線性低密度聚乙烯(LLDPE)材料開發及其應用：材料世界網

詹淑華 / 工研院材化所

線性低密度聚乙烯(LLDPE)因良好的性能平衡，廣泛應用於包裝、農業、建築、汽車材料等領域。LLDPE性質隨著觸媒技術創新、α-烯烴單體種類和聚合反應製程三者之間綜合影響，使得LLDPE薄膜比其他聚乙烯薄膜具有更高的拉伸強度、耐穿刺性、抗衝擊性和抗撕裂性，同時保持膜材的柔韌性和彈性等優異的材料特性，有助於LLDPE在包裝應用領域持續增長。

【內文精選】

LLDPE應用市場淺析

LLDPE在結構上的特點，使得它在材料性能上不同於HDPE和LDPE：與HDPE相較，LLDPE的剛性、模量和熱性能差些，但是加工性、光澤度則較優；LLDPE的抗撕裂強度、拉伸強度、耐穿刺性和耐環境應力開裂性等性質則較優於LDPE。因此LLDPE在薄膜、電線電纜的包覆料以及耐腐蝕、耐應力開裂容器等應用領域有很大的優勢，近年來並開拓用於醫材包裝新的應用領域，年增長速度逐漸增加。

LLDPE有多種加工製程方式，可因應不同應用領域生產應用產品(圖二)，其中以膜材應用產品為最大宗，占80%以上。LLDPE的熔融流動性適合薄膜加工，其膜材具有優異抗張強度、抗穿刺和抗撕裂等性能。加上由於包裝領域和農膜的需求相對增長較快，因此LLDPE近5年主要應用產品是在食品包裝、纏繞膜、農膜和藥品包裝等領域。

圖二、LLDPE加工製程及其應用領域

MarketsandMarkets™市調報告(2022年3月)指出，全球LLDPE相關Plastic Films & Sheets應用產品，2021年市值為563億美元，預計到2026年將成長至687億美元，2021年至2026年複合年增長率(CAGR)約為4.06%。2020年亞太地區LLDPE需求量為8,585千噸，亞太地區占全球LLDPE PlasticFilms & Sheets有關應用領域43%。

影響LLDPE材料特性的因素

1. α-烯烴共單體對LLDPE產品種類的影響

LLDPE是透過1-丁烯(1-Butene; C₄⁼)、1-己烯(1-Hexene; C₆⁼)、1-辛烯(1-Octene;C₈⁼)三種LAO共單體個別與乙烯經由茂金屬(Metallocene)或Ziegler-Natta等觸媒進行共聚合反應，合成C4-LLDPE、C6-LLDPE與C8-LLDPE三種類型的材料。依據不同共聚單體種類、共聚合反應程度和SCB在高分子鏈上的分布，影響LLDPE的密集和結晶度。調控SCB在高分子鏈分布越隨機，則降低LLDPE密度的效果就越明顯。以生產LLDPE的角度而言，可添加更少的LAO達到相同的密度，進而降低LAO單體使用量成本。

2. LLDPE主要商業聚合製程

LLDPE的製程主要可分為氣相製程(Gas Process)和溶液製程(Solution Process)兩種製程方法。依據NexantECA市調報告預估，2024年LLDPE的氣相製程產能占77%、溶液製程產能占20%。不同聚合製程所使用的反應條件與適用的共聚合單體有差異性，進而影響所產製的LLDPE材料特性。

氣相製程相對流程短，具有投資設備成本較低等優勢，因此技術發展較快，主要製程技術可分為UNIPOL™、Spherilene和Innovene G等三種氣相製程方法。LLDPE與HDPE聚合製程設計類同，可以透過觸媒配方、單體組成濃度和聚合反應條件參數調整，生產0.916~0.965 g/cm³密度範圍的聚乙烯，因此使用氣相聚合製程的公司大部分可生產HDPE和LLDPE二種產品，因應市場的產品需求彈性調整切換生產製程。

3. 合成LLDPE聚合觸媒發展趨勢

LLDPE最早商業化製程使用的觸媒為Ziegler-Natta觸媒(ZN觸媒)，ZN觸媒存在多點活性中心，不同的活性中心具有不同的聚合反應速率，造成ZN-LLDPE分子量分布較寬；乙烯和LAO共聚合反應也因ZN觸媒多點活性中心，形成LLDPE低分子量含有短支鏈數量較多，而高分子量含有較低的短支鏈數目之微結構，因此ZNLLDPE組成共單體分布寬。隨著1980年茂金屬觸媒(Metallocen觸媒)革命，茂金屬觸媒為單一活性中心點，聚合反應速率和共聚合單體的插入都較均一；乙烯和LAO共聚合反應所合成的mLLDPE(Metallocene觸媒製LLDPE)具有較窄分子量分布，並可有效控制共聚單體含量和SCB的均勻分布(Uniform Comonomer Distribution)。

近幾年有許多研究團隊開始深入研究使用乙烯原位(In-situ)聚合技術合成LLDPE的可行性。乙烯原位(In-situ)聚合反應(圖六(b))與LLDPE商業製程(圖六(a))最大的差異在於單一反應器內只需加入乙烯單體，省略LAO共聚單體的個別合成及純化步驟。此聚合技術重要關鍵是觸媒的選擇，主觸媒和助觸媒二者之間不會互相干擾且沒有毒化作用導致觸媒失活，同時有良好匹配寡聚合反應及共聚合反應的速率，使聚合反應在可控制下進行共聚合反應 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。