Многообещающие полимеры: что такое полигликоли и почему так востребованы
Полигликоли, благодаря широкому набору полезных свойств, активно применяются в самых разных областях: от автомобилестроения до медицины. Но в России сектор их производства и потребления пока слабо развит в отличие от глобального рынка, где выпуск полиэтиленгликоля и полипропиленгликоля будет расти в ближайшие годы на 5–10% в год.
Многогранное вещество
Этилен и продукты его переработки, например, этиленгликоль, — одни из наиболее востребованных видов сырья для синтеза различных органических соединений. В частности, они служат основой для производства разнообразных полимеров гликолей — полигликолей.
Чаще всего полигликоли в качестве побочного продукта получают производители окиси этилена, но также их производят как отдельный товар. В зависимости от взятых в реакцию исходных спиртов и условий прохождения химических процессов полигликоли довольно сильно отличаются по своим характеристикам и свойствам.
Так, например, самый распространенный вид полигликолей – полиэтиленгликоль (ПЭГ) – может представлять из себя при массе до 400 г/моль бесцветную вязкую сильно гигроскопичную жидкость, в то время как ПЭГ с массой до 2000 г/моль — это воскообразные чешуйки или порошок кремового цвета. Еще более высокомолекулярные соединения — белые кристаллы.
Благодаря своим общим свойствам, нетоксичности, растворимости, износостойкости в органических растворителях и сильным различиям физических параметров в зависимости от длины молекулярной цепи, полигликоли применяются в огромном количестве отраслей от автомобильной до фармацевтической.
Широкие возможности
ПЭГ используется в производстве смазочных материалов и охлаждающих жидкостей, как растворитель и регулятор влажности и вязкости, в качестве стабилизатора эмульсий и эмульгаторов, а также в качестве пищевой добавки (Е1521).
Есть и ряд необычных способов применения ПЭГ. Так, например, полиэтиленгликоль помогает моделировать подводные извержения вулканов: в растворе сахарозы это вещество имитирует разлив и застывание лавы.
Помимо этого, ПЭГ — криопротектор растений. Он не позволяет образовываться кристаллам льда в клетках и препятствует их повреждению при замораживании.
Все большее распространение полиэтиленгликоль начал получать в медицине. На данный момент проводятся многочисленные опыты по его применению в качестве природного клея для сращивания повреждений тканей и разорванных цепей спинного мозга.
ПЭГ восстанавливает мембрану клетки, препятствуя формированию шрама в месте травмы и сохраняя прохождение нервного импульса. По предположению ученых, если соединить хотя бы треть нервных клеток поврежденного спинного мозга с его помощью, можно восстановить базовые моторные функции организма. Подобные опыты уже успешно проводились на животных.
Структура рынка
Но, все же самая распространенная сфера применения полиэтиленгликоля, отмечает глава Центра отраслевых исследований Андрей Костин, — косметика, но для нее требуется сырье высокой степени очистки.
Наиболее крупнотоннажная область применения — в качестве основы теплоносителей и антифризов. «В мире, — говорит эксперт, — существуют установки полигликолей мощностью в сотни тысяч тонн, но в России эту отрасль с учетом объемов можно отнести максимум к среднетоннажной химии с уклоном в малотоннажную».
Андрей Костин уточняет, что в России делается небольшое количество полигликолей, но балкового качества.
Объем мирового рынка полиэтиленгликоля, который в 2020 году оценивался в $4 млрд США, по прогнозам экспертов, в ближайшие годы продолжит активно расти — в среднем на 9,6% с 2021 по 2027 год. Основными катализаторами этого процесса станет быстрорастущий спрос на продукцию со стороны автомобильной и химической промышленности.
Также спрос будет поддерживать его применение в аэрокосмической промышленности, где он используется в качестве твердого ракетного топлива.
Перспективы развития
По данным Global Market Insights, Азиатско-Тихоокеанский регион (АТР) — крупнейший рынок сбыта этого продукта за счет значительного числа быстрорастущих экономик, таких как Индия, Индонезия, Малайзия, Бангладеш.
Эксперты отмечают, что регион АТР переживает быструю урбанизацию и индустриализацию из-за роста дохода на душу населения, а глобальные компании перемещают свою производственную базу в регион, что будет стимулировать спрос на продукцию.
В Global Market Insights отмечают, что в перспективе медицинский и фармацевтический
сегмент останутся крупнейшими прикладными сегментами и продолжат лидировать в потреблении ПЭГ как минимум до 2027 года.
Эксперты напоминают, что эти отрасли переживают стремительный рост в условиях пандемии, а расходы на медицинское обслуживание во всем мире резко возросли.
Другое направление
Второй востребованный вид полигликолей — полипропиленгликоль, который получается за счет полимеризации окиси пропилена в присутствии гликолей (моно- и дипропиленгликоли, бутандиолы) под действием щелочных катализаторов при температуре 100—160 °C.
Полипропиленгликоль также обладает набором универсальных свойств. Например, высокими смазывающими способностями и износоустойчивостью, которые позволяют его использовать для производства полиуретанов, смазок, гидравлических жидкостей и поверхностно-активных веществ (ПАВ).
Так же, как и ПЭГ, он применяется в фармацевтике, медицине и косметике. Помимо этого, он используется для создания искусственного дыма или тумана.
По данным агентства DISCOVERY Research Group, размер рынка полипропиленгликоля в России в 2020 году составил около 17 тысяч тонн, большая часть которых импортируются (около половины объемов – из Китая).
Спрос на мировом рынке полипропиленгликоля (ППГ) в 2020 году был на уровне 1,64 млн тонн. Эксперты отмечают, что в первой половине 2020 года спрос на него снизился, поскольку его отрасли конечного потребления, такие как автомобилестроение и строительный сектор, были одними из наиболее пострадавших секторов в условиях кризиса Сovid.
В то же время сохранялся устойчивый спрос на него со стороны фармацевтических компаний, производителей потребительских товаров и средств личной гигиены, поскольку эти отрасли функционировали с полной эффективностью даже во время пандемии.
Сразу после снятия жестких ограничительных мер во второй половине 2020 года произошло быстрое восстановление в строительном и автомобильном секторах, а также в других отраслях конечного потребления, что, следовательно, повысило спрос на ППГ на мировом рынке. Ожидается, что в 2022 году и в перспективе до 2030 года спрос на полипропиленгликоль будет, по разным прогнозам, расти в среднем на 3–5%.
Высокие технологии
Эксперты отмечают, что основной сдерживающий фактор для сектора полипропиленгликоля — его связь с опасностями для здоровья и окружающей среды. Ключевые производители полипропилена в настоящее время сосредоточены на производстве PPG на биологической основе, который не только обеспечивает стабильность цен, но и помогает сократить углеродный след.
В целом, как отмечает Андрей Костин, полигликоли — это очень богатая химия, на базе которой можно построить хороший бизнес, но она требует обеспечения сырьем – окисью этилена — и применения современных технологий, которые существенно повышают цену конечного продукта.
В связи с этим в ближайшей перспективе не приходится рассчитывать на существенное увеличение объемов производства в России в отличие от мирового рынка.
