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

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。 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 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（Constrained Geometry Catalyst,CGC），以及高温溶液聚合工艺技术起到了至关重要的作用。 图3：聚烯烃催化剂发展历程 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 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Engage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Insite工艺又成功生产出２个Affinity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Exact，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Tafmer。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Lusene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。 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 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。 2POE生产有三个核心壁垒，目前全部被跨国公司垄断 POE诞生近30年时间，国内至今未实现工业化生产，从产业和技术角度主要有三方面的瓶颈限制。（1）α-烯烃的供应，尤其是主流POE产品使用的1-辛烯的供应不足；（2）先进催化剂体系的研究滞后于国际先进水平；（3）缺少对POE生产必须的高温溶液聚合工艺的实践探索。本小节力图对国内外在α-烯烃的供应，茂金属催化剂的合成，以及溶液聚合工艺方面进行回顾和梳理。 2.1α-烯烃的供应 C4~C8是α-烯烃是主流种类，与乙烯共聚是其主流应用。α-烯烃是指在分子链端部有双键的单烯烃，也称线性α-烯烃(Linear alpha olefin, LAO)。常温下C2～C4 烯烃为气体； C5 ～C18为易挥发液体；C19以上为蜡状固体。有广泛工业用途的是碳数范围为 C4 ～C18的直链α-烯烃。其中应用最广的是 C4 、C6和C8。 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%。 主要需求包括作为共聚单体与乙烯聚合合成LLDPE/HDPE/POE/POP等聚烯烃材料、直接聚合成聚1-丁烯、生产润滑油基础油、表面活性剂、油田化学品等。 图6：α-烯烃的应用领域 1-丁烯、1-己烯和1-辛烯作为与乙烯共聚生产HDPE、LLDPE以及POE的共聚单体，以提高产品抗撕裂和拉伸强度，该领域的需求占α-烯烃总消费量的57%，这构成了α-烯烃需求的主体。从供应格局来看，1-丁烯大约占42%，是规模占主导优势的种类，1-己烯约占19%，1-辛烯约占13%。 LLDPE主导了 C4 -C8α-烯烃的需求。具体到短链α-烯烃（C4~C8）全球2016年的需求量大约360万吨，到2021年增长至约440万吨，IHS预测至2025年增长至约530万吨。在全球短链α-烯烃需求中LLDPE约占300万吨，即68%。 LLDPE主要应用于薄膜和包装，对LLDPE而言，所用的共聚α-烯烃链长越长，其力学性能越好，越有利于制品减薄。LLDPE对共聚单体的选择由原料的可获得性、价格、技术水平等因素综合决定。目前用于LLDPE的共聚α-烯烃主要是1-丁烯和1-己烯。LLDPE生产中1-丁烯或1-己烯共聚比例约在3%-10%。在美国和西欧，LLDPE主要用1-己烯作为共聚单体，在亚洲和中东95%~99%的LLDPE采用1-丁烯作为共聚单体。HDPE生产中使用α-烯烃作为共聚单体需求较少，HDPE对共聚α-烯烃的消耗量约占HDPE产量的1-2%，且主要使用1-丁烯、1-己烯。据估算全球2021年HDPE对α-烯烃的消费量约70万吨。 图7：2021年全球α-烯烃消费结构 图8：2021年全球α-烯烃供应结构 POE对α-烯烃的需求大约在40万吨，主要种类是C8。POE/POP对α-烯烃需求约在40万吨。POE和POP生产过程中主要将1-辛烯作为共聚单体，一些厂家也将1-丁烯作为共聚单体。与LLDPE不同之处在于，POE对α-烯烃的需求比例非常高，POE/POP消耗了大约全球1-辛烯的36%。近年来POE成为1-辛烯需求增长的主要来源。 图9：2021年全球短链α-烯烃消费结构 图10：2021年全球短链α-烯烃需求增长 乙烯选择性齐聚α-烯烃生产的主要工艺路线。应用最广泛的商业化的乙烯齐聚生产α-烯烃的技术分为非选择性齐聚和择性齐聚。非选择性齐聚生产全分布α-烯烃（即C4~C20+各组分均大量存在）主要有3种技术：CPChem工艺、Ineos Ethyl工艺、ShellSHOP工艺。各家的技术路线及催化剂的选择决定α-烯烃混合产物的组分分布不尽相同，一般油品供应商会以综合方案消耗所产出产品。选择性齐聚产品一般 C4 -C8组分比重很高。选择性齐聚工艺中1-丁烯的工艺包括HoneywellUOP、Axens等；拥有1-己烯选择性齐聚技术路线包括Phillip、Axens、CBILummus、Sasol等，国内燕山石化、独山子石化等企业也建有1-己烯装置。 拥有1-辛烯选择性齐聚工业化技术的目前只有Sasol和Dow。工业上，用于POE生产的1-己烯、1-辛烯等的生产主要是采用乙烯选择性齐聚的方法。 表2：α-烯烃主要生产路线 国内1-丁烯供应相对充沛，1-辛烯工业化刚起步。在1-丁烯方面，国内合计有33家企业合计约88万吨/年产能，主要来源是乙烯装置及炼厂催化裂解装置副产 C4 馏分和乙烯二聚工艺。预计到2025年，国内1–丁烯产能将达