环烯烃聚合物性能、应用领域及生产难点在哪？

COC/COP 的性能较传统的 PMMA 和 PC 性能更优。

1、 COC/COP：高端光学材料潜力新星，近年来备受 瞩目

环烯烃聚合物（COC/COP）是经环烯烃单体聚合反应而成，是一种性能优 良的无定形高分子新材料，近年来引起了人们的高度重视。COC 和 COP 的不同 之处在于合成方式和微观结构，但是他们仍然具备较为相似的物化性质。COC 和 COP 均具有热变形温度高、透明性高、双折射率低、介质损耗小、介电常数 小、水蒸汽透过性低、熔融流动性好等一系列优异性能。

COC/COP 的性能较传统的 PMMA 和 PC 性能更优。与传统的 PMMA（聚甲 基丙烯酸甲酯，简称“聚甲甲酯”）和 PC（聚碳酸酯）相比较，基于环烯烃的 光学级聚合物材料的性能优势在于其透光率>91%，与 PMMA 相当，明显高于 PC 材料（87～89%），光学性能优异。玻璃化温度可以达到 160℃以上，耐热 性超过 PC 材料，与 PMMA 比较有明显优势。同时 COC/COP 吸水率<0.01%， 仅为 PMMA 和 PC 材料的二十到三十分之一，可有效避免水汽对于光学材料制 造和成型中的不利影响。随着显示技术的进步，超薄和高分辨率成为未来发展的 趋势，其对于光学材料的要求不断提高，传统的 PMMA 和 PC 材料无论在加工 性能和光学性能上均不能满足显示技术对于材料性能的要求，基于环烯烃的光学 级聚合物高透光材料逐渐成为了显示屏制造的主要材料。

环烯烃共聚物（COC）是一类利用环烯烃单体与 α－烯烃等共聚而成的高附 加值热塑性工程塑料，多由加成聚合而成，其聚合物是两种结构单元的无规共聚 物。目前最为常见的COC是乙烯/降冰片烯共聚物。COC被认为是聚碳酸酯（PC）、 甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等传统透明塑料的理想替代材料。目前德国 Ticona （Celanese AG 的子公司）及日本三井化学（Mitsui Chemicals）等公司采用 茂金属加成聚合过程（mCOC）过程生产 COC。 环烯烃聚合物（COP）是具有较大环张力的环烯烃单体通过开环易位聚合 （ROMP），再对聚合物中的不饱和双键进行氢化得到的一类聚合物，其微观结 构可以视为乙烯和环烯烃单体的交替共聚物，且环烯烃单元的比例恒为 50%。 目前日本瑞翁公司（Nippon Zeon Corp.）和日本合成橡胶（JSR Corp.）等公 司采用 ROMP 过程生产 COP。

2、 COC/COP 可应用于光学、医疗等领域，前景广阔

近年来我国出台多项政策鼓励发展 COC/COP 的研发与生产

COC/COP 是我国政府大力支持发展的高分子化工材料，近年来多个政府部 门出台政策鼓励发展 COC/COP 的研发与生产。在国家政策引导和市场发展规律 的双重作用下，COC/COP 的国产化进程有所加快。商务部发布的《鼓励外商投 资产业目录（2022 年版）》将环烯烃单体和聚合物等行业关注度高并且存在较 大技术壁垒的产品加入鼓励产品目录范围。工业和信息化部发布的《重点新材料 首批次应用示范指导目录（2021 年版）》将环烯烃聚合物列入重点新材料。但 是，环烯烃聚合物技术壁垒深厚，开发难度高。从生产工艺来看，反应单体、催 化剂、聚合工艺均存在较大难度，目前国内全部依赖进口，已成为制约相关行业 发展的“卡脖子”材料。

COC/COP 可应用于光学、医疗等领域，前景广阔

环烯烃聚合物（COC/COP）作为一种热塑性光学级材料，具有高透光性、 良好的耐温性、优异的加工性能以及低透水率等一系列优点，为相关产品提高材 料性能提供了最佳选择，广泛应用在光学领域（高端手机摄像镜头、显示屏的导 光板和光学膜等）、高端药品包装及医疗器械等领域。此外，因高透光材料无单 体残留，避免了 PC 材料中双酚 A 残留对于人体健康的潜在威胁，可应用于高端 食品级塑料。作为最新一代的光学级聚合物材料，该产品在众多应用领域均展现 出了良好的应用前景，市场前景广阔。

COC/COP 光学特性优异，在镜头、屏幕等光学领域应用广泛

在光学领域，由于 COC/COP 拥有热变形温度高、透明性高、双折射率低、 介质损耗小、介电常数小等一系列优良特性，使它成为制备光学元件的首选材料， 被用来制作各类镜头、显示屏薄膜、5G 天线接收罩等。目前，以 COC 为原料的 塑料镜片是主流手机摄像头的重要组成部分，受益于 5G 手机摄像头三摄、四摄 的加速渗透，以及汽车自动驾驶技术对化学镜头需求的逐渐扩大，国内镜头镜片 需求有望快速增长。此外，在各类屏幕以及高端应用领域，COC/COP 制成的薄 膜产品已被广泛采用。随着镜头应用以及手机屏幕的不断扩展，COC/COP 市场 空间将更为广阔。

随着手机镜头及模组、车载光学、照相和摄像、安防等光学领域的持续发展， 光学元件市场规模将持续扩增，从而带动 COC/COP 需求。根据中国光学光电子 行业协会光学元件仪器分会统计，我国光学元件市场规模由 2016 年的 300 亿元 增长至 2021 年的 1,500 亿元，对应 CAGR 高达 38.0%。随着光学元件下游应用 领域，如手机镜头及模组、车载光学、照相和摄像以及安防领域的持续发展，将 为我国光学元件市场带来持续增长的空间，据中国光学光电子行业协会光学元件 仪器分会预计，2027 年，我国光学元件市场规模将增长至 3,095 亿元，对应 2021-2027 年的 CAGR 为 12.8%。

智能手机多镜头化和不断拓展的汽车自动驾驶领域为 COC/COP 带来了广 阔的市场空间。根据华经产业研究院数据，2021 年全球光学镜头行业市场规模 约为70亿美元，同比增长12.9%，2016-2021年期间市场规模CAGR约为16.9%。 2021 年全球光学镜头出货量约为 77 亿只，同比增长 11.6%，2016-2021 年期 间出货量 CAGR 约为 13.4%。而根据公司公告，2026 年全球光学镜头市场规模 预计将达到 1,134 亿元，市场空间将持续扩增。 若汽车实现完全的自动驾驶功能，至少需要搭载前视、环视、后视、侧视、 内置摄等五类摄像头，汽车平均搭载摄像头数量将会提升，进而带动车载摄像头 出货量的增加。根据 Yole 数据，2022 年全球车载摄像头市场总收入为 54 亿美 元，总出货量达到 2.18 亿颗。根据中商产业研究院预测，2028 年全球车载摄像 头总体出货量将达到 4.02 亿颗。国内方面，根据中商产业研究院数据及预测， 我国车载摄像头出货量由 2018 年的 2855 万颗增长至 2022 年的 6131 万颗，对 应 CAGR 约为 21.1%。同时，2023 年和 2024 年我国车载摄像头出货量将分别 达到 6827 万颗和 7105 万颗。

医疗领域疫苗瓶需求高增，COC/COP 有望大显身手

COC/COP 是一种优良的医学材料，在医疗领域应用广泛，可用于疫苗瓶或 预灌封针等的制作。COC/COP 具备优异的透明性、水汽阻隔性能和生物相容性， 溶出物和杂质的含量极低，因此可以延长药品的保存时间。COC/COP 具备优良 的耐化学药品性和耐灭菌处理性，因此它们可以进行蒸汽以及伽玛射线的消毒。 目前 COC/COP 被广泛用于疫苗瓶、血液储存器、试管、陪替氏培养皿、注射器 和吸液管等领域，COC 还使轻巧、可穿戴的药物输送解决方案、便携式诊断设 备等成为可能。

中硼硅疫苗瓶供给存在缺口，COC/COP 成为最佳替代品。硼硅酸盐玻璃价 格低廉，是目前疫苗玻璃瓶的主要生产材料。但是，随着更多新兴的药物、疗法 以及生物技术衍生的活性成分的出现，药品与玻璃不相容的情况增多，硼硅酸盐 玻璃的性能有限，将不再适用于部分新兴的要求。且由于近年来全球公共卫生事 件等因素的影响，中硼硅疫苗瓶处于供不应求的状态，亟需新产品增援。同时， 在注射过程中，传统的西林瓶需要配合安瓿瓶使用，较为繁琐，效率低下，而使 用预灌封注射的效率较高，且不存在二次污染或混用的危险，能够快速满足大量 人群的疫苗注射需求。未来 COP/COC 材料预灌封注射器有望逐步取代传统型玻 璃安瓶、西林瓶和普通注射器，具有广阔的发展前景。 根据 QYResearch 数据，2020 年全球预灌封注射器市场规模为 35.85 亿美 元，预计 2027 年该类产品市场规模将达到 58.34 亿美元，对应 2020-2027 年 CAGR 约为 7.2%。从地区层面来看，2020 年中国预灌封注射器市场规模约为 5.3 亿美元，全球占比约为 14.8%；2027 年中国预灌封注射器市场规模将快速 增长至 13.9 亿美元，对应 2020-2027 年 CAGR 约为 14.8%，全球占比将相较于 2020 年提升 9.0pct 至 23.8%。

COC 也可应用于人工骨材料。此外，面对人口老龄化的加剧，脊柱退行性 疾病作为一种常见骨科疾病，在全球范围的发病率高达 5.7%，严重影响人们生 活质量，椎间融合术是临床上治疗该类疾病的主要方法，椎间融合器材料性能对 手术治疗效果至关重要。环烯烃共聚物（COC）具有高刚性、高纯度、优异的化 学惰性、X 射线可透过性、可精细加工、适合多种灭菌方式以及良好的生物安全 性等特点，已用于多种医疗包装材料。COC 经过表面化学改性或与多种高分子 材料复合制造高分子合金，可显著改善其韧性，提高生物活性和成骨效能，在人 工骨材料领域具有极高的临床应用价值，开发潜力巨大。 在微流控芯片材料领域，COC 具有良好的生物相容性、低吸水性、耐化学 性和高紫外线透明度等特点，是一种非常适合制备微流控芯片的材料。目前生物 医疗领域内已有许多基于 COC 的微流控芯片应用的研究，如结合脉冲流动使用 脉冲流动电势法对分析物（肝素、链霉亲和素等）进行无标记检测，制备相应兼 容 X 射线进行弱散射蛋白质系统的表征，检测急性髓系白血病患者的微小残留病 等。

COC/COP 还可应用于包装、铝塑膜等领域

包装领域，COC/COP 具有高收缩性、低收缩力、低密度以及高气体阻隔性 等特征，可增加食品和医疗包装模量、提高包装薄膜的气体阻隔性和耐穿刺性并 降低薄膜耐撕强度。COC/COP 同线性低密度聚乙烯（LLDPE）共混制备食品和 医药包装，共混物可以使薄膜减薄后性能不变，降低包装成本。同时，COC/COP的添加可增加 LLDPE 的模量，提高其密封强度、收缩性能、气体阻隔性以及易 撕性。COC/COP 和聚三氟氯乙烯（PCTFE）的复合膜还可用于制作药品的泡罩 包装，其优异的水蒸气阻隔性和真空成型性，使得制备得到的药品泡罩包装具有 更低的厚度和水蒸气透过率。 铝塑膜领域，COC 主要用于铝塑膜内层，对水蒸气和氧气都有很好的阻隔 性能，由于其玻璃化转变温度 Tg 较高，所以成膜后，它的薄膜也具有较高的刚 性，也有辅助支撑的作用，提高了内层材料阻水、防酸性能。根据中商情报网预 测，2023 年我国铝塑膜市场规模将达到 67 亿元，同比增长 17.5%，2025 年铝 塑膜市场规模有望进一步增长至 89 亿元。

3.冰片烯原料和茂金属催化剂为 COC/COP 生产的主要难点

环烯烃聚合物（COC/COP）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 难度包括环烯烃单体（降冰片烯）的制备、茂金属催化剂的筛选开发、环烯烃聚 合物的制备以及环烯烃聚合物的客户验证。 一方面，环烯烃单体（降冰片烯）是聚合物的主要原材料，属特种精细化学 品，环烯烃单体制备是环烯烃聚合物得以量产的重要前提。环烯烃单体的合成过 程需要较高温度（200-300℃）和压力（100-200atm），为避免结焦和集中放 热风险，需采用连续化生产工艺。环烯烃单体生产是环烯烃聚合物产业化过程中 反应条件要求最高、工艺控制最复杂的工序，其合成技术是国际龙头企业的核心 技术，具有较高的技术壁垒，且国际龙头不会单独对外销售单体，行业内企业需 耗费大量精力、资金进行自主开发。 另一方面，茂金属催化剂的适配及供应链国产化是环烯烃聚合物国产化的重 要环节。茂金属催化剂作为聚合反应的关键催化剂，其需要与环烯烃单体具有较 高的适配性，其供应链国产化是环烯烃聚合物国产化的前提，行业内企业需要寻 求适配自身单体的茂金属催化剂国产化供应商。与此同时，聚合及后处理工艺难 度较大。因催化剂体系的特殊性，聚合过程需要严格控制水氧及各种杂质的含量， 其浓度要求达到 ppm 甚至 ppb 级别；其次，为保证环烯烃单体均匀的插入聚合 反应链中，反应的进料速度、比例、温度、压力等参数均有严格要求；此外，下 游光学和医药领域对环烯烃聚合物残留单体、金属离子和杂质含量有极高要求， 因此，环烯烃聚合物生产的工艺流程、生产装置选择、过程控制均有较高的技术 壁垒。

此外，环烯烃聚合物的客户验证是其产业化的必要步骤。一方面，由于客户 对环烯烃聚合物的性能要求属于客户的关键技术机密，公开资料中难以查询全部 的产品性能指标要求，因此，需要环烯烃聚合物得到客户验证认可后，再对生产 制备工艺进行调整；另一方面，若行业内企业无法解决环烯烃单体制备、茂金属 催化剂的筛选开发，则无法实现自主生产环烯烃聚合物，客户不会给予验证的试 错机会。