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高分子|刷屏的“散装卫生巾”，和这种材料有关

近日 ， “散装卫生巾”在网络上引发热议 ， 其安全性引发了极大的争议 ， 而作为卫生巾、纸尿裤等个人卫生用品的核心关键的高分子吸水树脂 ， 也有望在未来迎来产业升级和更大的发展机遇 。
高分子吸水树脂的简介
高分子吸水树脂（SAP） ， 又被称作高吸水性树脂 ， 是20世纪70年代发展起来的一种新型功能高分子材料 ， 它是一类含有羟基等强亲水性基团并具有一定交联度的水溶胀型高分子聚合物 。 高分子吸水树脂可以吸收自身重量几百倍甚至上千倍的水分 ， 且吸水速率快 ， 保水效果好 ， 所吸水分不能通过简单的物理方法挤出 。
高分子吸水树脂的吸水原理主要是利用其大量的亲水基团和交联结构的高分子电解质 。 吸水前 ， 高分子链彼此交联形成网状结构 ， 从而保持整体上的紧固 。 与水分接触时 ， 水分子通过毛细作用进入到树脂中 ， 由于同离子之间的静电斥力使得高分子链伸展溶胀 。
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由于电中性的要求 ， 反离子不能迁移到树脂的外部 ， 从而在树脂内外部的溶液间形成离子浓度差 ， 水在渗透压的作用下会进一步进入到树脂中 ， 形成水凝胶 。 而高分子吸水树脂吸收的水会被封闭在凝胶网络中 ， 因此常温下即使施加压力水也不会从树脂中逸出 。
高分子吸水树脂的分类和制备工艺
高分子吸水树脂按照原材料划分一般分为三类 ， 包括淀粉系列、纤维系列和合成聚合物系列 。 前两类以淀粉或纤维素为主要原料 ， 在主链上接枝共聚上亲水性或水解后为亲水性基团的烯烃单体；后一类以聚丙烯酸 ， 聚乙烯醇型树脂为主要原料 ， 经过适度的交联即可制得 。
从产量上来看 ， 合成聚合物SAP的生产成本较低 ， 合成工艺简单 ， 是现阶段工业化应用最广泛的SAP材料 ， 产量占到SAP总产量的80%以上 。 其中 ， 以聚丙烯酸型树脂为原料的SAP占到合成聚合物SAP的九成以上 ， 因此市售产品大多为聚丙烯酸型吸水树脂 。
以聚丙烯酸型树脂为例 ， 其制备工艺分为反相悬浮聚合 ， 反相乳液聚合和溶液聚合三大类 。 而进行SAP材料的规模化生产时 ， 大多采用溶液聚合工艺 。 溶液聚合法主要通过中和反应、聚合反应、造粒干燥和调节吸水倍率四步工艺完成吸水树脂的生产 。
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首先需要把丙烯酸和氢氧化钠等材料进行混合 ， 促使二者发生中和反应 ， 并在反应期间严格控制溶液温度；中和反应结束后 ， 在特定的不锈钢容器内对上述材料进行预混交联 ， 并使其发生聚合反应；聚合反应结束后 ， 对材料进行造粒干燥、粉碎、分级和包装等处理 ， 完成聚丙烯酸型高分子吸水树脂的整条生产工艺 。
高分子吸水树脂的应用领域
由于高分子吸水树脂独特的吸水和保水性能 ， 其在生产和生活的各个方面有着广泛的应用 。
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SAP在卫生用品行业的应用已经非常成熟 ， 主要用于生产婴儿纸尿裤、卫生巾、失禁片等产品；在医疗医药领域主要用于生产纱布、绷带、缓释型药物等；在食品领域则主要用在海产品和水果蔬菜保鲜 。
在农业上SAP主要被用作保水剂和土壤改良剂 ， 以实现水资源的合理利用；工业上则可以用来制造膨胀橡胶、油田作业驱油剂、增稠剂、水性涂料等 。
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除了上述传统应用领域 ， 近年来SAP在一些新兴领域也显示出了越来越广阔的应用前景 。 在智能材料领域 ， 它被用作开发新型智能材料如形状记忆材料、人工触觉系统、药物释放系统等；在灭火材料、废水处理领域 ， SAP也得到了越来与多的认知和开发 。
高分子吸水树脂的行业现状
据统计 ， 截至2017年底 ， 全球SAP产能已达到417.8万吨/年（国内产能为124.9万吨/年） ， 产能集中分布在中国、欧洲、日本等国家和地区 。 2017年 ， 全球SAP消费量达到290万吨 ， 主要集中在卫生用品 。
我国自上世纪80年代开始研究SAP技术 ， 2003年起引进国外技术和生产线 ，2013-2017年间国内SAP产能增幅总量达到67.7万吨/年 ， 2017年生产企业约30家 ， 其中5万吨级以上企业有9家 。
我国SAP产品需求方面 ， 个人卫生用品需求占据总需求量的九成 ， 农林保水领域需求量占比接近6% ， 电缆阻水材料领域需求量占比约为1% ， 其它领域SAP产品的需求量占比为3% 。 个人卫生用品方面 ， 婴儿纸尿裤占55% ， 卫生巾占40% ， 产品需求集中度较高 。
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由于我国发展相关技术时间较晚 ， 造成了国产SAP产品性能稍逊于国外 ， 国内70%以上的个人卫生用品行业仍然较为依赖外资企业生产的高性能SAP产品 。
总体来说 ， 当下我国高分子吸水树脂行业呈现出“行业发展速度快” ， “行业集中度高” ， “需求集中度高” ， “国产技术应用范围窄” ， “外资企业市场占有率高”等特点 。
未来我国高分子吸水树脂产业的前景
随着我国二胎政策的全面开放以及人口老龄化的刺激 ， 未来在婴儿纸尿裤和成人失禁用品方面的潜在需求量将急速增长 。 个人卫生用品市场的壮大势必会促进我国高分子吸水树脂产业更快速的发展 。
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我国SAP产业需要在“提升行业集中度” ， “提高产品质量” ， “拓宽产品应用领域”和“面向环境友好”四个方面狠下功夫 ， 完成产业升级 ， 提升市场竞争力 。
目前国内SAP生产企业数量较多 ， 产能普遍偏小 ， 未来需要合理规划新增产能 ， 进一步提升行业集中度 ， 支撑市场平稳增长 。
未来我国SAP生产企业及相关研究机构需要“两条腿走路” ， 一方面重视相关材料的基础研究与原始创新 ， 从根本上突破国外的“卡脖子”技术；同时也需要重视SAP产业的工业化与应用研究 ， 不断优化升级生产配方和产品生产的过程控制 ， 力求在SAP关键参数如抗加压吸收性能、通液性、吸收时间、粒径分布等方面取得突破和进展 。
未来需要进一步拓展SAP在其他领域的应用 ， 如工业、建筑、防火材料、智能材料等 。 并进一步细分SAP应用领域 ， 更好的发挥产品性能 ， 促进产业升级 。
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传统的高分子吸水树脂降解性能较差 ， 易造成对环境的二次污染 ， 随着环保政策的日趋严格 ， 研究并开发环境友好的可降解吸水树脂将成为未来研究的热点 。 相关企业需要在政策的支持下开展可生物降解的SAP单体的探索和研究 ， 为抢占下一个科技高点进行相关技术储备 。
【高分子|刷屏的“散装卫生巾”，和这种材料有关】作者：褚昱昊 ， 北京化工大学博士 ， 中国石化北京化工研究院工程师


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