供应.

  随着茂金属催化技术的不断创新和发展,该技术被越来越广泛地应用于聚烯烃领域,目前国内外生产茂金属聚乙烯的厂家已有10余家,如美国埃克森美孚化工公司、美国陶氏化学公司、日本三井东亚公司、韩国大林公司和中国石油大庆石化公司等。 常用茂金属聚乙烯的商品牌号、熔融指数及密度如表1所示。

  聚乙烯聚合物模量和屈服应力通常与其结晶度密切相关,因此,密度相近的传统聚乙烯和茂金属聚乙烯一般具有相近的模量和屈服应力。但是,两者的拉伸强度却相差较大,相比传统聚乙烯,茂金属聚乙烯具有更大的断裂伸长率。

  抗冲击强度取决于聚乙烯聚合物的分子结构和分子量,由于茂金属聚乙烯比传统聚乙烯的分子量大且分布较密集,因此具有更好的抗冲击强度。

  聚乙烯聚合物的熔点主要由含共聚单体少的高分子量部分决定,由于传统聚乙烯具有宽分子量分布结构,在相同密度下,其熔点要高于茂金属聚乙烯的熔点,因此,茂金属聚乙烯比传统聚乙烯的热封温度低,且热封强度高。

  聚乙烯聚合物的透明度会随结晶度的增加而下降,当结晶度一定时,其透明度会随分子量的增大而提高。因此,在相同密度下,茂金属聚乙烯比传统聚乙烯的透明度更好,雾度值更低(密度较低时效果更好)。

  当前,多层共挤复合薄膜在包装印刷行业颇受青睐,而吹塑加工是多层共挤复合薄膜的主要加工方法。茂金属聚乙烯在多层共挤吹塑加工中,需要根据产品的不同用途,选择不同的吹塑设备和不同的设备配置。

  通常选用的设备指标为:①螺杆长径比(L/D)为30:1;②模口间隙为1.5~3.0mm;③模头直径为Ф200mm或Ф250ram。

  由于茂金属聚乙烯的分子量较大且分子分布紧密,具有熔融速度快、熔点低、熔体强度差、热融黏度高等特点,因此在多层共挤吹塑加工中,需要适当加大挤出机的功率,通过调整挤出温度,提高口模压力,保证膜泡稳定。一般,模头温度应控制在180~220℃,筒温应控制在150~200℃。

  在多层共挤吹塑加工中,螺杆是挤出机的关键部件,可通过旋转和轴向移动将各料筒中的树脂挤出,然后吹塑成型。为保证茂金属聚乙烯层和传统树脂层共融,须降低传统树脂料筒中的螺杆温度,这样可使各层树脂进入模头后仍能维持熔融温度,便于模口形成稳定的泡管,减少模口熔体破裂。

  吹塑薄膜各层树脂的厚度除了要保证一般的功能需求之外,还要考虑到工艺条件的限制。在利用同一台挤出机挤出不同树脂的混合体时,由于各层树脂互不相同,其流量参数也不相同,因此需要按照单位时间内单台挤出物料重量,确定各层树脂之间的厚度比例,并通过不断调整直至达到满意的效果。

  此外,由于茂金属聚乙烯的黏度较大,在多层共挤吹塑加工过程中应采用适量添加助剂的方法,改变其加工性能。

  我国是食品生产大国和消费大国,茂金属聚乙烯薄膜凭借众多优势在食品包装领域得到了大量使用。茂金属聚乙烯具有优良的韧性和强度,其薄膜可实现减薄化,从而降低原料、加工和运输成本;茂金属聚乙烯薄膜可通过与BOPET、BOPP、BOPA等薄膜进行复合,制成蒸煮包装袋、窄包装袋等,特别适用于包装肉类食品、方便食品、冷冻食品等产品;茂金属聚乙烯薄膜具有优良的低温封合性能,可在一定程度上提升自动包装机的生产速度,适用于高速制袋生产线. 农产品包装

  采用不同工艺配方吹塑而成的茂金属聚乙烯薄膜对水蒸气的阻隔性好,而对氧气的透过性高,这种特性使其特别适用于新鲜果蔬的包装。

  重型包装袋主要用于包装塑料原料、化肥、饲料、大米和谷物等。茂金属聚乙烯的出现,可使重型包装袋实现减薄化,降低成本,同时还可使重型包装袋的密封性能、防潮性能、防水性能、抗老化性能更加优越,具有遇高温不软化变形、遇严寒不脆断破裂的优点。

  广泛用于婴儿纸尿布、妇女卫生巾、果蔬保鲜、防护服、建筑用透湿防水材料等。

  茂金属聚乙烯热收缩膜的厚度可降低50% 以上,最低可降至45%左右,可降低原料消耗量,而且薄膜具有良好的热收缩性能和力学性能,透明性好。国内外具有代表性的热收缩膜用茂金属聚乙烯见表2。

  保持薄膜性能不变的同时降低薄膜厚度, 这既可以降低成本,又可以减少塑料包装废弃物的总量。用于重包装膜的茂金属聚乙烯见表3。

  整体来看,目前国内 9 家茂金属聚乙烯生产企业中,有 5 家企业由技术专利商提供茂金属催化剂(进口),而另外 4 家企业采用国产催化剂。

  国内聚烯烃装置的茂金属催化剂主要由淄博新塑化工生产,市场占比 60% 左右。

  新塑化工曾是中石化齐鲁石化的下属单位,2005 年改制为民营企业,为国内最早实现工业化生产 mPE 的齐鲁石化提供茂金属催化剂(TH-5系列)。截至目前,公司已拥有多个茂金属催化剂牌号,主要适用于气相法聚乙烯的生产,除供应齐鲁石化外,近年来还向大庆石化、兰州石化等 mPE 企业少量供应催化剂产品。

  (ActivCAT催化剂)。该催化剂可以用于茂金属聚乙烯和茂金属聚丙烯的生产,可适用于气相法、淤浆法以及气相/淤浆法生产工艺。就目前了解,仅齐鲁石化曾少量采购该产品用于新牌号茂金属聚乙烯的开发。

  埃克森美孚惠州乙烯项目,如果能如期建成投产,预计 2025 年我国茂金属聚乙烯产能将达到 294 万吨/年。

  预计 2025 年我国茂金属聚乙烯的需求量将达 151 万吨,以 7.3% 的年均增速增长,2030 年将达 196 万吨。

  催化剂方面,一方面,不断优化茂金属催化剂性能,同时研发新型茂金属催化剂体系和负载化体系,以减少催化剂用量,降低综合使用成本;另一方面,结合催化剂开发,加强茂金属聚乙烯新产品开发力度,提高并稳定产品质量,早日实现国内茂金属聚乙烯需求的全部自给,实现我国石化产品结构向高端化转型。

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