گفتار اول - پلیمر فوق جاذب

بگذارید SAP را که اخیراً بیشتر به آن علاقه دارید معرفی کنم! پلیمر سوپرجاذب (SAP) نوع جدیدی از مواد پلیمری کاربردی است. این ماده دارای عملکرد جذب آب بالایی است که آب را چند صد تا چند هزار برابر سنگین‌تر از خود جذب می‌کند و عملکرد عالی در حفظ آب دارد. پس از جذب آب و متورم شدن به صورت هیدروژل، جدا کردن آب از آن حتی اگر تحت فشار قرار گیرد، دشوار است. بنابراین، کاربردهای گسترده‌ای در زمینه‌های مختلف مانند محصولات بهداشت شخصی، تولیدات صنعتی و کشاورزی و مهندسی عمران دارد.

رزین سوپرجاذب نوعی ماکرومولکول حاوی گروه‌های آبدوست و ساختار متقاطع است. این رزین ابتدا توسط شرکت فانتا و دیگران با پیوند نشاسته با پلی‌آکریلونیتریل و سپس صابونی کردن تولید شد. بر اساس مواد اولیه، سری‌های نشاسته (پیوندی، کربوکسی متیله و غیره)، سری‌های سلولز (کربوکسی متیله، پیوندی و غیره)، سری‌های پلیمر مصنوعی (پلی‌آکریلیک اسید، پلی‌وینیل الکل، سری‌های پلی‌اکسی اتیلن و غیره) در چندین دسته وجود دارد. در مقایسه با نشاسته و سلولز، رزین سوپرجاذب پلی‌آکریلیک اسید دارای مزایایی مانند هزینه تولید پایین، فرآیند ساده، راندمان تولید بالا، ظرفیت جذب آب قوی و ماندگاری طولانی محصول است. این رزین به کانون تحقیقات فعلی در این زمینه تبدیل شده است.

اساس کار این محصول چیست؟ در حال حاضر، پلی‌اکریلیک اسید ۸۰٪ از تولید رزین‌های فوق جاذب جهان را تشکیل می‌دهد. رزین فوق جاذب عموماً یک الکترولیت پلیمری حاوی یک گروه آبدوست و یک ساختار متقاطع است. قبل از جذب آب، زنجیره‌های پلیمری به یکدیگر نزدیک شده و با هم در هم تنیده می‌شوند و برای تشکیل یک ساختار شبکه‌ای، به هم متصل می‌شوند تا چسبندگی کلی حاصل شود. هنگام تماس با آب، مولکول‌های آب از طریق عمل مویرگی و انتشار به داخل رزین نفوذ می‌کنند و گروه‌های یونیزه شده روی زنجیره در آب یونیزه می‌شوند. به دلیل دافعه الکترواستاتیکی بین یون‌های مشابه روی زنجیره، زنجیره پلیمری کشیده و متورم می‌شود. به دلیل نیاز به خنثی بودن الکتریکی، یون‌های مخالف نمی‌توانند به خارج از رزین مهاجرت کنند و تفاوت غلظت یون بین محلول داخل و خارج رزین، فشار اسمزی معکوس را تشکیل می‌دهد. تحت تأثیر فشار اسمز معکوس، آب بیشتر وارد رزین می‌شود تا یک هیدروژل تشکیل دهد. در عین حال، ساختار شبکه‌ای متقاطع و پیوند هیدروژنی خود رزین، انبساط نامحدود ژل را محدود می‌کند. هنگامی که آب حاوی مقدار کمی نمک باشد، فشار اسمزی معکوس کاهش می‌یابد و در عین حال، به دلیل اثر محافظتی یون مخالف، زنجیره پلیمری کوچک می‌شود و در نتیجه ظرفیت جذب آب رزین به شدت کاهش می‌یابد. به طور کلی، ظرفیت جذب آب رزین فوق جاذب در محلول 0.9٪ NaCl تنها حدود 1/10 آب دیونیزه است. جذب آب و احتباس آب دو جنبه از یک مشکل هستند. لین رانشونگ و همکارانش در ترمودینامیک در مورد آنها بحث کردند. تحت دما و فشار خاصی، رزین فوق جاذب می‌تواند خود به خود آب را جذب کند و آب وارد رزین می‌شود و آنتالپی آزاد کل سیستم را تا رسیدن به تعادل کاهش می‌دهد. اگر آب از رزین خارج شود و آنتالپی آزاد افزایش یابد، برای پایداری سیستم مفید نخواهد بود. آنالیز حرارتی افتراقی نشان می‌دهد که ۵۰٪ از آب جذب شده توسط رزین سوپرجاذب در دمای بالاتر از ۱۵۰ درجه سانتیگراد هنوز در شبکه ژل محصور است. بنابراین، حتی اگر فشار در دمای معمولی اعمال شود، آب از رزین سوپرجاذب خارج نمی‌شود، که این امر توسط خواص ترمودینامیکی رزین سوپرجاذب تعیین می‌شود.

دفعه‌ی بعد، هدف خاص SAP را به او اطلاع دهید.