Технологии

Линейный полиэтилен высокого давления (ЛПЭВД) по своей структуре подобен полиэтилену низкого давления (ПЭНД), но его молекулярные цепи имеют более многочисленные и длинные боковые ответвления. В результате материал обладает следующими преимуществами:

- более высокая температура 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 высокая прочность;

- блеск поверхности и устойчивость к растрескиванию.

 Недостатком ЛПЭВД является меньшая липкость пленок по сравнению с растяжимыми пленками из ПВХ и ЭВА. Один из путей решения данной проблемы –  введение липких добавок. Другой путь – исключение необходимости прилипания за счет придания шероховатости поверхности механическим способом.

ЛПЭВД применяют также при изготовлении соэкструдированных растяжимых пленок в качестве одного из слоев. Пример — трехслойная пленка, в которой наружные слои изготовлены из традиционного ПЭВД, а внутренний – из ЛПЭВД.

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 необходима некоторая модификация оборудования, предназначенного для переработки традиционного ПЭВД, в частности, изменение конструкции шнека и величины щелевого зазора. Сегодня для переработки ЛПЭВД разработано специальное оборудование… Наряду с этим существует и другой подход – использование специальных добавок, позволяющих экструдировать материал без разрушения расплава. 

Применение

На мировом рынке применение ЛПЭВД в различных областях развивается быстрее, нежели полиэтилена высокого давления (ПЭВД) и ПЭНД, так как из ЛПЭВД можно получать тонкие пленки со сравнительно высокими прочностными свойствами. Основные сферы применения ЛПЭВД – производство пленок, добавка к ПЭВД и ПЭНД при ротоформовании и литье под давлением. Продукт может также использоваться при изготовлении концентрированных полимерных красителей, кабельной изоляции, ирригационных и гофрированных труб, пенополиэтилена, пряжи и нитей.

Ассортимент ведущих мировых производителей ЛПЭВД предусматривает марочный ассортимент для выпуска следующей продукции.

- 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.

- 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.

- 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.

  Отраслевая структура потребления линейного полиэтилена на мировом рынке

На сегодняшний день по-прежнему крупнейшей сферой потребления линейного полиэтилена являются упаковочные пленки, на долю которой приходится до 81% от совокупного объема его потребления. Упаковка в растягивающуюся пленку обладает преимуществами по сравнению с термоусадочной пленкой: отпадает необходимость в термокамерах для усадки пленки, уменьшается расход пленки (вследствие ее меньшей толщины и лучших эксплуатационных свойств).

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 г. составил 4,5 млн. т, 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 магазинах, а также при фасовке развесных товаров в лотки. Остальные сферы использования ЛПЭВД заметно уступают пленочным материалам.

ЛПЭВД получают методами газофазной полимеризации при низком давлении и полимеризации в жидкой фазе. В основном существуют два типа жидкофазных процессов: в растворе и в суспензии. Суспензионный процесс проводится в присутствии хромовых катализаторов. Температура немного ниже (около 100°С), а давление значительно ниже (689-2068 кН/м²), чем при газофазном процессе высокого давления. При этом ПЭ получают в виде порошка. Этилен подают в основание реактора, а получаемый полимер отводят непрерывно, сохраняя постоянный уровень сжиженного слоя в реакторе. Эффективность данного 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, что в свою очередь отражается на величине капитальных вложений.

Компании DuPont и Dow Chemical разработали технологию получения ЛПЭВД, где весь процесс полимеризации проходит в растворе при использовании катализаторов Ziegler-Natta. Процесс идет при температуре 180-250°С и давлении 2757-4137 кН/м². Добавки можно вводить непосредственно в реактор.

Сегодня на мировом рынке присутствует несколько самых популярных технологий и десятки незапатентованных разработок:

Лидирующими игроками на мировом рынке технологий производства ЛПЭВД (реакции полимеризации) являются Dow и Carbide. Технология компании Carbide, именуемая Unipol, является самой популярной в мире. Другой, не менее известной и широко применяемой технологией является Innovene (компания BP). Оба процесса подразумевают полимеризацию этилена в газовой фазе. Тогда как, например, технология Dow (которую компания так и не запатентовала) предполагает полимеризацию в растворе. Надо сказать, что подавляющий объем ЛПЭВД выпускается именно с использованием «газофазной» технологии.

До 1990 гг. 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 г.). Однако во второй половине 1990 гг. Dow and Exxon-Mobil Corp. ("Exxon") преуспели в разработке металлоценовых катализаторов («single-site»), которые предоставляют производителям значительные преимущества.

- UNIPOL (metallocene/ Ziegler-Natta)

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 ЛПЭВД, используя собственную технологию COMPACT Solution (Stamylex) в комбинации с катализаторами Ziegler-Natta. COMPACT – очень гибкий процесс производства полимеров высокого качества. Среди крупных производителей линейного полиэтилена ее применяют LG Chemicals, Hyundai Petrochemical Co.

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. Дело в том, что применение бимодальных технологий привело к созданию установок, позволяющих получать ПЭНД и ЛПЭВД в одном реакторе. Это позволяет на порядок снизить производственные расходы.

- низкие капиталовложения;

- более низкие расходы на обслуживание производства;

- простота в использовании по сравнению с каскадными реакторами;

- меньшее использование сомономеров;

- другие преимущества связанные с меньшим расходом некоторых компонентов.

Поэтому 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.

Характеризуя мировой рынок линейного полиэтилена, следует отметить, что он абсолютно обособлен 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 продуцентов используют нелицензионные разработки.

Развитие рынка технологий выпуска линейного полиэтилена сдерживается влиянием одного (основного) фактора: главной характеристикой рынка становится консолидация и глобализация производителей. Этот процесс длится уже много лет, а в последние годы он значительно ускорился. Количество участников сокращается и, как результат: только крупные игроки имеют возможность разработать собственную технологию. Этот фактор резко снизил количество лицензированных технологий сторонних компаний. Вместе с тем, количество технологий для лицензирования растет…

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

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

На 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 в таких условиях из-за своей неконкурентоспособности просто не выживут. В массовых же сегментах, которые ориентированы на местные региональные рынки (таких, 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. При этом значительная его часть 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 начать падать. Принимая во внимание, что новых установок вводиться не будет, новых потребителей в большом количестве также не предвидится, рынок ожидает период стабильности спроса и предложения. При этом мощности производителей будут загружены практически полностью.