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全部依赖进口,COC技术壁垒有哪些?

2023年08月09日 07:26

COC(环烯烃共聚物)是一类性能优越的材料,这种材料依赖于C5产业链,由C5原料制备得到环烯烃单体,并在此基础上通过和α-烯烃(如乙烯)共聚制得,其中反应单体、催化剂、聚合工艺均存在较大难度,产业化壁垒极高,目前国内全部依赖进口。

环烯烃共聚物(COC)具有高透明度、低双折射率、高阿贝值等优良的光学性能,同时具有低吸水性、高生物相容性、尺寸稳定性、低密度、高耐热性、高流动性等优良性能,主要应用于镜头及液晶显示屏用导光板、光学薄膜等的光学用途,医疗、检测仪器领域,电子器件领域等。目前主流的手机摄像镜头均采用以COC/COP为原料的塑料镜片,同时COC/COP近年来也拓展了预灌注、医疗包装、食品包装等用途。另外,由COP制成的膜材料可用于各类屏幕,以及PE改性剂等其他高端领域。

日本宝理COC材料实物形态

由于生产企业较少,技术突破难度高,全球COC消费主要由供给决定,约8-9万吨。2021年,中国消费约2.1万吨左右COC,目前已是全球最大的COC消费国家,其中53.2%需求来自于光学领域,包装和医疗领域分别占25.3%及15.1%,其他领域占比6.3%;预计2025年中国COC消费增长至2.9万吨,CAGR约8.4%,预计到2025年,光学领域占比上升至55.4%,包装领域及医疗领域占比约为23.6%及14.7%。

技术壁垒深厚,海外高度垄断

COC聚合物技术壁垒深厚,开发难度高。从生产工艺来看,COC聚合物是降冰片烯单体与其他烯烃共聚的一系列高分子产品。主要的技术难度来源于以下几方面:

降冰片烯单体的制备

降冰片烯是工业界最常用的环烯烃单体,具有较大的环张力,在开环易位聚合中能够表现出较高的活性。此类环烯烃材料有很多优异的性能,但是也存在一些不足之处。对于环烯烃共聚物而言,随着环烯烃单体插入率的增大,聚合物材料的玻璃化转变温度呈现升高的趋势,而高的共聚单体插入率常常会带来材料韧性的下降,这一缺点使乙烯/降冰片烯共聚物的应用受到限制,因此对于不同下游应用而言,设计不同特点的共聚单体对材料的性能进行提升,是前期开发过程中重要环节。

茂金属催化剂的筛选开发

COC生产中,茂金属催化剂必不可少,也构成生产上的一大核心难点。传统催化剂只能开环聚合,而使用茂金属催化剂能双键加成聚合。茂金属催化剂制备难度较大,成套的茂金属催化剂包括主催化剂、助催化剂和载体,需根据反应进行完整体系的筛选。长期以来,国外对该技术进行技术封锁,我国由于产业化开展较晚,目前仍处于追赶状态,部分领域仍未实现突破。

环烯烃聚合物的合成过程控制

环烯烃聚合物工艺控制点较多,且国内无开发先例,合成需要长时间的试验摸索。

此外,工程上成套工艺技术国产化试验需要经验积累,以及终端产品应用开发需要上下游配合,这些均构成工艺难点所在。

由于海外技术垄断,国内尚无COC商业化产能,国内需求均由进口满足。从全球市场来看,目前COC/COP聚合物/共聚物主要产能均掌握在日本厂商手中,包括瑞翁公司、宝理塑料、三井化学和日本合成橡胶。

日本瑞翁是全球最先建设COC装置的企业,早在1990年1月份已经开始COC装置的建设,最初装置规模在数千吨,并于1998年率先推出产品。宝理塑料通过收购德国赫斯特集团的Topas业务而进入COC/COP领域,三井化学于1995年开始生产COC的Apel系列产品,而日本合成橡胶1997年在其千叶工厂开始量产COC聚合物。目前几家主要厂商的COC/COP产能合计为8.6万吨/年,其中瑞翁公司和宝理塑料产能占比较大。最新的扩产来自于三井的3000吨产线,新扩建的产能已经于2022年8月开始商业化运营。后续扩产主要来自于宝理,2万吨扩产原定于2023年中投产,目前已推迟至2024年三季度落地,主要针对的是包装及医疗领域的需求。

海外企业之间竞争呈现明显的差异化,日本宝理以医用耗材及包装类应用为主,并与医药包材全球领军企业肖特共同推广COC医疗领域市场,而三井及瑞翁则主导光学领域用途。

全球竞争格局

产业化进程加速,国产突围可期

近两年,COC/COP国内产业化进程加速,主要原因来自于:1)国内部分企业经过多年研发积累已实现了一定的产业化突破;2)光学领域中消费电子、新能源车等下游产业链明显转移至国内,该材料由日本卡脖子问题日益突出,供应链安全担忧下下游厂商的国产替代意愿加强,从而促使上下游产业化开发进程加快。

阿科力

阿科力已经明确涉足该领域的公司,从公司相关专利整理来看,公司研发方面已经过长时间摸索,目前进展处于产业链前列。据6月13日公司对于上交所问询函的答复,公司“技术上公司小试、中试均已完成测试且各项指标达到预期,今年5月公司无锡厂区已升级为化工园区,环烯烃聚合物项目已具备重启条件,千吨级工业化装置预计2023年年底前建成达产。同时,客户开拓方面,公司已与下游客户或潜在客户进行商务对接,并得到了客户的积极回应。公司已与多家下游知名企业达成意向合作,覆盖光学、医疗领域。公司研发方面已经过长时间摸索,目前进展处于产业链前列。

金发科技

金发科技是国内乃至全球改性塑料龙头企业,目前产能占国内改性塑料10%,产品系列包括改性塑料、环保高性能再生塑料、完全生物降解塑料、特种工程塑料、碳纤维及复合材料、轻烃及氢能源、苯乙烯类树脂和医疗健康高分子材料产品等8大类。金发科技聚焦高性能新材料的研产销,自主开发出一系列生物降解塑料和特种工程塑料,如高温尼龙、LCP、PLA等。近期,据公司投资者交流平台回复,2022年,公司以环烯烃共聚物(COC)为主要目标,开展高性能烯烃聚合物新材料试验项目,目前进展良好,预计下半年完成中试,该材料的中试设计产能为80吨/年。公司披露,其COC新材料的相关技术为公司自主研发。

来源:丙烯酸及酯

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