Позвольте представить вам суперабсорбирующий полимер (SAP), который в последнее время вас всё больше интересует! Суперабсорбирующий полимер (SAP) — это новый тип функционального полимерного материала. Он обладает высокой водопоглощающей способностью, впитывая воду, тяжелее себя в несколько сотен или тысяч раз, и обладает отличными водоудерживающими свойствами. После того, как он впитает воду и превратится в гидрогель, отделить воду от него будет сложно даже под давлением. Поэтому он находит широкое применение в различных областях, таких как средства личной гигиены, промышленное и сельскохозяйственное производство, а также гражданское строительство.
Суперабсорбирующая смола – это вид макромолекул, содержащих гидрофильные группы и сшитую структуру. Впервые она была получена компанией Fanta и другими компаниями путём прививки крахмала к полиакрилонитрилу с последующим омылением. В зависимости от исходного сырья выделяют ряды на основе крахмала (привитой, карбоксиметилированный и т.д.), целлюлозы (карбоксиметилированная, привитая и т.д.), синтетических полимеров (полиакриловая кислота, поливиниловый спирт, полиоксиэтилен и т.д.) в нескольких категориях. По сравнению с крахмалом и целлюлозой, суперабсорбирующая смола на основе полиакриловой кислоты обладает рядом преимуществ, таких как низкая стоимость производства, простота процесса, высокая эффективность производства, высокая водопоглощающая способность и длительный срок хранения продукта. Она стала в настоящее время центром исследований в этой области.
Каков принцип действия этого продукта? В настоящее время на полиакриловую кислоту приходится 80% мирового производства суперабсорбирующих смол. Суперабсорбирующая смола, как правило, представляет собой полимерный электролит, содержащий гидрофильную группу и сшитую структуру. Перед поглощением воды полимерные цепи располагаются близко друг к другу и переплетаются, образуя сетчатую структуру, что обеспечивает общее сцепление. При контакте с водой молекулы воды проникают в смолу посредством капиллярного эффекта и диффузии, а ионизированные группы в цепи ионизируются в воде. Из-за электростатического отталкивания между одноименными ионами в цепи полимерная цепь растягивается и набухает. В связи с требованием электронейтральности противоионы не могут мигрировать наружу смолы, а разница в концентрации ионов между раствором внутри и снаружи смолы создает обратноосмотическое давление. Под действием обратноосмотического давления вода проникает в смолу, образуя гидрогель. В то же время, сшитая сетчатая структура и водородные связи самой смолы ограничивают неограниченное расширение геля. Когда вода содержит небольшое количество соли, обратное осмотическое давление будет уменьшаться, и в то же время, из-за экранирующего эффекта противоиона, полимерная цепь будет сжиматься, что приводит к значительному снижению водопоглощающей способности смолы. Как правило, водопоглощающая способность суперабсорбирующей смолы в 0,9% растворе NaCl составляет всего около 1/10 от водопоглощающей способности деионизированной воды. Водопоглощение и водоудержание являются двумя аспектами одной и той же проблемы. Линь Жуньсюн и др. обсуждали их в термодинамике. При определенной температуре и давлении суперабсорбирующая смола может самопроизвольно поглощать воду, и вода проникает в смолу, снижая свободную энтальпию всей системы до достижения равновесия. Если вода выходит из смолы, увеличивая свободную энтальпию, это не способствует стабильности системы. Дифференциальный термический анализ показывает, что 50% воды, поглощённой суперабсорбирующей смолой, остаётся в гелевой сетке при температуре выше 150 °C. Поэтому даже при приложении давления при нормальной температуре вода не улетучивается из суперабсорбирующей смолы, что определяется её термодинамическими свойствами.
В следующий раз расскажите о конкретной цели SAP.
Время публикации: 08 декабря 2021 г.