國內聚丙烯非織造布產業發展現狀分析

江 勇

(中國石油化工股份有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510726)

聚丙烯(PP)非織造布是直接利用PP高聚物切片、短纖維或長絲通過各種纖網成形方法和固結技術形成的具有柔軟、透氣和平面結構的新型纖維制品，是產量、消費量最大的非織造布產品，具有工藝流程短、生產效率高、產品成本低和使用范圍廣等特點，廣泛應用于醫療衛生、過濾分離、土工建筑等領域[1-2]。PP非織造布的原料是PP，與其他高聚物相比，PP具有質量輕、強度高、耐磨性好、耐酸堿、耐化學腐蝕性好、抗微生物性能好等優點。我國PP非織造布工業起步較晚，但發展十分迅速，年均增速達8%～10%，大大地超過紡織工業的平均發展速度，已成為紡織工業的新興產業。

1 生產技術

1.1 PP

工業化PP生產工藝主要有溶液聚合法、液相本體法和氣相本體法3種[3-4]。溶液聚合法是最早采用的PP生產工藝，其工藝特點是采用釜式攪拌反應器，將丙烯單體溶解在己烷等惰性溶劑中，在催化劑作用下進行溶劑聚合。但該工藝有脫灰和溶劑回收工序，存在流程長、能耗高等缺點，逐漸被取代。液相本體法工藝特點是系統不加溶劑，丙烯單體以液相狀態在釜式或環管反應器中進行液相均聚，乙烯、丙烯在流化床反應器中進行氣相無規共聚和嵌段共聚。氣相本體法工藝同樣不引入溶劑，丙烯單體以氣相在反應器中進行均聚、共聚，反應器有流化床、立式攪拌床及臥式攪拌床等。與液相本體法相比，氣相本體法具有流程短、設備少、對環境污染小、生產安全、生產成本低等優點，缺點是專利許可受限、氣相催化劑需進口等。典型工業化PP生產工藝有美國Inoes公司的Innovene工藝，美國CBI公司的Novolen工藝，美國Lyondell Basell 公司的Spheripol工藝、Spherizone工藝，美國Grace公司的Unipol工藝，日本JPP公司的Horizone工藝，以及中國石油化工股份有限公司的第三代環管工藝(ST-Ⅲ)等，見表1。其中， Spherizone工藝、Horizone工藝、ST-Ⅲ工藝是目前國內采用較多的PP生產工藝。

表1 典型PP生產工藝Tab.1 Typical PP production processes

1.1.1 Spherizone工藝

Spherizone工藝是在Spheripol工藝基礎上開發的最新一代PP生產技術。Spherizone工藝的最大特點是以多區循環反應器替代雙環管反應器，在1個反應器內實現多區循環聚合，既提高了產品質量的均一性，又可滿足均聚、無規共聚、抗沖共聚等多種不同系列PP產品生產。目前國內中沙(天津)石化有限公司、中國石油大慶煉化公司等采用該方法生產PP。

1.1.2 Horizone工藝

Horizone工藝是在Innovene氣相法工藝技術基礎上發展起來的PP生產技術。Horizone工藝的反應器為臥式帶攪拌氣相反應器，該反應器接近活塞流反應器，通過向反應器中噴淋液體丙烯散熱。同時，增設丙烯深冷器和大冷凍機，通過冷凍水散熱進一步將循環氣中的丙烯冷凝，適應生產高熔體流動速率(MFR) 和高乙烯含量的PP產品。在單體回收方面，Horizone工藝采用膜分離技術回收尾氣中的單體，由于該技術無法完全回收烴類，因此大約有1.3 t/h的含質量分數7%的烴類廢氮氣排放至火炬。目前國內中韓(武漢)石油化工有限公司、中國石化廣州石化公司等采用該工藝生產PP。

1.1.3 ST-Ⅲ工藝

中國石化ST-Ⅲ工藝在ST-Ⅱ工藝基礎上開發。在聚合方面，預聚和均聚采用環管反應器，共聚采用氣相流化床反應器，可用于生產均聚、乙丙無規共聚、丙丁無規共聚和抗沖擊共聚等不同系列PP產品。在粉料干燥方面，ST-Ⅲ工藝采用汽蒸/干燥處理工藝，通過蒸汽和熱氮氣將粉料中的未反應單體及催化劑徹底脫除。在單體回收方面，大部分丙烯單體通過閃蒸氣化加以回收，小部分通過袋式過濾、洗滌后回收，不能回收丙烯送至火炬。目前中國石化石家莊煉化公司、中天合創能源有限責任公司等采用該技術生產PP。3種PP生產工藝對比見表2。

表2 3種PP工藝對比Tab.2 Comparison of three kinds of PP technological process

從表2可以看出：Spherizone工藝、Horizone工藝、ST-Ⅲ工藝都能生產多種牌號PP產品，Horizone工藝在生產高抗沖PP產品方面更有優勢； Spherizone工藝的單體、催化劑和公用工程典型消耗均低于 Horizone工藝、ST-Ⅲ工藝；3種工藝均采用Ziegler-Natta(Z-N)催化劑體系，區別在于內外給電子體類型不同[5]。Spherizone工藝一般采用MC、ZN系列Z-N催化劑體系，以氯化鎂載體，四氯化鈦為活性中心，內給電子體為鄰苯二甲酸酯類或二醚類、琥珀酸酯類(鄰苯二甲酸酯類用于生產一般用途PP產品，二醚類生產高流動性、窄相對分子質量分布PP產品，琥珀酸酯類生產寬相對分子質量分布，剛韌平衡性較好的共聚PP產品)，助催化劑為三乙基鋁，外給電子體為甲基環己基二甲氧基硅烷(CHMDMS)或二環戊基二甲氧基硅烷(DCPDMS)。Horizone工藝一般采用JHC或JHL、JHN系列Z-N催化劑體系，以二乙氧基鎂為載體，四氯化鈦為活性中心，內給電子體為鄰苯二甲酸二烷基酯類，助催化劑為三乙基鋁，外給電子體為二異丙基二甲氧基硅烷和二異丁基二甲氧基硅烷。ST-Ⅲ工藝一般采用N、DQC及ND系列等Z-N催化劑體系，助催化劑為三乙基鋁，內給電子體為鄰苯二甲酸酯類或二醇酯類，外給電子體為CHMDMS。

1.2 非織造布用PP

常規PP的MFR一般在每10 min 30 g以下，在熔融狀態下的流動性較差，無法滿足非織造布成型工藝MFR在每10 min 30～2 000 g要求。工業上一般通過加入相對分子質量調節劑，如有機過氧化物或氫氣來改性PP，提高其MFR，降低其相對分子質量，并且收窄PP的相對分子質量分布，使其具有更好的流動性和更高的抽絲速率。根據生產過程的不同，PP高流動性改性可分為降解法和氫調法[6-8]。

(1)降解法

降解法是在聚合裝置生產低MFR粉料PP的基礎上，在擠壓造粒階段加入液體或固體過氧化物降解劑制備高MFR PP的方法。其原理是過氧化物降解劑受熱分解生成過氧化物自由基，而后過氧化物自由基攻擊PP分子鏈上的叔碳原子，從而使長分子鏈斷裂為短分子鏈，提高產品MFR。常用降解劑有二叔丁基過氧化物(DTBP)、2,5-二甲基-2,5-雙(叔丁基過氧)己烷(DHBP) 、3,6,9-三乙基-3,6,9-三甲基-1,4,7-三過氧壬烷(TPO)等。

降解法生產過程便于控制、操作方便，但是該方法生產的高MFR產品質量不穩定，加入過氧化物會使產品氣味較大，揮發分較高，殘留的過氧化物會造成聚丙烯粒料的降解，影響產品的外觀和加工性能。

(2)氫調法

氫調法是在聚合過程中通過加入大量氫氣來降低PP相對分子質量，從而制備高MFR PP的方法。該工藝對環境無污染，沒有任何氣味，產品更適合用于生產醫療衛生領域非織造布。但這種方法對反應條件要求較高，較難控制PP的流動性，而且由于改變PP的MFR時需要緩慢調節氫氣的加入量，會產生過多的過渡料，加大生產成本。

2020年，中國石化燕山石化公司應用氫調法技術在PP裝置上直接產出熔噴專用料，并在其新建的熔噴布生產線上試用成功，順利產出熔噴布[9]。該技術因生產程序化繁為簡且采用大裝置生產，單套裝置產量達200～250 t，大幅提升了生產效率。

1.3 PP非織造布

根據生產工藝不同，PP非織造布生產工藝可分為熔噴法、紡黏法、熱黏合法、縫編法、熔噴和紡黏復合(SMS) 法等，其中紡黏法、熔噴法、SMS法生產的PP非織造布所占市場份額較大[10-16]。

紡黏法非織造布技術是借助高速冷卻空氣，直接將PP拉伸成長絲的一步法非織造布生產技術，起源于20世紀50年代，其基本工藝流程包括切片烘干、切片喂入、熔融擠壓、紡絲、冷卻拉伸、分絲鋪網、纖網加固等。其中，拉伸和成網過程是紡黏法非織造布技術的核心。氣流拉伸是紡黏法非織造布技術不同于預取向絲(POY)、全拉伸絲(FDY)等紡絲工藝的一個顯著特征。在紡黏法非織造布生產過程中，由于要連續進行紡絲、拉伸、鋪網，故需要PP MFR一般在每10 min 30～40 g。

紡黏法非織造布技術具有流程短、成本低、生產率高、產品性能優良等特點，制備的產品廣泛用于衛生用布、土工布、裝飾用布、家具用布等。

(2)噴熔法

熔噴法非織造布生產技術起源于20世紀50年代。典型熔噴法非織造布的生產過程為：原料在經過計量、混合后，進入擠出機加熱為融體，經過過濾器去除雜質后，進入計量泵計量加壓，形成壓力、流量穩定、分布均勻的熔體，然后經熔體通道均勻分布至熔噴頭，由分布在噴絲板兩側的高溫牽引氣流對著從熔噴頭噴出的熔體噴射，熔體在這種高溫、高速氣流的作用下被拉伸成線密度為 1～5 μm 的細絲，同時，這些纖細的纖維絲被拉伸氣流拉斷為40～70 mm的短纖維；而后短纖維經噴絲機頭下方的冷吹風冷卻后，以很高的速率噴射到帶有負壓的纖維收集裝置，主要是凝網簾或成網滾筒，形成一張連續的纖維網；最后纖維網通過自黏合作用或熱黏合等方法加固定型即得到成型非織造布。熔噴法生產PP非織造布一般要求PP MFR在每10 min 40～2 000 g。

熔噴法非織造布主要用作復合材料、過濾材料、保溫材料、口罩布、吸油材料及潔凈布(擦布)、電池隔膜等。

(3)SMS法

SMS法非織造布生產技術開發于20 世紀90 年代初，是紡黏和熔噴工藝的結合。SMS法主要包括在線復合、離線復合及一步半法復合3 種生產工藝。在線復合工藝是指一條生產線上同時具有兩個紡黏噴絲頭及一個熔噴模頭,第一個紡黏噴絲頭噴出長絲形成第一層纖網, 再經過熔噴模頭在上面形成第二層纖網, 然后經第二個紡黏噴絲頭形成第三層纖網，最后這三層纖網經過熱軋機黏合，形成SMS 非織造布。離線復合工藝是指先分別由紡黏法或熔噴法制得非織造布，然后再通過熱軋復合機或者超聲波將兩種非織造布復合在一起形成SMS非織造布。一步半法復合工藝是指由紡黏法制得的非織造布退卷后隨網簾送到熔噴區, 與熔噴法非織造布結合后, 再疊加一層紡黏布, 最后通過熱軋復合形成SMS非織造布。

PP非織造布廢棄物可采用焚燒法進行處理，也可消毒滅菌后用填埋法、回收再利用法、光氧降解法、超臨界水降解法和催化劑降解法等非焚燒法進行處理；或者采用微膠囊技術、PP/二氧化鈦(TiO2)共混技術、添加可控降解劑技術和納米改性技術制造可降解的PP非織造布，使材料具有可降解性。

近年來，發生在長江水域的危險貨物事故和險情，顯現出國內特別是內河危險貨物運輸風險居高不下，應當收嚴國內危險貨物運輸要求。因此，在本規定中進一步統一了危險貨物國內運輸和國際運輸貨物適運要求，主要體現在船舶和人員的一般要求、危險貨物技術條件和安全適運要求、申報和作業管理、安全監管手段等方面。

2 生產供需現狀

2.1 PP

截至2020年底，國內PP總產能達到28 820 kt/a，比2019年增長15.2%。其中，油制PP產能15 690 kt/a，占總產能的55%；煤制PP產能5 570 kt/a，占總產能的19%；丙烷脫氫(PDH)制PP產能2 750 kt/a，占總產能的10%；外購丙烯制PP產能2 490 kt/a，占總產能的9%；外購甲醇制PP產能 1 820 kt/a，占總產能的6%。從企業產能分布來看，中國石油化工股份有限公司是產能最大PP生產企業，產能約7 540 kt/a，占國內總產能的26%，其次是中國石油天然氣股份有限公司，占國內總產能的14%。

2020年國內PP產量為25 815.9 kt，比2019年增加3 416 kt，漲幅15.25%；進口量為6 555.1 kt，比2019年增長87.8%；出口量425.0 kt，比2019年增長23.7%，持續增長。2015—2020年國內PP供需情況見表3。

表3 2015—2020年國內PP供需情況Tab.3 Supply and demand situation of PPin China over 2015-2020

根據下游用途不同，PP分為注塑料(包括均聚注塑和共聚注塑)、拉絲料、薄膜料、纖維料、管材料等。其中，注塑料主要用于小型家電、玩具、洗衣機、汽車零配件等；拉絲料主要用于工農業編織包裝袋等；薄膜料主要用于生產流延PP薄膜(CPP)、雙向拉伸PP薄膜(BOPP)等，用于食品包裝；纖維料主要用于生產非織造布、漁業、繩索業等；管材料主要應用于供水、供暖系統等。

2020年國內PP的消費結構見表4。

表4 2020年PP消費結構Tab.4 PP consumption structure in 2020

從表4可以看出，2020年PP消費排在第一位的是注塑料，占PP總消費量的40.2%，比2019年提高0.04%，主要原因是小家電、兒童室內外玩具、醫療器械的需求提升，以及汽車輕量化、以塑代鋼的需求刺激；排在第二位的是拉絲料，占PP總消費量的27.7%，比2019年下降2.6%，主要原因是合成樹脂重包裝的替代、行業環保督查等因素令塑編袋需求增速放緩；排在第三位的是纖維料，占比從 2019 年的 9.6%提升至 2020 年的15.4%，較 2019 年大幅提升5.8%，主要原因是受2020年公共衛生事件影響，醫療防護物資需求出現井噴式增長?？傮w來看，PP的消費結構正在從傳統的塑編、BOPP 領域向應用領域更加廣泛、高端化、個性化的終端領域延伸，預計未來注塑、纖維的消費占比會進一步提升。

2.2 PP非織造布

國內紡黏法PP非織造布生產企業較多，生產線有近1 300條，總產能約3 800 kt/a，主要生產企業有浙江金三發衛生材料科技有限公司、大連瑞光非織造布集團有限公司、晉江市興泰無紡制品有限公司、上海華峰超纖材料股份有限公司等。

2020年以前，我國熔噴法非織造布生產規模非常小，總產能僅87 kt/a。2020年，受公共衛生事件影響，口罩、防護服等防疫物資短缺，各大企業紛紛開始新建熔噴法非織造布生產線，至年底，總產能已超過200 kt/a，主要生產企業包括中國石油化工股份有限公司、恒天嘉華非織造有限公司、山東俊富無紡布有限公司、欣龍控股(集團)股份有限公司、量子金舟(天津)非織造布有限公司等。其中，中國石油化工股份有限公司2020投產16條生產線，合計產能達到13.5 kt/a。

據不完全統計，2020年我國紡黏法PP非織造布產量3 743.7 kt，比2019年增長83.5%，SMS法PP非織造布產量815.6 kt，比2019年增長14.7%，熔噴法PP非織造布產量189.9 kt，比2019年增長185.6%。2015—2020年國內PP非織造布供需情況見表5。

表5 2015—2020年國內PP非織造布供需情況Tab.5 Supply and demand situation of PP nonwoven in China over 2015-2020

PP非織造布產量大幅增長的主要原因是受2020年公共衛生事件影響，口罩、防護服等防疫物資需求大幅增大所致。

3 應用現狀

3.1 醫療衛生領域

以PP非織造布為原料的醫療衛生用品具有價格低、性能穩定等優勢，已取代傳統的棉制醫療衛生用品。PP非織造布在醫療衛生領域的應用主要包括醫用防護類產品，如手術衣、防護服、口罩、手術覆蓋布、醫療器械包覆材料等，比棉制品具有更優越的抗菌性和舒適性；醫用敷料類產品，如紗布、繃帶、膠帶、傷口貼、膏藥貼、吸液墊等，具有透氣、透濕、隔水和防菌等性能；衛生制品類產品，如嬰幼兒紙尿褲、紙尿片、濕巾等日常用品，具有柔軟、輕薄、舒適及吸收性能良好等優點[17-18]。

3.2 過濾分離領域

PP非織造布的纖維直徑達到 1～2 μm，隨機排列分布，具有較大的孔隙率和比表面積，且吸水性小、親油性好，非常適合制作過濾材料，用于空氣過濾、水過濾、油過濾、油水分離等諸多領域。如以熔噴法制得的PP非織造布對高密度、高黏度的原油飽和吸油率可達20%以上，且對低黏度原油吸油速率快，可做成吸油氈、吸油濾芯等應用在油水分離，或者用于低凝點、高黏度、高密度原油溢油的處理等[19]；經特殊加工制得的熔噴法PP非織造布駐極體濾料，在通常環境條件下的電荷穩定性能可與聚四氟乙烯駐極體濾料相媲美，應用于空調慮網，對可吸入性顆粒物的過濾效率能達到 80%以上，能有效地改善房間內的空氣質量[20]。

3.3 土工建筑領域

PP非織造布耐磨性僅次于聚酰胺非織造布，且耐酸、耐霉變、耐低溫性能優良，是制備土工布、土工膜和雙向土工格柵等的最常用原料[21]。近年來，隨著國家對土木工程領域的重視和“一帶一路”倡議的實施，土工布行業巨大的市場潛力被發掘出來。目前采用PP非織造布制備的土工布已廣泛應用于黃河流域治理、長江堤防、長江口深水航道等水利工程，公路與鐵路的建設與養護，機場和港口的建設，海灣及海岸的護岸、修筑海堤、圍海造陸等海洋工程，以及垃圾填埋場的建設等環保工程，提供過濾、排水、隔離、防滲、防護等作用。

4 結語

PP是當前消費量最大的非織造布原料，絕大部分紡黏非織造布和熔噴非織造布均采用PP生產。PP非織造布具有工藝流程短、生產速率快、產量高、成本低等特點，在建筑、醫療、環保等領域廣泛應用，是重要的產業用紡織品，與相同作用的其他產品相比具有更高的附加值和更大的競爭優勢。

目前，我國PP非織造布生產技術仍處于引進與追趕國際先進技術水平階段，亟待在新型生產裝備的開發，功能整理技術、在線復合技術等方面縮小與國際先進技術水平的差距。隨著中國經濟的迅速發展，居民收入的不斷提高，PP非織造布仍有巨大的市場空間，如衛生巾與嬰兒尿布、一次性衛生吸收材料和擦拭用品等。