Список тематических статей

ПЭВД будет вытеснен линейным полиэтиленом

Линейный полиэтилен (LLDPE) отличает высокая химическая стойкость и устойчивость к растрескиванию, проколам, раздирам, его поверхность отличается высоким блеском. По структуре он аналогичен ПЭВД.  

Линейный полиэтилен низкой плотности характеризуется  более высокой прочностью при растяжении и имеет выше значения удлинения при разрыве. В то же время линейный полиэтилен высокого давления имеет повышенную температуру плавления, что позволяет применять его для фасовки горячих продуктов.

Металлоценовый линейный полиэтилен отличается высокой ударопрочностью, отличными изоляционными свойствами и низкой экстрагируемостью, что дает возможность использовать его для ламинирования различных изделий,  устройства парников или для других целей, где требуется пленка высокой прочности. Применяется также ПЭВД лист, который может использоваться как для изготовления разного рода изделий, так и для облицовки с целью гидро- и термоизоляции.  Плотность ПЭВД и LLDPE невысока, что делает их экономичным вариантом, по сравнению с другими полимерами.

В ближайшие годы будет происходить вытеснение ПЭВД линейным полиэтиленом. Каковы отличительные свойства ЛПЭВД и как будет происходить внедрение данного полимера на российском рынке.

Производство ЛПЭВД становится дешевле

Развитие бимодальных технологий привело к созданию установок, позволяющих получать ПЭНД и ЛПЭВД в одном газофазном реакторе. Это позволяет на порядок снизить производственные расходы. Преимущества производства бимодальных смол в одном реакторе:
 - Низкие капиталовложения;
 - Более низкие расходы на обслуживание производства;
 - Система с одним реактором более проста в использовании по сравнению с каскадными реакторами;
 - Меньшее использование сомономеров;
 - Другие преимущества связанные с меньшим расходом других компонентов.

Подавляющее большинство вводимых в ближайшие годы установок по производству полиэтилена будут иметь данную конфигурацию. Учитывая, что расходы по полимеризации смол в реакторе высокого давления являются более  высокими, а ЛПЭВД практически по всем показателям превосходит обычный ПЭВД, постепенно ПЭВД будет исчезать из обыденной практики.

Развитие газофазных и жидкофазных технологий полимеризации этилена в ближайшее время должно существенно изменить марочную структуру предложения, а затем, как следствие, структуру спроса и парк перерабатывающего оборудования. Главным образом, речь идет о вытеснении ПЭВД линейным полиэтиленом.

Новые газофазные технологии предполагают процесс полимеризации этилена с приданием молекулам бимодальной структуры  в одном реакторе одновременно для ПЭНД и ЛПЭВД. При этом себестоимость производства полиэтилена на такой установке значительно ниже, чем в реакторе высокого давления. Поэтому производство ЛПЭВД получается более экономичным по сравнению с производством ПЭВД. В тоже время практически по всем свойствам ЛПЭВД превосходит ПЭВД. Поэтому в долгосрочной перспективе можно прогнозировать вытеснение ПЭВД из широкого применения. ЛПЭВД дешевле, его свойства – лучше. С каждым годом он будет становиться доступней и доступней. (Новые заводы будут предполагать выпуск ПЭНД и ЛПЭВД).

Отличительные свойства линейного полиэтилена

Линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП) по своей структуре подобен ПЭВП, однако имеет следующие основные преимущества: более высокую температуру размягчения, что позволяет применять его для расфасовки горячих продуктов; лучшие эксплуатационные свойства при низких и высоких температурах; " более высокую химическую стойкость; в 2-3 раза более высокую стойкость к раздиру и проколу; " большую прочность и относительное удлинение при разрыве; блеск поверхности и устойчивость к растрескиванию. На мировом рынке ЛПЭНП - наиболее динамично употребляемый полимер по сравнению с ПЭНП и ПЭВП, так как позволяет получать тонкие пленки при повышении их прочностных свойств. Этот материал, в частности, предназначен для изготовления медицинских пакетов, ламинированных и растягивающихся пленок. Наиболее широкое применение он находит в производстве стретч-пленок для машинного и ручного пакетирования. По сравнению с термоусадочной упаковка в растягивающуюся пленку обладает следующими преимуществами: "отпадает необходимость в термокамерах для усадки пленки; " уменьшается расход пленки вследствие ее меньшей толщины, лучших эксплуатационных свойств.

Свойства ЛПЭНП являются промежуточными между свойствами ПЭНП и ПЭВП. Однако основной его особенностью является то, что его ММР уже, чем у ПЭНП. Основными преимуществами ЛПЭНП по сравнению с ПЭНП является более высокая химическая стойкость, лучшие эксплуатационные свойства как при низких, так и при высоких температурах, большой блеск поверхности и большая устойчивость к растрескиванию. При формовании пленок ЛПЭНП проявляет повышенную стойкость к проколу и раздиру. Типичные значения сопротивления проколу при толщине около 75 мкм - 834 Дж/м2 для ПЭНП и 1877 Дж/м2 для ЛПЭНП; сопротивления раздиру - около 350 и 1050 гс соответственно (среднее значение в продольном и поперечном направлениях). При равной плотности 0,92 г/см3 температура плавления ПЭНП - 95 "С, ЛПЭНП - 118 °С.

ЛПЭВД использовали для производства мешков, поскольку он характеризуется более высокими значениями удлинения при разрыве и прочности при растяжении. Более высокая температура плавления открывает возможности применения для расфасовки горячих продуктов, о чем свидетельствует его применение для производства мешков для цемента.

ЛПЭВД проникает на рынок также в качестве растяжимой упаковки из-за лучшего соотношения цены и качества. Недостатком ЛПЭВД является меньшая липкость пленок по сравнению с растяжимыми пленками из ПВХ и ЭВА. Одним из путей преодоления этого недостатка является введение липких добавок. Другой способ - исключение необходимости прилипания за счет придания шероховатости поверхности механическим способом. ЛПЭВД применяют также при изготовлении соэкстру-дированных растяжимых пленок в качестве одного из слоев. Пример — трехслойная пленка, в которой наружные слои изготовлены из традиционного ПЭВД, а внутренний слой - из ЛПЭВД. По сравнению с пленками из ПЭВД пленки из ЛПЭВД имеют большие значения сопротивления раздиру и проколу, прочности при растяжении и относительного удлинения. Общая толщина пленок может быть поэтому снижена, а растяжимость - увеличена. Масса пленки, расходуемой на один поддон с грузом, может быть.уменьшена, чем достигается экономия сырья. Разработаны также пленки на основе смесей ЛПЭВД с другими полимерами, такими, например, как ЭВА.

Следует отметить, что в упаковке с применением усадочных пленок по сравнению с растяжимыми более низкая прочность расплава ПЭВД делает его более подходящим материалом. Различия в молекулярной структуре влияют на реологию обоих материалов. ЛПЭВД имеет большую вязкость при скоростях сдвига, характерных для экструзии, и требует большей Мощности при экструдировании. Кроме того, при экструдировании 100%-го ЛПЭВД требуется более широкий зазор щели во избежание разрушения расплава. Для достижения лучших результатов нужно некоторое модифицирование оборудования, предназначенного для переработки традиционного ПЭВД, в частности изменение конструкции шнека и величины щелевого зазора. Для переработки ЛПЭВД разработано специальное оборудование, другой подход - использование добавок, которые позволяют экструдировать ЛПЭВД без разрушения расплава

 
Обзор технологий производства

Линейный полиэтилен высокого давления (ЛПЭВД) подобен по структуре ПЭНД, но имеет более многочисленные и длинные боковые ответвления. ЛПЭВД получают методами газофазной полимеризации при низком давлении и полимеризации в жидкой фазе. Этот процесс проводится в реакторе с сжиженным слоем ПЭ. Этилен подают в основание реактора, а полимер отводят непрерывно, сохраняя постоянный уровень сжиженного слоя в реакторе. Температура немного ниже (около 100*С), а давление значительно ниже (689-2068 кН/м2), чем в газофазном "процессе высокого давления. Эффективность этого процесса ниже, чем газофазного, процент превращения за цикл составляет 2% по сравнению с 15-30% в газофазном процессе. Размер установки может быть значительно уменьшен благодаря устранению большого количества оборудования, необходимого для работы при высоком давлении, капитальные вложения также значительно ниже. Почти аналогичным является процесс в реакторе с перемешивающим устройством. При этом используют катализаторы циглеровского типа, и достигается более высокий выход. 

В основном существуют два типа жидкофазных процессов: в растворе и в суспензии. Суспензионный процесс использует хромовые катализаторы и идет при температуре 100 °С и давлении 689—4826 кН/м2. ПЭ получают в виде порошка. В растворном процессе, который разработан DuPont и Dow Chemical, используют катализаторы типа циглеровских. Процесс идет при температуре 180-250 °С и давлении 2757-4137 кН/м2. Добавки можно вводить непосредственно в реактор.

Характеризуя мировой рынок линейного полиэтилена, следует отметить, что существует рынок технологий ЛПЭВД, абсолютно обособленный и отличный от рынка производства и продаж полиэтилена. Дело в том, что большинство производителей ПЭ разрабатывают свои собственные технологии производства сырья и затем лицензируют их.  В то же время множество изготовителей работают, используя нелицензионные разработки. Развитие рынка технологий производства линейного полиэтилена сдерживается под влиянием одного, но основного фактора. Дело в том, что главной характеристикой рынка становится консолидация и глобализация производителей. Этот процесс длится уже много лет, а в последние годы он значительно ускорился. Количество участников рынка сокращается и, как результат, только крупнейшие игроки имеют возможность разработать собственную технологию. Этот фактор резко снизил количество лицензированных технологий сторонних компаний. Вместе с тем, количество технологий для лицензирования растет.

Сегодня на мировом рынке присутствует несколько самых популярных технологий и десятки незапатентованных разработок. Среди наиболее известных, можно выделить следующие технологии:

Наиболее популярные технологии производства ЛПЭВД

Лидирующими игроками на мировом рынке технологий производства ЛПЭВД (реакции полимеризации) являются  Dow и Carbide. Технология компании Carbide, именуемая Unipol, является самой популярной технологией в мире. Другой не менее известной и широко применяемой технологией является Innovene, принадлежащая компании BP. Согласно обоих технологических процессов, этилен полимеризуется в газовой форме (газовая фаза). Тогда как, например, технология Dow, которую компания так и не запатентовала, предлагает этилен полимеризовать в растворе. Надо сказать, что подавляющее большинство ЛПЭВД производится именно с помощью газовой фазы.

До 1990 годов для производства линейного полиэтилена использовались главным образом два типа катализатора – Ziegler-Natta и хромовые (впервые эти катализаторы были применены компанией Carbide с технологией Unipol в 1970 году). Однако во второй половине 1990 годов Dow and Exxon-Mobil Corp. ("Exxon") преуспели в разработке металлоценовых катализаторов («single-site») для производства линейного полиэтилена, которые предоставляют значительные преимущества производителям по сравнению с уже знакомыми ЛПЭВД катализаторами.

Для продвижения на мировом рынке своего новшества Dow с BP, а  Exxon-Mobil в свою очередь с Carbide подписали соглашения о внедрении металлоценов при производстве линейного полиэтилена в газовых реакторах. В 1997 году Union Carbide и Exxon Mobil Corp, после успешной адаптации металлоценовых катализаторов, учредили предприятие Univation Technologies LLC (технология Univation) для реализации лицензий на технологии производства полиэтилена. Однако примерно через два года (в 1999 году) компания Dow подписала соглашение о слияние с Union Carbide, которая позволила Dow стать партнером Exxon-Mobil в Univation Technologies. В это же самое время Dow прекратила сотрудничество с BP, и, побоявшись конкуренции со стороны Innovene, не позволила ей использовать технологию производства металлоценового ЛПЭВД (позже BP все равно добилась права применять данную группу катализаторов). В результате слияния «Dow» и «Union Carbide» в 2000 году под контроль Dow попал 50-процентный пакет акций компании Univation, которым владел Union Carbide.

Таким образом, на сегодняшний день фирма Univation Technologies специализируется на разработках и внедрении новейших технологий и катализаторов в производстве полиэтиленов, представляет собой совместное предприятие компаний «Exxon Mobil» и «Dow/Union Carbide» - признанных мировых лидеров в области производства полиолефинов.

Сейчас Univation Technologies предлагает следующие технологии производства LLDPE:
• UNIPOL (metallocene/ Ziegler-Natta)
• EXXPOL (metallocene) для производства «LLDPE улучшенного качества»
• EXXPOL (metallocene) для упрощенного производства  LLDPE

Вместе с тем, говоря о применении технологии Univation, подразумевается, как правило, технология UNIPOL  при металлоценовых катализаторах (торговая марка XCUT) или катализаторе Ziegler-Natta (торговая марка UCAT).

Среди других более или менее широко используемых технологий можно выделить разработку компании DSM. Она производит LLDPE, используя собственную технологию COMPACT Solution (Stamylex)  в комбинации с катализаторами Ziegler. Технология COMPACT – очень гибкий процесс производства полимеров высокого качества. Среди крупных производителей линейного полиэтилена технологию COMPACT применяют LG Chemicals,  Hyundai Petrochemical Co.

Области применения линейного полиэтилена

Основными сферами применения ЛПЭВД являются производства пленок, добавка к ПЭНП и ПЭВП при ротоформовании и литье под давлением. Также ЛПЭВД может использоваться при изготовлении концентрированных полимерных красителей, кабельной изоляции, ирригационных и гофрированных труб, пенополиэтилена, пряжи и нитей.

На сегодняшний день ассортимент ведущих мировых производителей ЛПЭВД предусматривает марки для следующей продукции:

Пленочные марки:

  Поливные стретч пленки;
  Выдувные стретч пленки;
  Поливные сенажные стретч пленки;
  Выдувные сенажные стретч пленки;
  Поливные пищевые пленки;
  Выдувные пищевые пленки;
  Мешки и пакеты;
  Высокоглянцевый слой термоусадочных пленок;
  Изолирующий слой в соэкструзионных структурах.

Литьевые марки:

  Литье товаров народного потребления, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами;
  Литье товаров народного потребления, не предназначенных для контакта с пищевыми продуктами;
  Литье тонкостенных изделий;
  Литье высокопрочных фитингов;
  Литье крупногабаритных изделий;
  Литье автодеталей;
  Изделия, изготавливаемые методом ротоформования.

Специальные марки:

  Для кабельной изоляции;
  Для производства ирригационных и особо прочных труб;
  Для производства концентрированного красителя;
  Для изготовления геомембран;
  Для изготовления гофрированных шлангов;
  Для производства нетканых материалов, пряжи и нитей;
  Для производства вспененных изделий.

На сегодняшний день по-прежнему крупнейшей сферой потребления линейного полиэтилена являются упаковочные пленки, на долю которой приходится до 81% от совокупного объема потребления ЛПЭВД.  К наиболее емким потребительским сегментам на рынке ЛПЭВД пленок относятся паллетные стретч пленки и мусорные мешки (потребительские и промышленные). Остальные отрасли сильно уступают пленочным материалам.

Наиболее емким сегментом на рынке пленочного ЛПЭВД является производство промышленных и потребительских мешков для мусорных баков, бидонов, ведер и прочих емкостей. Их объем по итогам 2005 года составил 4,5 млн. тонн, что в относительном выражении достигает  32%. На втором месте стоят паллетные стретч пленки. Кроме того, еще 3% уходит на производство с/х пленки (силосная стретч пленка). Самый маленький сегмент – пищевая пленка из линейного полиэтилена, используемая для обертки свежих продуктов в магазинов, а также при фасовке развесных товаров в лотки. Также она может называться «stretch cling» пленка.

 
Отраслевая структура  рынка пленочного ЛПЭВД

Как будет происходить внедрение ЛПЭВД на российском рынке

В ближайшие пять лет потребление линейного полиэтилена на российском рынке будет увеличиваться в среднем на 20% в год. Данные темпы несколько ниже уровня прироста спроса на данный полимер в предыдущие годы. Это связано с постепенным насыщением российского рынка стретч пленок. В 2010 году спрос на ЛПЭВД на российском рынке составит 370 тыс.тонн.

С учетом значительного роста потребления полиэтилена в целом, данный объем выглядит достаточно скромным. Сдерживающим фактором является существующий парк перерабатывающего оборудования, ориентированный на переработку ПЭВД. Можно предполагать, что процесс перехода с использования ПЭВД на линейный полиэтилен будет идти по мере замены парка перерабатывающего оборудования. Все новые производства, устанавливающие новое оборудование, будут использовать ЛПЭВД, старые производства – ПЭВД.

В высокотехнологичных производствах, где барьеры входа являются достаточно высокими – производство пленок под ламинацию, высокобарьерных, многослойных термоусадочных, молочных пленок, - переход на ЛПЭВД будет достаточно быстрым. Старые производители здесь не выживут из-за неконкурентоспособности. В массовых же сегментах, которые ориентированы на местные региональные рынка, такие как производство пленок общего назначения, выдув тары, - ПЭВД будет сохраняться еще на протяжении десятилетий. При этом, необходимо обратить внимание на структуру производства готовой продукции из ПЭВД. На обозначенные как массовые сегменты приходится 80-90% совокупного объема спроса ПЭВД. Это примерно 1500 экструдеров малой производительности. На российском рынке этот дисбаланс осложняется фактором запаздывающего развития нашей экономики. Переход на ЛПЭВД европейских переработчиков полиэтилена заставил их избавляться от старого оборудования по достаточно низким ценам. Значительная часть этого потока аккумулировалась в России.

Учитывая данную ситуацию, можно прогнозировать на ближайшие три-четыре года сохранение объемов потребления ПЭВД. Более того, мы предполагаем наличие небольшого роста на уровне 1-2% в год. Затем спрос на ПЭВД должен падать. Принимая во внимание, что новых установок вводиться не будет, новых потребителей тоже не будет появляться в большом количестве, рынок ожидает период стабильности спроса и предложения. При этом мощности производителей будут загружены практически полностью.