聚丙烯酸盐系高吸水性树脂的生产与发展前景
来源:中国化工信息网 2009年11月24日
高吸水性树脂(SAP)有很强的亲水基团，并形成一定的交联密度的水可溶胀的松散网状高分子结构。其最基本的性能是它具有能吸收比自身重百倍甚至上千倍的水，吸水后能成为一种胶状体，具有一定的强度和保水性，它不溶于水，也不溶于有机物，却有着奇特的吸水性能。因而是一种很有前途的新颖的功能性高分子材料，其种种优异性能使之广泛应用于许多领域。按原料，一般分为淀粉系、纤维素系和合成树脂系三大类。交联的丙烯酸盐聚合物是合成树脂系吸水材料的重要方面，而且被认为是最有希望的吸水树脂。与其它类型高吸水剂比较，该类聚合物除了具备高吸水性能外，其还具有生产成本低，工艺简单，产品质量稳定，长时间储存不会变质等特点，因此成为SAP产品的主流。目前用于医药卫生用品的大部分SAP是该类高吸水聚合物。由于其余两类高吸水性树脂在市场上所占份额很小，故本文仅讨论聚丙烯酸盐系高吸水性树脂。 1聚丙烯酸盐系SAP的生产方法
聚丙烯酸盐系SAP的生产方法主要有水溶液聚合法和反相悬浮聚合法。 1.1水溶液聚合法
该法以水为溶剂，将经碱部分中和后的丙烯酸，在交联剂存在下进行交联聚合、于燥粉碎而制得SAP。生产过程不产生污染，对设备要求低，投资省，操作简单，生产效率高。其缺点是反应速度快，温度不易控制，后处理需增加干燥、粉碎、筛分工序，产品性能较差。主要表现为吸水率(吸蒸馏水和生理盐水)低、吸水速度慢、产品强度小、易吸潮、产品粒度不均等，很难达到卫生用品的要求。 1.2反相悬浮聚合法
该法以溶剂为分散介质，经碱中和的水溶液单体丙烯酸钠，在悬浮分散剂和搅拌作用下分散成水相液滴，引发剂和交联剂溶解在水相液滴中进行聚合。解决了水溶液聚合法的传热、搅拌困难等问题，且反应条件温和，可直接获得珠状产品。生产的SAP粒径大小，可根据用途和吸水要求调节；且吸水率高，吸水速度快，产品强度大，不易吸潮，符合医疗卫生用品质量要求。此法生产的吸水树脂的特性是其它方法无法比拟的。该方法的缺点是：主设备材质要求高，设备投资大；因采用了有机溶剂，需要溶剂回收装置，容易产生污染；只能进行间歇性生产，设备利用率低，生产效率低。采用该法生产的，有日本住友精化和触媒等公司。
2市场分析 2.1国际市场 2.1.1生产能力
2004年全球SAP产能120万t/a，2006年达到161.5万t/a。2001-2006年全球SAP的消费量年均增长4.5%-5%。
世界SAP生产由几家生产商控制。德固赛、巴斯夫、日本触媒、三大亚聚合物、住友精化、台塑这几大公司占了全球产量的99%。
产能位居世界第一。德固赛公司于2006年3月并购了道化学公司的全部SAP业务，从而使得SAP市场的布局发生了极大的变化。合并后的德固赛的SAP产能达到40.1万t/a，位居全球第二。巴斯夫公司生产能力31万t/a，位居第三。2006年9月统计，2006年世界SAP主要生产企业及生产能力见表1。
2.1.2市场需求
SAP具有吸水率高、保水性强、吸水速度快、膨胀力大、凝胶力大、增稠性强、增粘性强等特点，并且具有优良的弹性，因而在卫生用品、农业、工业、建筑、医疗卫生等领域得到了广泛应用，市场消费量逐年增大。
自从日本和西方工业化国家首先将SAP用于生产纸尿布以来，世界SAP需求主要集中在这些发达国家，并仍将继续占据市场的主要份额，但纸尿布市场已经趋于饱和。与此同时，我国和其他东南亚以及拉丁美洲国家对纸尿布的需求正在快速增长。预计这些地区将支撑SAP的进一步发展。据TranTech咨询公司预测，
2006-2010年，全球SAP需求的年增长率将达6%。亚洲(不含日本)和拉美地区SAP需求年增长率为5%-7%，欧洲和北美只有1%-2%。
2.2国内市场 2.2.1生产状况
我国在20世纪80年代初开始研究SAP，并陆续建设了一些小型装置。研究、生产单位已达数十家，高吸水性树脂的专利已达数十种。但国内SAP装置存在规模小、生产成本高、品种单一、质量参差不齐等问题，产品质量不能与进口产品抗衡。2004年，作为SAP原料的丙烯酸价格飞涨，使得国内SAP生产厂难于承受而纷纷减产、停产。2005年，随着丙烯酸价格理性回归，一些SAP生产企业步入良性发展的轨道。经过几年的发展，有些企业已经初步形成规模。其中，国内较早的SAP生产企业，济南昊月吸水材料有限公司、唐山博亚科技工业开发有限公司发展较快，产能突破万吨，成为国内大型高吸水性树脂生产企业。
2005年，我国高吸水性树脂生产由于日本两家公司的加盟而有了极大的发展：一方面产能迅速增长；另一方面产品品质实现了质的飞跃，填补了国内卫生用品使用SAP的空白。2003年4月，日本触媒公司在江苏张家港市成立了日触化工(张家港)有限公司，2005年独资建设3万t/a的SAP生产装置开始投入运行。另一家日本公司，日本三大亚聚合物株式会社(三洋化学工业公司和三菱化学公司的合资企业)于2003年7月在江苏南通市成立了全资子公司-三大亚精细化学品(南通)有限公司，2005年其2万t/a SAP生产装置建成投产。2007年8月装置扩产到5万t/a。
2007年底，台塑公司在宁波的3万t/a SAP装置建成投产。 2007年我国SAP生产能力约17.4万t/a，产量约12万t。2007年丙烯酸(含高纯丙烯酸、SAP)净进口量2.2万t，估计SAP进口量1万t，表观消费量约13万t。2007年国内SAP生产企业状况见表2。
2.2.2消费现状与前景
我国生产的SAP性能欠佳，主要用于农业、林业。国内90%以上SAP的消费领域-卫生用品行业依赖外资企业。
(1)在卫生用品方面。经初步调查，现在用于卫生用品的SAP消费量每年4.5万t左右。据生产企业反映，与进口产品相比，国内企业生产的SAP主要存在颜色发黄、吸潮后易粘连结块及吸水倍率不够等差距。
生理卫生用品包括液体(血液、汗液、尿液)吸收用品，如卫生巾、尿布(裤)、汗毛巾、棉球(止血栓)等。此外，用高吸水性树脂制成的餐巾、抹布、手纸等，在发达国家也广泛应用。随着人们生活水平的提高，适龄妇女、婴儿等对生理卫生用品需求量的增加，以及农村市场的开发，我国卫生用SAP的生产和应用必将跃上一个新台阶，其市场具有很大潜力。
目前，发达国家SAP消费构成为婴儿尿布占77.5%，成人失禁垫占10%，妇女卫生巾占4%，农业占3.8%，建筑业占1%，其他领域占3.7%。而国内的消费构成为婴儿尿裤(尿布)占55%，妇女卫生巾占40%，成人失禁用品占5%。这说明我国成人失禁用品潜力很大。另外，就已有的成人失禁用品的调查也显示，我国成人失禁用品中所添加的SAP的量也很少，与国外相比有很大的差距。
预计到2010年，我国婴儿纸尿片需求量将达到52亿片，妇女卫生巾需求量达到590亿片，成人卫生用品需求量达到2亿片。预计上述卫生用品需求量年均增速为10%-15%，将拉动我国SAP消费的快速增长。
(2)在农业与园艺方面。用于农业与园艺方面的高吸水性树脂又称为保水剂和土壤改良剂。我国是世界上缺水较严重的国家，因此，保水剂的应用就显得越来越重要。目前，国内已有十几家科研院所的研制高吸水性树脂产品用于粮、棉、油、糖、烟、果、菜、林等60多种植物上进行应用试验，推广面积超过7万ha，并在西北、内蒙等地利用高吸水性树脂进行大面积防砂绿化造林。同时，还可以利用高吸水性树脂对化肥进行包衣后施肥，充分发挥化肥的利用率，防止浪费和污染。国外还利用高吸水性树脂作为水果、蔬菜、食品保鲜包装材料。
(3)在工业方面的应用。利用高吸水性树脂高温吸水低温释放水的功能制作工业防潮剂。在油田采油作业中，尤其老油田的采油作业，利用超高相对分子质量的聚丙烯酰胺的水溶液进行驱油效果非常好。还可以用于有机溶剂的脱水，尤其对极性小的有机溶剂其脱水效果十分显著。还有工业用的增稠剂、水溶性涂料等。
(4)在建筑方面的应用。在水利工程使用的遇水快速膨胀材料，是纯粹的高吸水性树脂，主要用于汛期大坝洞的堵漏，地下室、隧道、地铁预制缝的堵水；用于城市污水处理和疏竣工程的泥浆固化，以便于挖掘和运输等。
(5)其他。高吸水性树脂还有其它方面的应用，如可制作人造雪，用于室内滑冰场。在化妆晶中高吸水性树脂作增稠剂可以保持化妆品长期润湿。牙科用的填充物中加少量的高吸水性树脂，在填充物使用时可增加密封性。污水处理中加高吸水性树脂，可使污水增稠或变硬易于处理。 2.2.3拟扩建能力
SAP将成为促进丙烯酸发展的主要动力之一。随着SAP用途的进一步开拓发展，需求量将会大大增加，现在多家国外企业看好我国市场。
2006年8月，巴斯夫与中国石化签订了扬子-巴斯夫有限责任公司扩产协议。到2009年，双方将投资5亿美元，提高基础石化产品的产能，并将新建下游产
品生产装置，其中包括增加一套6万t/a的SAP装置。该公司的7万t/a的高纯丙烯酸将为之提供原料。
日触化工(张家港)公司也有相应的扩建计划，将在现有的3万t/a基础上，再建3万t/a的生产线。
福建泉港石化工业区正在积极招商引资，建设3万t/a SAP装置。 如果2010年扬巴公司及日触化工SAP扩建项目能够完成，预计2010年我国SAP总产能将达到26万t/a，其中外资公司装置规模为20万t/a，国内装置规模约为6万t/a。
术不过关的小装置将逐渐被新建的技术先进的大装置置换掉，开工率也
会有很大提高。预计2015年SAP生产能力将达到32万t/a。 3发展建议
(1)提高国内SAP生产技术水平。我国一些民营企业生产的SAP性能欠佳，绝大多数用于农业、林业，尚未完全掌握卫生用品用SAP生产技术。卫生用品用SAP对原料丙烯酸要求质量非常高，而聚合过程的控制更是非常严格。国内企业在相对分子质量的范围控制上有许多工作要做，如引发剂、丙烯酸精制、工艺流程设计、引发条件控制等。
建议国内SAP企业与高校及科研院所联合，积极合作，加大投入，加快科技进步，对现有的技术进行改进，缩短同国外先进技术的差距，加快SAP的产业化进程。
(2)充足供应原料。2003年中期至2005年，丙烯酸的高价位在很大程度上抑制了下游产品的发展，曾让SAP等行业难以为继，目前这种局面正在消除。近几年我国丙烯酸行业加速扩能，已出现供应过剩。据丙烯酸行业协会统计，2007年高纯丙烯酸产能达到20.4万t/a。卫生领域应用的SAP应使用高纯丙烯酸生产。2005年前原料高纯丙烯酸供应曾经短缺，依赖进口。目前，国内高纯丙烯酸供应充足，为其提供了良好的发展空间。因此未来几年将是SAP大发展的时期。国内企业应抓住机遇，缩短同国外先进技术的差距。
(3)加快下游产品应用研究。SAP是一种多品种、多功能的材料，具有优异的吸水性和保水性，在许多领域已广泛应用。但是，目前我国高吸水性树脂的应用还局限于个人卫生用品。高吸水性树脂应用加工方法滞后是当前制约其在农林园艺、水土保持、建筑物的防渗等方面广泛应用的重要因素。不同的用途对高吸水性树脂的性能要求也不同：卫生材料要求吸盐水、吸尿液能力高、吸水速度快、加压保水性好，但吸湿能力不要太高；而农林园艺抗旱要求吸水和保水能力好，且能反复长久吸水保水，并使土壤形成团粒结构等；调湿材料则要求吸湿能力高，吸湿速度快，并能放湿、长久反复使用。因此，有必要根据各种用途的要求，积极开展相关开发研究，制造出符合不同要求的产品。
吸收性卫生产品用高分子吸收树脂的市场情况
来源：中国生活用纸信息网（2006-8-15）
分子吸收树脂或称超吸收聚合物(Super Abso- rbent Polymer 简称SAP)是一种含有-COOH、-OH等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶膨胀型高分子聚合物。SAP有奇特的吸液性能和保液能力等优异性能，被广泛应用于一次性卫生用品、农林园艺、光纤电缆、医用材料、食品包装等领域，其中卫生用品是最早使用SAP，应用研究比较成熟的领域，用量也最大。随着卫生用品薄型化的趋势和卫生用品在全球新兴市场渗透率的迅速提高，