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PET、PEN及PTT全球市場趨勢[陳耀振]一、前言本文是英國TECNON顧問公司今年(1998年)9月在蒙地卡羅的TECNONCONSULTINGCONFERENCE中針對全球PET、PTT及PEN市場發展所發表的報告。文中對於PET的製程改善、PTT的特性與用途及PEN的發展現況與未來展望有詳細的說明。文中並提出世界著名石化廠在各項產品發展的現況。二、PET部分PET在包裝用途用量有很大的成長，本文之重點在說明PET在包裝用途方面之應用。PET樹脂是值得特別一提的材質，全球的聚合物及石化產品中除了PET以外，沒有任何一項產品的年成長率每年都在15～20%以上，它的主要市場是在食品及飲料的包裝。事實上，PET樹脂目前的處境就像是60年代初石化工業的黃金時代，當時是新興的聚合物材質取代舊有材質階段。當然目前造成這種情形的原因之一是PET容器大量取代PVC瓶與金屬罐的結果。“黃金時代”在這個時期可能是恰當的，但也不是真的黃金時期，因為此一材質使用非常成功，所以已經有過量生產(尤其是亞洲地區)的現象。但是由PET的生產者、販賣者、機械製造商以及食品與飲料公司所引發的熱潮並未衰退，所以每一個人都在寄望PET這個巨大的潛在市場。無論是在包裝或其他用途，目前距離市場飽和都還有一段距離。為何是如此呢？有兩個原因：1.它(PET)是有利環保的材質──無論是在製造流程或是回收再用2.基本的PET是多用途的材質，它的特性可因應客戶須求而作適當的改質聚合化工從業人員與製程設備工程師的結合，配合共聚合單體和添加物的使用，以及射出成形與吹模成形等製程條件改善可以持續的擴張PET的應用領域。在此情況下，不僅是在封裝的物理性能[註1]有所提昇，也可以在高速生產線上作出複雜的外型。這些改善是持續不斷的進行中，而到目前為止PET的發展似乎還沒有到達極限的跡象。〔註1〕：此特性包括材質的透明度、強度、對CO2/O2/紫外線的阻隔能力及耐高溫的能力(尤其是對熱物質充填以及可回收包裝、再裝填和需要熱洗處理)以目前450萬噸的全球市場，如果平均年成長率達到15%，則在5年後市場就會倍增。所以主要的PET樹脂生產者可以很樂觀的來看待目前的超量生產現象，因為此一現象不會持續太久。成長率為何是15%？理由是不僅是此一市場的成長率比GDP快，而且傳統的包裝材質已經開始被新材質所取代，而新的應用領域因為新包裝技術的創新而不斷的增加用量，例如新世代的飲料、果汁、牛奶及日常用品等...。接下來主要在探討PET現在的發展情況，它包括兩個部分：一是與化學性相關的，例如共聚單體及添加物的使用，其次是新增的應用技術，或可以改變PET的阻隔的效果及產品包裝的有效期間的多層結構及塗佈工程。首先要看的是PET的製造流程，因為其中可會隱藏改善成本的效益。製造流程可分為兩部分：第一步驟，原料經過縮合聚合反應作成大約是100個分子鏈結的聚合體，此一製程是在與氧氣隔絕的後縮聚反應器以熔融狀態加熱進行。將必要的熱很均勻的給融熔狀態聚合體吸收是很重要的，如此才能避免高分子產生衰解現象，此項技術包括很薄的高分子薄膜在大面積金屬表面移動。其中關鍵的Vessel是經過設計的，一般是旋轉的圓盤反應器(Zimmer公司)或旋轉的wirecage(DuPont/Chemtex公司)。熔融的聚合體在擠出後切成粒子並加以冷卻。這些粒子投入第二階段的後縮合聚合製程(是以熔點溫度以下的固態進行)，此一熱處理是在充填氮氣下發展結晶結構及去除水分子和具有揮發性的物質如乙醛(此類的物質會影響到包裝水的味道)。此一製程可視為一種韌化過程(Annealingprocess)。雖然經過25年的改進，但是聚酯在產能及成本方面還有進步的空間，以下是3個值得注意的焦點：(1)觸媒：一般使用的觸媒是三氧化銻(AntimonyTrioxide)及三醋酸酯(Triacetate)。目前有許多公司在鈦化合物、稀土化合物(RareEarth)及泡沸石(Zeolite)方面尋求突破。AkzoNobel公司最近宣稱使用二氧化鈦及矽化合物作觸媒可以將酯化時間減少一半，減至75分鐘左右。(2)後縮合聚合器(Finisher)由於對聚合體薄膜化學性的了解增加，如果使用較小容器加熱，以相同的溫度來生產相同分子量的聚合體，它可以減少製程所需的時間。這是DuPont公司目前進行改善的方法之一。(3)固體狀態(SolidStating)包括許多Capex及設備成本，所以包括Zimmer公司在內的許多公司已經關閉傳統的固態製造階段。DuPont宣稱已發展出新世代技術，其基礎是在後縮合聚合器後有快速結晶技術，可以除去固態階段。(DuPont宣稱中間粒子的外表為結晶結構，內部為低分子量的非晶體需要進一步加熱處理而非進行複雜的SSP)2-1化學性聚酯是以二酯與二酸反應形成長鏈狀的線性分子，高比例的芳香族含量是提高分子量及熱安定性所必須的，所以使用較多的是芳香族二酸(AromaticDiacide)，原因是的製造成本比芳香族二酯低。依喂入原料不同，聚酯系列的產品如下：PET樹脂是一種低價聚合物，但它的原料投資卻是非常大的，尤其是聚酯纖維用的PTA。PIA也是一種相對低價的原料，因為它可用間位二甲苯在PTA工廠稍加修改製程就可以生產。用此一方法來發展新聚酯原料可能是很理想的方式，但目前尚未可行，它可能在成本方面有數倍的差異，即：目前只有Shell公司使用乙稀／合成氣反應來生產線性的丙二醇(PropameDiol)的方式來降低成本，這個可能有助於PPT或PTT的市場開拓。而DuPont目前正研究使用糖發酵的方法來生產醇。‧Amoco發展的荼二甲酸已經可以使PEN成為正式的商品，作為薄膜及更高附加價值用途(高級底片就是其中一例)。PEN之所以可以贏得市場占有率的主要原因是它本身的特性應用，例如它可再使用(Refill)，用來包裝熱物質及可用來包裝啤酒的潛力。雖然原料NDA(ButaieneandO-xylene)的成本低(包含了6/7的合成步驟)，但NDA及其二甲基化之前身NDC在目前還不算是最便宜，還有其他更具經濟效益的方法可以利用。例如是否更經濟的方法由石油提煉／分解？目前有許多公司正作這方面的研究。2-2PET配方及應用之發展混合式的阻隔性能指降低二氧化碳與氧氣之滲透、紫外線防護、耐熱及快速成形，當然也要考慮成本因素。2-3PETG共聚酯PET-G(G是Glycol)是Eastman公司使用高負載(HighLoading)的CHDM所產的非結晶共聚酯。其應用範圍包括射出成型容器及耐熱型(Thermoformed)包裝薄片。在此要點出的是3～4釐米的厚片，一般用途是展示用(看板)、販賣板機面板及更厚的建築用玻璃。這是一個用量會成長的領域，Eastman公司1998年在馬來西亞設立第三個廠來提應亞太地區的需求，以補充美國及英國廠之不足。厚PETG片的特性是軔度及製程／生產簡單，它的冷狀態(ColdFormed)沒有應力白(StressWhitening)是一大賣點，這些特點在價格／效能方面的定位是介於亞克力片和聚碳酸酯之間。這些是PETG成功之處，而其他製造商也正尋求進入此一市場之門路，Hoechst目前有一可與之競爭的非結晶的聚酯材質。希望上述的論點可以傳達一些PET樹脂市場的現況與展望。三、PTT部分稍前有提到Shell公司已商業化的丙二醇的製造方式，這也是“新”聚酯3-1PTT的生產方式PTT的特殊性是很有名的，尤其是一般纖維的拉伸只有1～2%，但PTT卻可以拉到10～15%並且可以回復到原始長度。簡單來說PTT的特性：‧有尼龍的彈力‧有聚酯的防污性‧有羊毛的手感所以適用在地毯與紡織方面的應用。PTT市場的重點不在兩個PDO製程的經濟性，而是DuPont本身巨大的活力(影響力)。DuPont在纖維市場具有“超大的能力”，它可以替PTT作背書的工作。所以很明顯的，Shell本身需要來自紡織業外合作伙伴來共同發展這項產品，這些合作伙伴包括美國地毯製造商及南韓的Sunkuong紡織公司。雖然此一產品會與現有的聚酯、尼龍及彈性纖維有所重疊，但DuPont公司當然有足夠的能力來推廣這項產品。所以對市場人員來說，這只是虛幻的車票，Shell不僅賣纖維粒子，最後也把整個概念賣給紡織業，而DuPont只在平行(重覆)的市場改善自己的產品。四、PEN部分PEN(Polyethylenenaphthalate)的發展史已經很久，最初的商業用途可以追溯到1970年代初期的薄膜用。PEN聚合體目前是以NDC(NaphthaleneDicarboxylicDimethylester)及乙二醇(ElthyleneGlycol)作酯基移轉及縮合聚合來生產。PEN是像PET的熱塑性聚酯樹脂。與PET比較，PEN在某些特性比PET好。PEN與PET之特性比較，PEN的‧耐熱性較好‧較不透氣與不透水‧紫外線吸收力高‧抗化學性‧低氣味吸收‧抗水解性高基於這此特性，PEN已經長期受到注意，並被視為一種新的材質用來發展一些很難用PET發展的新用途。然而NDC與NDA的可利用率是在商業化發展中最大的阻礙，但目前已經有多種方法可以生產出合理價位的NDC。以丁二烯與鄰二甲苯生產NDC是在70年代`就發現的，此一製程由Amoco公司加以商業化，Amoco在1995年完成產能27000tpa的工廠。此一建廠加速PEN在全球的商業用途發展，尤其在包裝方面之應用。本文要介紹PEN在日本市場目前的發展狀況，其中是以包裝用途為重點，因為預估此一用途會是PEN的重心。4-1日本PEN市場發展的展望(1)薄膜(Film，或底片)之市場現況因為PEN的商業化目前仍是起步階段，沒有統計資料所以很難評估正確的市場規模。依Teijin的推測，全球在1997年的消耗量大約是4000～5000噸，而主要的市場用途是PEN薄膜。如前所述，Amoco已經有基本的製程發展及NDC的商業生產。而Teijin是PEN聚合體商業發展的領導者(已有數年的時間)。Teijin在70年初期就已經開始作商業化的PEN薄膜。在中斷數年後的90年代Teijin又開始加速在這方面的發展。這時候的的應用是在錄影帶，其中APS(AdvancedPhotoSystem，高級照相系統)是在1996年完成商業化發展，目前是PEN市場的領導。另外，DDS(數位資料儲存)及小電容器(Condenser)是目前發展中的用途。目前PEN薄膜最大的市場是日本，其次是美國。預期PEN薄膜需在求未來幾年會持續成長而引導PEN的發展。(2)包裝用途之市場現況因為優越的特性，所以在各種飲料、食品包裝用途已經在日本、歐洲及其他國家作過試驗。在發展飲料瓶方面，基於成本考量已經有PEN共聚合體或其混合物的發展。針對此一目的，PENT-8(92%莫耳百分率的PEN)及PENN-8(8%莫耳百分率的PEN)的發展已經在Teijin及NipponUnipet等PET製造廠發展中。日本目前主要的發展是瓶用PEN在單次使用瓶的熱特性改善。日本的PET飲料瓶市場大部分都是用在裝填熱物質用，主要是茶與果汁用。碳酸飲料在日本只占20%，不像美國的60%，所以PEN改質瓶主要的市場潛力是在碳酸飲料部分。但是到目前為止仍看不到任何PEN飲料瓶在商業化方面有很成功的例子。唯一發展使用單一PEN聚合體成功的是一家日本化妝品公司所發展的10cc化妝品盒。由此可知，高單價的PEN產品是用來包裝高價格的產品。日本在回收／再回用瓶方面的發展比西歐慢，而啤酒瓶是PEN瓶最重要的目標，雖然大部分的日本酒廠對這個市場有興趣，但是他們都還沒有認真的在這方面作PEN或其他塑膠品的商業化開發計劃。(3)耐熱型(Thermoformed)包裝紙除了瓶子用途外，日本也進行以PEN系的耐熱型包裝紙。日本的包裝食物多層紙市場相當大。1997年這方面的需求預估有7萬噸，其中的30%是要求具有高阻隔性的多層紙。EVOH、尼龍和PVDC都是屬於阻隔性物質。EVOH是目前此一市場的主要產品。而用途主要是甜點、果凍、布丁及豆醬包裝等。PEN紙的商業化發展