高端聚烯烴包括茂金屬聚乙烯、EVA、EVOH、POE等多種產品。根據《化工新材料補短板路徑研究》,高端聚烯烴主要包括兩大類:一是大宗品種的高端牌號,如多峰及茂金屬聚乙烯、聚丙烯,高碳α-烯烴共聚聚乙烯等;二是特殊品種的聚烯烴,如乙烯-辛烯共聚(POE)彈性體、乙烯-醋酸乙烯共聚(EVA)樹脂、聚丁烯-1(PB-1)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、乙烯-乙烯醇共聚樹脂(EVOH)、環烯烴共聚物(COC/COP)等。
聚烯烴彈性體(POE)呈白色顆粒狀,是一種高性能聚烯烴,在常溫下成橡膠彈性,具有密度小、分子量分布窄、彎曲大、低溫抗沖擊性能高、易加工、玻璃催化溫度低、可重復使用等特點。這些特點使得其對無機填充物有著良好的包容性,并具有良好的回彈性和柔韌性等,且其硬度很低,在改性塑料領域有著廣泛的應用。
聚烯烴彈性體(POE)在電線電纜生產中的應用及優點:
由于PVC質優價廉,因此電纜護套料大多用PVC生產,但它的熱穩定性差,易降解,所以要加入熱穩定劑。這種助劑一般都是含鉛鎘的重金屬鹽,這樣的電纜料在燃燒后會產生有毒物質。考慮到環保和火災的原因,世界各國都在積極開發低煙無鹵阻燃料。目前無鹵料在研發中大多存在強度,伸長率和阻燃性三者之不能達到最佳平衡的問題,而利用彈性體的特性,替代LLDPE,可以很好地解決這個問題。
POE彈性體從本質上來說,就是在支化聚乙烯,這一點類似于EVA、EEA、EBA等。聚烯烴彈性體POE分子結構中沒有不飽和雙鍵,具有很窄的分子量分布和短支鏈結構(短支鏈分布均勻),因而具有高彈性、高強度、高伸長率等優異的物理機械性能和的優異的耐低溫性能。窄的分子量分布使材料在注射和擠出加工過程中不易產生撓曲,因而POE材料的加工性能優異。由于POE大分子鏈的飽和結構,分子結構中所含叔碳原子相對較少,因而具有優異的耐熱老化和抗紫外線性能。POE可代替EVA、EEA或EPDM用于非PVC電纜護套料絕緣;另外POE硬度和強度的變化率低可代替EVA或者與EVA并用來生產無鹵阻燃電纜料。
高性能材料包裝大規模使用有兩大難點
利用高性能材料替代普通塑料,更有利于環保。比如采用水性油墨對包裝進行印刷,減少后期包裝清洗和污水處理成本。利用FFS(成型、裝料、熱封)重包膜代替拉絲編織袋,有利于減少塑料破碎后微粒污染,而且FFS重包膜也在逐漸減薄。利用PETG(聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環己烷二甲醇酯)替代含鹵素的PVC(聚氯乙烯)包裝,利于物理回收和化學回收。PETG熱收縮膜是一種高性能收縮膜,有大于80%的最終收縮率,可制成復雜外形容器的包裝,具有高吸塑力、高透明度、高光澤、低霧度、易于印刷、不易脫落、存儲時自然收縮率低的優點,應用于飲料瓶、食品和化妝品的收縮包裝及電子產品等的收縮標簽。2022年我國PETG需求超過10萬噸,主要替代PVC應用于飲品標簽。利用EVOH(乙烯-乙烯醇共聚物)作為高阻隔包裝材料。EVOH是一種無毒的環保型材料,在具體加工環節不會產生有毒有害物質,是我國政策支持推動的高阻隔性能材料之一。EVOH具有優異的阻隔性,對氧的阻隔性是PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)的10000倍;耐油性佳,適用于包裝油脂類液體,以及有毒及揮發性產品,如工業溶劑、農藥、殺蟲劑等;透明性和光澤好,可用作高質量透明包裝,保證包裝產品的外觀;具備良好的耐化學腐蝕性及較強的抗靜電性能,容易加工,可用傳統聚烯烴加工設備擠出、共擠出,被廣泛用于復合膜中間阻隔層,應用于食品行業的奶制品、肉類、果汁罐頭和調味品包裝,以及非食品行業的溶劑、化學藥品、空調結構件、汽油桶內襯、電子元件包裝等。
COC/COP產品是由烯烴與環烯烴共聚或環烯烴單聚形成的具有一系列優良性能的光學級材料,具有透明性高、雙折射率小、生物相容性好、絕緣性強以及可以提高乙烯的耐熱性等優良特性,被廣泛應用于光學、包裝、醫療等領域。目前,COC/COP的生產主要由瑞翁公司、寶理塑料、三井化學、JSR等日本公司壟斷,中國COC/COP依賴進口。
以COC(環烯烴共聚物)和COP(環氧-聚丙烯共聚物)為例,COC/COP是由烯烴與環烯烴共聚或環烯烴單聚而成的一類新型無定型熱塑性工程塑料,具有高透明性、低雙折射率、低吸濕性、低收縮率、低介電常數,以及良好的耐熱性、耐化學性、耐光性等一系列優異性能,被廣泛應用在包裝、光學和醫療等領域。COC/COP生產工藝復雜,環烯烴單體合成難度大,目前全球僅有日本瑞翁公司、日本寶理塑料、日本合成橡膠及日本三井化學等企業的技術和生產工藝能實現大規模量產。目前,全球COC/COP產能約8.3萬噸/年,日本是COC/COP主要供應地。2021年,中國COC/COP消費量約2.1萬噸,是全球COC/COP主要消費市場,主要應用于光學、包裝和醫療等領域,日本、歐美已出現COC/COP材質替代中硼硅玻璃瓶作為預灌封包裝材料。我國醫療包裝領域COC/COP年需求量約5000噸。由于產品的技術壟斷性,我國從原料單體降冰片烯到催化劑等整條產業鏈尚未實現完全產業化,我國市場中的COC/COP產品大部分來源于進口。預計到2025年,我國COC/COP的年消費量將提高到2.9萬噸。此外,EAA(乙烯丙烯酸共聚物)可有效黏合金屬與塑料、紙張與塑料等各類物質,耐久性、透明性、黏結性優異,在食品藥品等軟包裝領域應用廣泛。EAA還可用于制作電動汽車電池電極和隔膜,能夠提高電池穩定性;用于光伏時可以提高密封性和耐久性。EAA也可用作肉類等的真空包裝,延長食品保存時間。國內企業還未掌握EAA自主生產技術,EAA全部依賴進口,年進口量為2萬~3萬噸。2023年6月,衛星石化與SK致新合資共建的中韓科銳EAA項目在連云港開工建設,建成后將緩解我國該產品進口壓力。
另外,COC/COP 預充注射器包裝的mRNA疫苗獲批,這是目前唯一一種采用預充式注射器接種的RSV疫苗,目的是方便給藥,節省接種人員時間,降低配藥失誤風險。
在最近的一次財報電話會議上,Stéphane Bancel 指出,mResvia的配藥和給藥方式是其競爭優勢,因為與競爭對手復雜的注射方式相比,該疫苗采用 PFS 包裝,可以減輕“使用人員的工作負擔”。
眾所周知,mRNA 疫苗對藥品內包材要求嚴苛,需要滿足超低溫存儲和冷鏈運輸條件下,確保無菌保障,即使是采用傳統西林瓶包裝也要精挑細選,何況采用 PFS,這對于容器密封完整性 (CCI)、PFS 功能性、穩定性都提出了高要求。
對于制藥行業,新冠以外的mRNA疫苗獲批上市,在當下對于 mRNA疫苗未來的發展充滿疑慮的背景下,無異于是給行業打了一針強心劑。
對于醫藥包裝的創新應用,同樣也是一針強心劑:據現有信息,這是全球首個采用PFS包裝的 mRNA 藥品,并且是COC/COP材質。mResvia的藥品說明書中提到,PFS是塑料材質,可推測出能滿足要求的材料,不是COC就是COP。
隨著我國經濟的快速增長,必然會對以POE、COC、EVA、EVOH為代表的高端聚烯烴材料提出更高的要求。綜合來看,這些材料雖然取得了一定進展,但仍然存在較大的發展空間。
未來我國合成樹脂行業需要持續提升技術,突出高端化、功能化發展方向,進一步拓展市場規模。
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