中日环烯烃共聚物企业专利技术新突破与研发方向大不同

     环烯烃类聚合物（COC/COP）作为一类具有环状结构的非晶性透明高分子材料，在材料科学领域占据着独特而重要的地位。其显著特征包括极高的透明性以及较低的双折射率，同时在耐热性、耐化学性、尺寸稳定性和生物相容性等方面表现卓越。这些优异特性使得 COC/COP 在多个关键领域得到广泛应用。

     在光学材料领域，其高透明性和低双折射率使其成为制造高精度光学元件的理想选择，如用于相机镜头、光学镜片、光盘基板等，能够有效提升光学设备的成像质量和性能。

      在医用卫生包装材料方面，良好的生物相容性确保了其与人体组织接触时的安全性，可用于制造注射器、药瓶、医用导管等一次性医疗用品以及药品包装材料，保障医疗过程的安全与卫生。

      在食品包装材料领域，其优异的耐化学性和尺寸稳定性能够有效保护食品不受外界环境影响，延长食品保质期，同时符合食品安全相关标准。

      在电学材料领域，COC/COP 凭借自身特性在电子器件的绝缘、封装等方面发挥重要作用。

      目前，常用的合成 COP/COC 的方法主要有两种。其一，以环戊二烯、双环戊二烯和乙烯为原料，通过 diels - Alder 反应生成降冰片烯，再使用茂金属催化剂进行加成聚合从而得到环烯烃聚合物（COC）。其二，以降冰片烯为原料，通过开环聚合的方式生产 COP。这两种合成方法各有特点，为企业和研究机构根据不同需求开发和优化 COC/COP 产品提供了基础路径。近年来，随着科技的迅猛发展，在全球范围内，各大企业对 COP/COC 的研发与生产投入持续增加，通过不断的技术创新与产业升级，推动着 COP/COC 性能的持续提升以及应用领域的不断拓展。

     在全球 COP/COC 生产领域，日本企业长期占据主导地位。日本的瑞翁、宝理公司、三井化学和合成橡胶公司是该领域的主要参与者。截至 2023 年 12 月，瑞翁的 COP/COC 产能达到 4.2 万 t/a，宝理产能为 3 万 t/a，相比之下，其他企业产能相对较少 ，这凸显了日本企业在产能规模方面的优势。

     在中国，随着对高性能材料需求的增长以及国家政策对新材料产业的支持，国内企业也积极投身于 COC/COP 的研发与生产。2022 年底，工业信息化部、国家药监局联合发布的《关于组织开展生物医用材料创新任务揭榜挂帅（第一批）工作的通知》将 COP/COC 列为生物医用材料创新任务揭榜挂帅项目，这极大地激发了国内企业的创新热情。目前，像阿科力、拓烯科技等企业已在技术研发和项目建设方面取得一定进展，代表着中国企业正努力追赶国际先进水平，逐步在全球 COP/COC 产业格局中崭露头角，试图打破日本企业在技术和产能上的部分垄断局面 。

    （一）瑞翁公司：全方位技术布局

     日本瑞翁公司在 COP 领域构建了全面且深入的专利技术保护体系，其布局覆盖生产工艺、催化剂制备、产品结构改进及应用等多个关键方面。

     在产品结构改进方面，专利 WO2018/17396 公开了多种改进支链结构单元的环戊烯开环共聚物，其中一种末端增加硅氧基的环戊烯开环共聚物尤为引人注目。该共聚物包含 3 个环戊烯开环聚合物链经由支链结构单元连结的独特结构，其中 2 个环戊烯开环聚合物链被末端改性，剩余的环戊烯开环聚合物链的末端未被改性。通过这种精心设计的结构优化，有效降低了合成产品的发热性并且显著提升了热流动性，为产品在一些对温度敏感的应用场景中拓展了使用空间。

     专利 WO20219/20823 公开了一种包含降冰片烯化合物和单环环状烯烃组合的结构单元，其中降冰片烯化合物结构单元的含有比例超过 25％。这种结构化合物在橡胶领域展现出优良的机械强度、伸长特性及回弹性，为橡胶材料的性能提升提供了新的解决方案，拓展了 COC/COP 材料在橡胶相关产业的应用可能性。

     在应用拓展方面，WO2020/21804 公开了一种利用 COP 材料合成光学膜的应用，即在降冰片烯系聚合物上下表面敷上一层光吸收剂的热塑性树脂，为光学膜的制造提供了新的技术思路，有望提升光学膜在光吸收、抗反射等方面的性能。WO2020/21806 通过覆盖热塑性树脂形成一种高性能的拉伸膜，进一步丰富了 COP 材料在膜材料领域的应用形式。

     WO2021/10704 公开了含手性萘基脂环类化合物的合成技术及其产品性能，例如包含 exo - 2 - 萘基降冰片烯结构单元的环烯烃共聚物，该产品在光学及医学领域展现出较好的应用前景，为 COC/COP 在高端光学仪器以及精密医学器械等领域的应用提供了新的材料选择。

     针对光学透镜等光学元件对材料性能的严苛要求，即需要具有高折射率和高耐热性、低双折射率的树脂，而现有的 COC/COP 难以兼顾这些特性的问题，日本瑞翁于 2023 年 10 月 12 日发布专利《环状烯烃共聚物及其氢化物和光学元件的制作方法》。该专利通过以 1 - 萘基降冰片烯和 2 - 萘基降冰片烯的混合物聚合得到 COC/COP，成功实现了材料能够兼顾高折射率、高耐热性和低双折射率的优异性能。其折射率最高可达到 1.609，COP 玻璃化转变温度为 135℃以上，使得材料的耐热性大大提高，满足了高端光学元件制造对材料性能的苛刻需求 。

    （二）宝理公司：聚焦聚合工艺优化

      日本宝理公司在 COC 生产技术方面，重点关注聚合工艺的优化，尤其是针对催化剂的改进以提升生产效率和产品质量。在乙烯与降冰片烯单体的聚合过程中，如果使用活性高的催化剂，虽然能够加快反应速率，但容易生成聚乙烯杂质。这些杂质会严重影响 COC 的透明性，而后续将不溶解的聚乙烯样杂质过滤、去除，不仅增加了生产工序，还会导致制造成本大幅增大。

      为解决这一难题，宝理公司于 2023 年 3 月 3 日发布了专利《环状烯烃共聚物的制造方法和降冰片烯单体与乙烯的共聚用的催化剂组合物与流程》。在该专利技术中，当降冰片烯单体和乙烯单体进行聚合时，使用具有氮原子键合于元素周期表第四族过渡金属和元素周期表第 15 族的原子结构含金属催化剂，再搭配使用铝氧烷、硼酸盐化合物中的一种作为助催化剂。这种独特的催化剂体系和助催化剂组合，能够有效抑制聚乙烯样杂质的生成，同时显著提高 COC 共聚效率，在保障产品质量的前提下，提升了生产效率，降低了生产成本 。

     （三）三井化学：着眼产品特殊性能开发

      三井化学株式会社在 COC/COP 技术研发上，侧重于开发产品的特殊性能，以满足特定应用场景的需求。

      2023 年 11 月 8 日发布的专利《环状烯烃聚合物、环状烯烃聚合物组合物和成型体的制作方法》，致力于开发一种提高溶剂溶解性的、具有降冰片烯骨架的 COC/COP。采用该技术生产的 COC/COP 在室温环境下能溶解于甲基环己烷、甲苯等在涂布聚合物时所使用的溶剂。这一特性具有重要意义，由于能够获得溶解 COC/COP 的均质溶液，因此在制成膜等成型体时，其机械强度、伸长率优异，可广泛应用于光学部件、膜包装材料、光学膜或医疗用部件等领域。例如在光学膜制造过程中，良好的溶剂溶解性有助于更均匀地涂布材料，从而提升光学膜的质量和性能。

      在实际应用中，COC/COP 材料在高温高湿环境下使用时，容易产生微裂纹，这限制了其在一些对环境耐受性要求较高的场景中的应用。为解决这一问题，2023 年 11 月 3 日，三井化学株式会社发布专利《环状烯烃系树脂组合物、成型体的制作方法》，通过采用特定的亲水稳定剂和相对分子质量低于上述亲水稳定剂的甘油或二甘油与脂肪酸的单酯及化合物，有效解决了微裂纹的产生和模具污染问题。这使得 COC/COP 材料在高温高湿环境下的可靠性得到提升，拓展了其在户外包装、高湿度环境下的医疗器械等领域的应用范围 。

    （一）阿科力公司：合成工艺创新与功能拓展

     阿科力公司在 COC 材料研发方面，积极探索创新路径，在合成工艺和产品功能拓展上取得了一定成果。

     在合成工艺上，阿科力公司采用新的催化剂和反应条件，对 COC 材料的聚合过程进行优化。通过这种创新方式，提高了 COC 材料的聚合度，使得分子链增长，材料的力学性能得到提升；同时，优化后的工艺还实现了分子量分布均匀性的提高，减少了材料性能的分散性，使得产品质量更加稳定。这为阿科力公司生产高性能、高质量的 COC 材料奠定了坚实基础。

     在产品功能拓展方面，阿科力公司进一步致力于开发具有特殊功能的 COC 材料。例如，针对一些应用场景中对紫外线防护的需求，开发抗紫外线的 COC 材料，通过在分子结构中引入特定的官能团或添加剂，使其能够吸收或反射紫外线，保护被包装或被防护的物品免受紫外线伤害。针对医疗卫生领域对细菌防护的要求，开发抗细菌的 COC 材料，通过特殊的表面处理或添加抗菌剂等方式，赋予材料抗菌性能，可应用于医用包装、医疗器械等产品，有效降低细菌感染风险 。

   （二）拓烯科技：产能扩张与多元研发并进

     拓烯科技在 COC/COP 领域取得了多方面的进展，包括产能建设和技术研发。

     在产能方面，拓烯科技已经建成了 3000t/aCOC/COP 生产线，并且有着明确的产能扩张计划，计划再扩展 7000t/a，建成后总产能将达到 1 万 t/a。这一产能扩张计划将显著提升拓烯科技在国内乃至全球 COC/COP 市场中的地位，为满足不断增长的市场需求提供有力支撑。

     在技术研发方面，拓烯科技展现出多元化的研发方向。首先，关注新型催化剂的开发，如茂金属催化剂、钌卡宾催化剂等。新型催化剂的开发有望进一步优化 COC/COP 的合成工艺，提高反应效率，降低生产成本，同时提升产品的性能。其次，对共聚物的性能调控进行深入研究，包括分子量、分子量分布、玻璃化转变温度、折射率、亲水性等性能的调控。通过精确调控这些性能，使 COC/COP 材料能够更好地满足不同应用领域的特殊需求。例如，针对环烯烃共聚物、环烯烃聚合物及其改性材料在注射器针管中的应用进行研究，优化材料的刚性、韧性和生物相容性等性能，以确保注射器针管的安全可靠使用；针对热塑性弹性体、硅胶硫化剂等在密封活塞材料中的应用进行研究，提高材料的密封性、耐磨损性等性能。此外，还开发医疗器械用环烯烃共聚物组合物及模塑制品，关注其玻璃转变温度、耐伽马射线照射性和耐冲击性，以满足医疗器械在消毒、使用过程中的严苛要求 。

     （一）日本企业：巩固优势与深挖应用

      日本领先企业如瑞翁、宝理和三井化学，凭借长期积累的技术优势和市场份额，在开发方向上更倾向于巩固自身在高端市场的地位。一方面，通过对现有生产工艺和产品结构的持续优化，进一步提升产品性能，满足如高端光学、精密医疗等领域对材料性能不断提高的需求。例如瑞翁开发高折射率、高耐热性和低双折射率兼顾的产品，宝理优化聚合工艺提高产品质量和生产效率，三井化学开发特殊性能产品以解决应用中的实际问题。另一方面，深入挖掘 COC/COP 在现有应用领域的潜在需求，通过专利布局拓展产品应用边界，强化在全球市场的竞争优势，其研发投入侧重于维持技术领先地位和拓展高端应用市场 。

     （二）中国企业：突破技术与拓展应用

      中国企业如阿科力和拓烯科技，由于起步相对较晚，面临着突破国外技术垄断的挑战。因此，在开发方向上，首先聚焦于技术创新，通过开发新型催化剂和优化聚合反应条件等方式，提升 COC/COP 的性能，努力缩小与日本企业在技术上的差距。同时，积极拓展产品的应用领域，结合国内市场需求和产业特色，开发具有特殊功能的产品，如阿科力的抗紫外线、抗细菌 COC 材料，拓烯科技针对医疗器械、密封材料等领域的应用研究。中国企业的研发投入旨在实现技术自主可控，拓展国内市场份额，并逐步向国际市场迈进 。

      通过对中国与日本环烯烃共聚物领先企业专利技术最新进展与开发方向差异的分析，可以清晰地看到，中日企业在 COC/COP 领域呈现出不同的发展态势。日本企业凭借先发优势，在高端市场和技术深度优化方面持续发力；中国企业则以创新为驱动，在技术突破和应用领域拓展上积极进取。

      展望未来，随着科技的不断进步和市场需求的持续变化，COC/COP 领域将迎来更多的发展机遇与挑战。一方面，全球范围内对高性能材料的需求将促使企业不断加大研发投入，推动 COC/COP 材料性能向更高水平提升，如进一步提高材料的光学性能、耐热性、生物相容性等，以满足新兴技术领域如 5G 通信、人工智能硬件、高端医疗设备等对材料的严苛要求。另一方面，随着环保意识的增强，开发环境友好型的 COC/COP 生产工艺和可降解的 COC/COP 材料也将成为重要的发展方向。

     对于中国企业而言，应继续坚持技术创新，加强产学研合作，培养专业人才，提升自主研发能力，逐步缩小与日本企业的技术差距。同时，要紧密结合国内市场需求，充分发挥本土优势，拓展 COC/COP 材料在国内新兴产业中的应用，提高市场占有率。通过不断努力，有望在全球 COC/COP 产业格局中实现弯道超车，为推动材料科学的发展和产业升级做出更大贡献。

文章来源：根据网络公开信息由烯烃产业创新与发展研习社整理