Дозвольте представити вам SAP, який вас останнім часом найбільше зацікавив! Суперпоглинаючий полімер (SAP) – це новий тип функціонального полімерного матеріалу. Він має високу водопоглинальну функцію, яка дозволяє йому поглинати воду, втричі більшу за його власну масу, а також має чудові водоутримуючі властивості. Після того, як він поглинає воду та набухає, перетворюючись на гідрогель, його важко відокремити, навіть якщо він знаходиться під тиском. Тому він має широкий спектр застосування в різних галузях, таких як засоби особистої гігієни, промислове та сільськогосподарське виробництво, а також цивільне будівництво.
Суперабсорбуюча смола – це вид макромолекул, що містять гідрофільні групи та зшиту структуру. Вперше її виготовили Fanta та інші шляхом щеплення крохмалю з поліакрилонітрилом з подальшим омиленням. Залежно від сировини, існують серії крохмалю (щеплений, карбоксиметильований тощо), серії целюлози (карбоксиметильований, щеплений тощо), серії синтетичних полімерів (поліакрилова кислота, полівініловий спирт, поліоксиетилен тощо) у кількох категоріях. Порівняно з крохмалем та целюлозою, суперабсорбуюча смола на основі поліакрилової кислоти має низку переваг, таких як низька собівартість виробництва, простий процес, висока ефективність виробництва, висока водопоглинальна здатність та тривалий термін зберігання продукту. Вона стала сучасним дослідницьким центром у цій галузі.
Який принцип дії цього продукту? Наразі поліакрилова кислота становить 80% світового виробництва суперабсорбуючих смол. Суперабсорбуюча смола, як правило, являє собою полімерний електроліт, що містить гідрофільну групу та зшиту структуру. Перед поглинанням води полімерні ланцюги розташовані близько один до одного та переплітаються разом, утворюючи зшиту структуру, що забезпечує загальне зчеплення. При контакті з водою молекули води проникають у смолу завдяки капілярному ефекту та дифузії, а іонізовані групи в ланцюзі іонізуються у воді. Завдяки електростатичному відштовхуванню між однаковими іонами в ланцюзі, полімерний ланцюг розтягується та набухає. Через вимогу електронейтральності протиіони не можуть мігрувати назовні смоли, а різниця в концентрації іонів між розчином всередині та зовні смоли утворює зворотний осмотичний тиск. Під дією тиску зворотного осмосу вода далі проникає в смолу, утворюючи гідрогель. Водночас зшита сітчаста структура та водневі зв'язки самої смоли обмежують необмежене розширення гелю. Коли вода містить невелику кількість солі, зворотний осмотичний тиск зменшується, і водночас, через захисний ефект протиіона, полімерний ланцюг стискається, що призводить до значного зниження водопоглинальної здатності смоли. Як правило, водопоглинальна здатність суперпоглинаючої смоли в 0,9% розчині NaCl становить лише приблизно 1/10 від водопоглинальної здатності деіонізованої води. Водопоглинання та водоутримання – це два аспекти однієї й тієї ж проблеми. Лін Рунсюн та ін. обговорювали їх у термодинаміці. За певної температури та тиску суперпоглинаюча смола може спонтанно поглинати воду, і вода потрапляє в смолу, зменшуючи вільну ентальпію всієї системи, доки вона не досягне рівноваги. Якщо вода виходить зі смоли, збільшуючи вільну ентальпію, це не сприяє стабільності системи. Диференціальний термічний аналіз показує, що 50% води, поглиненої суперпоглинаючою смолою, все ще утримується в гелевій сітці вище 150°C. Отже, навіть якщо тиск застосовувати за нормальної температури, вода не витікатиме з суперабсорбуючої смоли, що визначається термодинамічними властивостями суперабсорбуючої смоли.
Наступного разу скажіть конкретну мету SAP.
Час публікації: 08 грудня 2021 р.