पहली चर्चा—सुपर अवशोषक पॉलिमर

आइए, मैं आपको उस SAP से परिचित कराता हूँ जिसमें आपकी हाल ही में ज़्यादा रुचि रही है! सुपर एब्ज़ॉर्बेंट पॉलीमर (SAP) एक नए प्रकार का कार्यात्मक पॉलीमर पदार्थ है। इसमें उच्च जल अवशोषण क्षमता होती है जो अपने से कई सौ से हज़ार गुना भारी पानी को सोख लेती है और उत्कृष्ट जल धारण क्षमता रखती है। एक बार जब यह पानी सोख लेता है और हाइड्रोजेल में फूल जाता है, तो दबाव डालने पर भी पानी को अलग करना मुश्किल होता है। इसलिए, व्यक्तिगत स्वच्छता उत्पादों, औद्योगिक और कृषि उत्पादन, और सिविल इंजीनियरिंग जैसे विभिन्न क्षेत्रों में इसके व्यापक उपयोग हैं।

सुपरएब्जॉर्बेंट रेज़िन एक प्रकार का मैक्रोमॉलिक्यूल है जिसमें हाइड्रोफिलिक समूह और क्रॉस-लिंक्ड संरचना होती है। इसका उत्पादन सबसे पहले फैंटा और अन्य कंपनियों द्वारा स्टार्च को पॉलीएक्रिलोनिट्राइल के साथ ग्राफ्ट करके और फिर साबुनीकरण करके किया गया था। कच्चे माल के अनुसार, इसे स्टार्च श्रृंखला (ग्राफ्टेड, कार्बोक्सिमिथाइलेटेड, आदि), सेल्यूलोज श्रृंखला (कार्बोक्सिमिथाइलेटेड, ग्राफ्टेड, आदि), और सिंथेटिक पॉलीमर श्रृंखला (पॉलीएक्रिलिक एसिड, पॉलीविनाइल अल्कोहल, पॉलीऑक्सीएथिलीन श्रृंखला, आदि) में विभाजित किया गया है। स्टार्च और सेल्यूलोज की तुलना में, पॉलीएक्रिलिक एसिड सुपरएब्जॉर्बेंट रेज़िन के कई फायदे हैं जैसे कम उत्पादन लागत, सरल प्रक्रिया, उच्च उत्पादन क्षमता, मजबूत जल अवशोषण क्षमता और लंबी उत्पाद शेल्फ लाइफ। यह इस क्षेत्र में वर्तमान अनुसंधान का केंद्र बन गया है।

इस उत्पाद का सिद्धांत क्या है? वर्तमान में, पॉलीऐक्रेलिक अम्ल विश्व के 80% अतिशोषक रेज़िन उत्पादन के लिए ज़िम्मेदार है। अतिशोषक रेज़िन सामान्यतः एक बहुलक इलेक्ट्रोलाइट होता है जिसमें एक जलस्नेही समूह और एक क्रॉस-लिंक्ड संरचना होती है। जल अवशोषण से पहले, बहुलक श्रृंखलाएँ एक-दूसरे के निकट होती हैं और आपस में उलझकर एक नेटवर्क संरचना बनाती हैं, जिससे समग्र बन्धन प्राप्त होता है। जल के संपर्क में आने पर, जल के अणु केशिका क्रिया और विसरण द्वारा रेज़िन में प्रवेश करते हैं, और श्रृंखला पर आयनित समूह जल में आयनित हो जाते हैं। श्रृंखला पर समान आयनों के बीच विद्युत स्थैतिक प्रतिकर्षण के कारण, बहुलक श्रृंखला खिंचती और फूलती है। विद्युत तटस्थता की आवश्यकता के कारण, प्रति आयन रेज़िन के बाहर की ओर पलायन नहीं कर सकते, और रेज़िन के अंदर और बाहर विलयन के बीच आयन सांद्रता में अंतर एक विपरीत परासरण दाब बनाता है। विपरीत परासरण दाब की क्रिया के तहत, जल आगे रेज़िन में प्रवेश करके हाइड्रोजेल बनाता है। साथ ही, रेज़िन की क्रॉस-लिंक्ड नेटवर्क संरचना और हाइड्रोजन बॉन्डिंग स्वयं जेल के असीमित विस्तार को सीमित करते हैं। जब पानी में थोड़ी मात्रा में नमक होता है, तो रिवर्स ऑस्मोटिक दबाव कम हो जाएगा, और साथ ही, काउंटर आयन के परिरक्षण प्रभाव के कारण, बहुलक श्रृंखला सिकुड़ जाएगी, जिसके परिणामस्वरूप रेज़िन की जल अवशोषण क्षमता में भारी कमी आएगी। आम तौर पर, 0.9% NaCl घोल में सुपर शोषक रेज़िन की जल अवशोषण क्षमता विआयनीकृत पानी की लगभग 1/10 होती है। जल अवशोषण और जल प्रतिधारण एक ही समस्या के दो पहलू हैं। लिन रनक्सियोंग एट अल ने ऊष्मागतिकी में इनकी चर्चा की। एक निश्चित तापमान और दबाव में, सुपर शोषक रेज़िन स्वचालित रूप से पानी को अवशोषित कर सकता है, और पानी रेज़िन में प्रवेश करता है, जिससे पूरे सिस्टम की मुक्त एन्थैल्पी कम हो जाती है जब तक कि यह संतुलन तक नहीं पहुँच जाता। यदि पानी रेज़िन से बच जाता है, जिससे मुक्त एन्थैल्पी बढ़ जाती है, तो यह सिस्टम की स्थिरता के लिए अनुकूल नहीं है। विभेदक तापीय विश्लेषण से पता चलता है कि 150°C से ऊपर, अतिशोषक रेज़िन द्वारा अवशोषित जल का 50% अभी भी जेल नेटवर्क में बंद रहता है। इसलिए, सामान्य तापमान पर दबाव डालने पर भी, अतिशोषक रेज़िन से जल बाहर नहीं निकलेगा, जो अतिशोषक रेज़िन के ऊष्मागतिक गुणों द्वारा निर्धारित होता है।

अगली बार, SAP का विशिष्ट उद्देश्य बताइये।