Позвольте представить вам суперабсорбентный полимер (SAP), который в последнее время вызывает у вас большой интерес! Суперабсорбентный полимер (SAP) — это новый тип функционального полимерного материала. Он обладает высокой водопоглощающей способностью, впитывая воду, которая в несколько сотен и тысяч раз тяжелее его самого, и имеет превосходные влагоудерживающие свойства. После впитывания воды и набухания в гидрогель, отделить воду из него практически невозможно даже под давлением. Поэтому он имеет широкий спектр применения в различных областях, таких как средства личной гигиены, промышленное и сельскохозяйственное производство, а также гражданское строительство.
Суперабсорбентная смола представляет собой макромолекулу, содержащую гидрофильные группы и сшитую структуру. Впервые она была получена компанией Fanta и другими путем прививки крахмала к полиакрилонитрилу с последующим омылением. В зависимости от используемого сырья, существуют различные серии: крахмал (привитый, карбоксиметилированный и др.), целлюлоза (карбоксиметилированная, привитая и др.), синтетические полимеры (полиакриловая кислота, поливиниловый спирт, полиоксиэтилен и др.). По сравнению с крахмалом и целлюлозой, суперабсорбентная смола на основе полиакриловой кислоты обладает рядом преимуществ, таких как низкая себестоимость производства, простота процесса, высокая эффективность производства, высокая водопоглощающая способность и длительный срок хранения продукта. В настоящее время она является актуальной областью исследований в этой сфере.
В чём 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 гидрофильные группы и сшитую структуру. Перед поглощением воды полимерные цепи сближаются и переплетаются, образуя сетевую структуру, обеспечивающую прочное сцепление. При контакте с водой молекулы воды проникают в смолу за счёт капиллярного действия и диффузии, и ионизированные группы в цепи ионизируются в воде. Из-за электростатического отталкивания между одинаковыми ионами в цепи полимерная цепь растягивается и набухает. В силу требования электрической нейтральности противоионы не могут мигрировать за пределы смолы, и разница в концентрации ионов между раствором внутри и снаружи смолы создаёт обратное осмотическое давление. Под действием обратного осмотического давления вода дополнительно проникает в смолу, образуя гидрогель. В то же время, сшитая сетевая структура и водородные связи самой смолы ограничивают неограниченное расширение геля. Когда вода содержит небольшое количество соли, обратное осмотическое давление снижается, и одновременно, из-за экранирующего эффекта противоиона, полимерная цепь сжимается, что приводит к значительному снижению водопоглощающей способности смолы. Как правило, водопоглощающая способность суперабсорбентной смолы в 0,9% растворе NaCl составляет лишь около 1/10 от водопоглощающей способности деионизированной воды. Водопоглощение и водоудержание — это два аспекта одной и той же проблемы. Линь Рунсюн и др. рассмотрели их в рамках термодинамики. При определенной температуре и давлении суперабсорбентная смола может спонтанно поглощать воду, и вода проникает в смолу, уменьшая 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, поглощенной суперабсорбирующей смолой, остается заключенной в гелевой сетке при температуре выше 150 °C. Следовательно, даже при приложении давления при нормальной температуре вода не будет выходить из суперабсорбирующей смолы, что определяется термодинамическими свойствами суперабсорбирующей смолы.
В следующий раз расскажите о конкретном назначении SAP.
Дата публикации: 08.12.2021