高吸水性樹脂市場和技術發(fā)展近況

張西標，李 濤，路文學,2

(1.兗礦水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心有限公司，山東 濟南 250000；2.山東兗礦國拓科技工程股份有限公司，山東 鄒城 273500)

1 概述

高吸水性樹脂(以下稱SAP)是一種既不溶于水，也難溶于有機溶劑的低交聯(lián)度水溶脹型高分子聚合物，它含有親水基團和松散網絡結構，具有超強吸附能力。能夠吸收自身重量幾百至上千倍的水，且具有吸水速率快、保水性能好等優(yōu)點[1]。商品化SAP的主要有丙烯酸共聚物、聚丙烯酸鈉鹽共聚物、聚丙烯酰胺共聚物等。不同型態(tài)的SAP，其用途也略有不同，粉末狀SAP主要用于尿褲和衛(wèi)生用品，顆粒狀和球狀SAP主要用于除臭劑制品，纖維狀SAP主要用于防靜電纖維等領域[2]。

2 高吸水性樹脂的市場狀況

2.1 國際市場

經過多年的快速發(fā)展，國際上SAP生產規(guī)模不斷擴大，相關生產企業(yè)主要分布在日本、歐盟、中國和美國。日本觸媒、德國BASF和德國贏創(chuàng)是全球SAP生產企業(yè)三大巨頭，其產能均超過50萬t/a。日本觸媒是世界最大的SAP生產企業(yè)，生產基地遍布日本、中國、印尼、美國和歐洲。另外，日本的三大雅和住友化學的產能分別為18.5和15.5萬t/a。

目前，SAP市場蓬勃發(fā)展的主要推動力為衛(wèi)生用品。在發(fā)達國家，91.5%的SAP用于衛(wèi)生用品領域(其中嬰兒尿布約占77.5%，成人失禁墊約占10%，婦女衛(wèi)生巾約占4%)，8.5%的SAP用于其它領域(其中農業(yè)約占3.8%，建筑業(yè)約占1%，其它領域約3.7%)。

近年來，隨著日本、美國和西歐等發(fā)達國家人口老齡化進程加劇，尿布和衛(wèi)生用品領域對SAP的需求年均增長約為5%。據日本衛(wèi)生用品行業(yè)協(xié)會發(fā)布的數據顯示，2006年、2007年和2008年日本成人尿布產量同比增長12%，7%和4%，同期嬰兒尿布產量分別為，2006年趨于平穩(wěn)，2007年同比增長6%，2008年同比增長4%[3]。

在發(fā)展中國家衛(wèi)生用品需求增長的帶動下，全球對SAP的需求量將呈現快速增長的態(tài)勢，預計2020年全球對SAP的需求量將達到290萬噸，屆時全球SAP市場仍處于供需基本平衡的狀態(tài)。2020年全球SAP供需平衡預測見表1。

表1 2020年世界高吸水性樹脂供需平衡預測

2.2 國內市場

圖1 2009-2018年我國SAP產能走勢圖[4]

市場供應方面，近年來，隨著日本、美國和歐洲等地區(qū)人力和資源成本的不斷上漲，大多數跨國廠商將新增SAP產能的工廠建設在中國和東南亞等政策相對寬松、資源和人力成本較低的地區(qū)。在國內，跨國企業(yè)產能的不斷增加再加上本土SAP企業(yè)的發(fā)展，使中國SAP產能不斷增加。2011年國內SAP生產企業(yè)在關鍵生產工藝上取得突破，SAP投資進入高峰期，國內產能已由2009年的17.2萬噸/年增加至2018年的130.3萬t/a，八年內產能年平均增速為82.2%，圖1顯示了2009-2018年我國SAP產能走勢[4]。

未來國內SAP產能還將會有一定程度的增長，其主要集中在幾套丙烯酸下游配套裝置上，預計2020年國內SAP產能將達到133.8萬t/a。

市場需求方面，近幾年我國SAP的消費呈逐年遞增趨勢，其中衛(wèi)生用品領域以嬰兒紙尿布所占比例最大，占總消費量的60%以上，工業(yè)領域和農林領域各消耗量約占總消費量的7.3%。

隨著二胎政策的放開、人民消費觀念的轉變以及人口老齡化進程加快，嬰兒尿褲、衛(wèi)生巾和成人失禁用品的消費量將出現迅猛增長的局面，未來衛(wèi)生用品仍是我國SAP的最大消費領域。從衛(wèi)生用品消耗結構來看，成人失禁用品和嬰兒紙尿布成為拉動SAP需求增長的強勁動力，女性衛(wèi)生巾隨著市場滲透率趨于飽和，其對SAP的消耗相對平穩(wěn)。另外，工業(yè)、農林業(yè)、醫(yī)療及其它領域對SAP的消費需求也將呈快速增長的態(tài)勢。

圖2 2011-2018年我國SAP供銷統(tǒng)計表[4]

據統(tǒng)計，2018年底我國SAP總產量為80.2萬噸，國內SAP市場總需求量為70.4萬噸。雖然目前國內SAP的產能已超過需求量，但是隨著我國SAP合成技術的不斷完善、產品質量和人們生活水平的提高，以及農村市場的開發(fā)，我國SAP市場仍有巨大的潛在需求，前景廣闊。預計2020年，我國對SAP的總需求量將達到104萬噸。

3 高吸水性樹脂的生產技術

3.1 主要生產工藝

目前，SAP工業(yè)生產方法主要有淀粉接枝法、纖維素接枝法、紫外線照射法、輻射法和合成聚合物法[1,5-7]。紫外線照射法和輻射法目前已實現工業(yè)化，但由于設備投資大，并且產能有限，難以實現大批量的工業(yè)化生產。隨著市場需求的不斷變化，吸收速度快、返滲性能好的SAP逐漸成為市場主流，其中合成聚合物法生產的SAP具有吸收速度快、返滲性能好，生產工藝簡單，因此，合成聚合物法成為當前SAP工業(yè)生產的主要方法。

合成聚合物工藝又分為反相懸浮聚合、反相乳液聚合和水溶液聚合，工業(yè)上以反相懸浮聚合和水溶液聚合為主。反相懸浮聚合工藝是最早工業(yè)化生產SAP工藝之一[8]。反相懸浮聚合法是以溶劑(油相)為分散介質，水溶性的單體或高分子物為水相液滴或粒子，引發(fā)劑溶解在水相中進行聚合反應的方法，合成產物為形狀規(guī)則的顆粒狀或柱狀SAP。該方法不僅克服了聚合體系粘度高、散熱困難的缺點，而且有聚合物分子量高、聚合速率快、反應條件溫和、副反應少等優(yōu)點，但是該方法存在溶劑回收困難等問題。

水溶液聚合法生產工藝是通過單體烯烴雙鍵的游離加成反應完成的。該生產工藝由中和反應、聚合反應和交聯(lián)反應三部分組成[9]。水溶液聚合法生產工藝流程簡單，單程轉化率高，產品吸水和保水能力強，生產設備投資適中，產品質量穩(wěn)定，以及制備工藝物耗低，能耗低，污染小的特點，是一種符合綠色環(huán)保節(jié)能的生產工藝。目前，世界SAP主導生產工藝公司有日本觸媒、三洋化成、住友精化、法國阿托菲納、德國BASF、迪高沙、韓國LG、韓國科隆等。日本觸媒、三洋化成、德國BASF都已在國內建廠，并且在國內的產能不斷增加，他們在國內轉讓技術的可能性不大。

3.2 水溶液聚合法工藝

3.2.1 工藝流程

水溶液聚合法生產SAP的工藝流程主要包括中和反應、聚合反應、表面交聯(lián)反應三個步驟[9]，可細分為中和反應、除氧、聚合反應、切條造粒、干燥、粉碎篩分、表面處理、混合包裝等階段。

圖3 水溶液法合成SAP工藝流程

中和反應：高純丙烯酸、氫氧化鈉溶液、水按一定比例進行配料后在常壓、20～30℃下進行中和反應，在反應過程中用冷凝水移除中和反應產生的熱量。配料及中和反應過程中會產生的含有少量丙烯酸廢氣，收集后送往廢氣吸收塔處理。

除氧：中和后的物料采用氮氣壓入通氮罐內，并用氮氣去除物料中的氧氣，以保證后續(xù)聚合反應順利進行。此過程產生的廢氣夾帶有水汽和微量物料，收集后送往廢氣吸收塔處理。

聚合反應：除氧工藝結束后，將丙烯酸鈉溶液用氮氣壓入配料槽，并添加一定量的聚合添加劑進行混合，混合物在50～100℃的聚合反應器中進行20～30 min聚合反應。聚合反應產生的含有丙烯酸的水蒸氣經冷卻后送往廢氣吸收塔處理。

切條造粒：聚合反應得到的聚合物用切條機切條，條狀聚合物送往絞碎機中絞碎成所需形狀，然后將絞碎的聚合物顆粒送往干燥器中干燥處理。本過程是在密閉的系統(tǒng)中進行，不會發(fā)生無組織排放，也基本無廢氣產生。干燥：將絞碎后的聚合物在150～180℃的干燥機中干燥。在此過程中，未反應的丙烯酸將會全部揮發(fā)出來，同時會有SAP的細小顆粒進入廢氣。該過程產生的廢氣進行除塵操作后進入洗滌塔進行處理。

粉碎篩分：干燥后的SAP顆粒在粉碎機粉碎成所需的粒徑后送往篩分裝置進行篩分處理，獲得規(guī)定的粒徑。

表面處理和混合包裝：將粒徑符合的顆粒與表面處理劑、無機鹽水在表面處理機中進行處理，以提高顆粒的表面強度，表面處理結束后將聚合物進行冷卻，即為成品。檢驗分析合格即可對成品進行包裝。

3.2.2 生產原料消耗

水溶液聚合法合成SAP的原料是高純丙烯酸、氫氧化鈉溶液，N,N-亞甲基雙丙烯酰胺、過硫酸銨、亞硫酸鈉等材料，而且這些都是工業(yè)品。

表2 年產12萬噸 SAP項目原輔料消耗指標

3.2.3 公用工程消耗

表3 公用工程消耗指標

4 結語及建議

綜上所述，全球對SAP的需求量正在不斷上升，特別是發(fā)展中國家對SAP需求量的增長將尤為明顯。水溶液聚合法生產工藝在投資、產品質量、能耗和環(huán)保等方面具有明顯的優(yōu)勢，對于新建SAP項目，建議采用水溶液聚合法的先進工藝技術。

以年產12萬噸規(guī)模的單套SAP裝置為例，項目總投資約為5.4億元，年營業(yè)收入可達10億元、利潤約為0.5億元，稅后投資回收期為10年。對于具有資源優(yōu)勢的化工企業(yè)，通過新建SAP裝置可使產品多樣化，拓寬產品領域、延伸產業(yè)鏈，產出適應市場需求的差異化產品，從而提高企業(yè)的抗風險能力和盈利水平。