POE是性能优异的聚合物,下游应用领域广泛。
聚烯烃弹性体(Polyolefin elastomer),简称POE,是指乙烯与高碳α-烯烃(1-丁烯、1-己烯、1-辛烯等)的无规共聚物弹性体。通常所说的POE主要是指辛烯质量分数大于20%的乙烯-辛烯共聚弹性体。 POE性能优异。与传统聚合方法制备的聚合物相比,一方面POE有很窄的分子量分布和短支链分布,因而具有优异的物理力学性能(高弹性、高强度、高伸长率)和良好的低温性能;同时,较窄的分子量分布可以使材料在注塑和挤出过程中不易产生挠曲。另一方面,由于POE分子链是饱和的,且所含叔碳原子相对较少,因而具有优异的耐热老化和抗紫外线性能。
POP和POE没有本质区别,只是共聚α-烯烃单体的含量有所区别,共聚单体的含量直接导致POE和POP的密度差异。通常POE共聚单体质量分数大于20% ,而POP共聚单体质量分数小于20% ,因此POP的密度高于POE。POE耐候性、耐老化性能良好,主要应用于改性领域;POP具有优异的黏结强度、抗撕裂性和透明性,主要应用于薄膜制备领域。

POE的下游应用范围广泛。POE能够用于PP的增韧改性,PP/PE回料性能的改善,PA尼龙等的增韧及相容剂,EVA挤出软管改性及并用发泡,色母或填充母粒,生产热熔胶、电缆护套料、膜类等。目前,在汽车零部件、电线电缆、家居用品、玩具、机械工具、娱乐和运动用品、鞋底、热熔胶、密封件等领域被广泛应用。
POE的主要消费地区在国外,TPO终端、聚合物改性是主要消费领域。POE的主要消费区是北美、西欧和日本,其中,日本消费力最大约为33%,其次是北美约32%,然后为西欧25%,其他地区10%。2017年全球消费POE最多领域是TPO终端(聚烯烃类热塑性弹性体,主要被应用在汽车内外饰领域),占据51%;用于聚合物改性的POE占据29%,用于生产电线电缆的POE占据10%,其他用途占据10%
国内POE市场空间潜力巨大。与全球的消费结构不同,在国内,2017年POE消费最多的是用于汽车行业,占据68%;用于聚合物改性的为19%,用于生产电线电缆的为9%,其他用途为4%。在国外,汽车保险杠领域大部分已经采用POE弹性体进行共混改性;而在国内,只有20%左右的保险杠材料采用POE弹性体。由此可见POE的应用率在国内汽车制造、塑料制造生产领域仍然相对较低,POE在中国市场有较大的发展潜力去挖掘。

我国工业化的α-烯烃产品主要是1-丁烯,1-己烯,高碳α-烯烃技术不成熟。据《世界线性α-烯烃的供需现状及发展前景》文中介绍,2019年世界线性α-烯烃的生产能力为803.2万t/a,我国线性α-烯烃的生产能力为104.2万t/a,但其中绝大部分为C4装置精密精馏或者催化萃取精馏法得到的1-丁烯;而我国C6及以上α-烯烃产能仅为7.5万t/a,全球占比不足2%,C8以上的线性α-烯烃完全依赖进口,进口量高达15万t/a,占国内市场消费量的70%以上。2019年,全球C6及以上线性α-烯烃的总产能达到489万t,中国C6及以上线性α-烯烃产能仅占1.5%。国内主要采用乙烯齐聚法生产α-烯烃,目前主要是中石油和中石化掌握此技术,中石油大庆院目前已能合成1-己烯,在大庆拥有5000t/a产能,并在兰化建成1套2万t/a装置,中石化北京化工研究院-燕山分院也开发了此技术,在燕山石化建设有5万t/a的生产装置。
α-烯烃国产替代加速有望缓解我国高碳α-烯烃依赖进口的局面。2021年,中国石油“辛烯等α-烯烃合成成套技术工业试验”项目如期中交,项目建成后,生产能力分别为1-己烯5000吨/年、1-辛烯2500吨/年,填补了国内C8α-烯烃产品生产空白。
催化剂是POE生产中最重要的材料。POE的出现离不开过渡金属催化剂的发展,通过改变催化剂配体结构,可以准确地调控聚合物的微观结构,从而获得不同性能的POE产品。常用的POE催化剂主要包括茂金属、镍系、钒系等催化剂。前全球POE生产企业如陶氏化学、三井化学、埃克森美孚等企业对于生产POE所需的催化剂进行专利保护,且严密封锁,是导致我国POE市场需求仍需要依赖进口的最重要原因。

POE生产厂商均拥有独家催化剂。陶氏化学公司于1993年率先工业化生产POE,商品名为EngageTM。采用CGC催化剂,以混合烷烃为溶剂,结合其专有的InsiteTM溶液聚合技术,聚合温度80~150℃,压力为1.0~4.9MPa,成功开发了基于乙烯-1-辛烯共聚物和乙烯-1-丁烯共聚物的POE。埃克森美孚采用其专有的ExxpolTM茂金属催化剂生产商品名为ExactTM的POP和POE。三井化学株式会社最初采用钒系催化剂,后切换为采用茂金属催化剂生产POE,商品名为TafmerTM。LG化学2008年用自主开发的茂金属催化剂和专有的溶液聚合工艺生产POE和POP,商品名为LuceneTM。
国内打破POE催化剂垄断,自主产权技术将实现产业化。万华化学于2020年4月申请发明专利《一种烯烃聚合催化剂、烯烃聚合催化剂组合物及制备聚烯烃的方法》(专利号CN 111484574 B),其自主研发的催化剂活性高、热稳定性好,适用于高温溶液聚合制备聚烯烃,尤其是聚乙烯、乙烯/1-辛烯共聚物。此外,浙江大学、中科院化学所、中国石化北京化工研究院等在内的不少科研院所和高校开发了具有高共聚性能的茂金属催化剂和非茂有机金属催化剂,并开展了乙烯与α-烯烃共聚技术研究,为国内POE生产的工业化提供了技术支撑。