Superabsorberende polymer - Superabsorbent polymer

En superabsorberende polymer (SAP) (også kalt slushpulver ) er en vannabsorberende polymer som kan absorbere og beholde ekstremt store mengder væske i forhold til sin egen masse.

Vannabsorberende polymerer , som er klassifisert som hydrogeler når de blandes, absorberer vandige oppløsninger gjennom hydrogenbinding med vannmolekyler. En SAPs evne til å absorbere vann avhenger av den ioniske konsentrasjonen av den vandige løsningen. I avionisert og destillert vann kan en SAP absorbere 300 ganger sin vekt (fra 30 til 60 ganger sitt eget volum) og kan bli opptil 99,9% væske, og når den legges i en 0,9% saltoppløsning faller absorberingsevnen til omtrent 50 ganger sin vekt. Tilstedeværelsen av valenskationer i løsningen hemmer polymerens evne til å binde seg til vannmolekylet.

SAPs totale sugeevne og hevelseskapasitet styres av typen og graden av tverrbindere som brukes til å lage gelen . Tverrbundne SAP-er med lav tetthet har generelt en høyere absorberende kapasitet og svulmer i større grad. Disse typer SAPs har også en mykere og klebrig gelformasjon. Polymerer med høy tverrbindingstetthet viser lavere absorberingskapasitet og svelling, og gelstyrken er fastere og kan opprettholde partikkelform selv under beskjedent trykk.

Den største bruken av SAP finnes i personlige engangs hygieneprodukter , for eksempel babybleier , voksenbleier og bind . SAP ble avviklet fra bruk i tamponger på grunn av bekymring fra 1980 -tallet om en forbindelse med toksisk sjokk syndrom . SAP brukes også til å blokkere vanninntrengning i underjordisk strøm eller kommunikasjonskabel, i selvhelbredende betong, hagebrukende vannretensjonsmidler , kontroll av utslipp og avfall av vandig væske og kunstsnø for film og sceneproduksjon. Den første kommersielle bruken var i 1978 for bruk i feminine servietter i Japan og engangs sengetøy for sykehjemspasienter i USA. Tidlige applikasjoner på det amerikanske markedet var hos små regionale bleieprodusenter så vel som Kimberly Clark .

Historie

Fram til 1920-årene var vannabsorberende materialer fiberbaserte produkter. Valg var silkepapir , bomull, svamp og dunmasse. Vannabsorberingskapasiteten til denne typen materialer er bare opptil 11 ganger vekten, og det meste går tapt under moderat trykk.

På begynnelsen av 1960 -tallet drev USAs landbruksdepartement (USDA) arbeid med materialer for å forbedre vannbevaringen i jord. De utviklet en harpiks basert på podning av akrylonitrilpolymer på ryggraden i stivelsesmolekyler (dvs. stivelsespoding). Det hydrolyserte produktet av hydrolysen av denne stivelse-akrylonitril-sampolymeren ga vannabsorpsjon større enn 400 ganger vekten. Gelen frigjorde heller ikke flytende vann på samme måte som fiberbaserte absorbenter.

Polymeren ble kjent som "Super Slurper". USDA ga teknisk kunnskap til flere amerikanske selskaper for videreutvikling av grunnteknologien. Et bredt spekter av podningskombinasjoner ble forsøkt inkludert arbeid med akrylsyre , akrylamid og polyvinylalkohol (PVA).

Dagens forskning har vist evnen til naturlige materialer, f.eks. Polysakkarider og proteiner, til å utføre superabsorberende egenskaper i rent vann og saltoppløsning (0,9%vekt) innenfor samme område som syntetiske polyakrylater gjør i dagens applikasjoner. Soyaprotein/poly (akrylsyre) superabsorberende polymerer med god mekanisk styrke er blitt fremstilt. Polyakrylat / polyakrylamid -kopolymerer ble opprinnelig designet for bruk under forhold med høyt elektrolytt-/mineralinnhold og et behov for langsiktig stabilitet inkludert mange våte/tørre sykluser. Bruksområder inkluderer landbruks- og hagebruk. Med den ekstra styrken til akrylamidmonomeren, brukt som medisinsk sølkontroll, wire og kabelvannblokkering.

Kopolymerkjemi

Superabsorberende polymerer blir nå vanligvis laget av polymerisasjon av akrylsyre blandet med natriumhydroksyd i nærvær av en initiator for å danne et polyakrylsyre-natriumsalt (noen ganger referert til som natriumpolyakrylat ). Denne polymeren er den vanligste typen SAP som er laget i verden i dag. Ifølge US Food & Drug Administration er natriumpolyakrylat oppført i statuslisten for tilsetningsstoffer, og det er strenge begrensninger.

Andre materialer brukes også til å lage en superabsorberende polymer, for eksempel polyakrylamid-kopolymer, etylen maleinsyreanhydrid- kopolymer, tverrbundet karboksymetylcellulose , polyvinylalkoholkopolymerer, tverrbundet polyetylenoksyd og stivelse podet kopolymer av polyakrylonitril for å nevne noen. Sistnevnte er en av de eldste SAP -skjemaene som er opprettet.

I dag lages superabsorberende polymerer ved hjelp av en av tre primære metoder: gelpolymerisering, suspensjonspolymerisering eller løsningspolymerisering . Hver av prosessene har sine respektive fordeler, men alle gir en konsistent produktkvalitet.

Gelpolymerisering

En blanding av akrylsyre, vann, tverrbindingsmidler og UV-initiatorkjemikalier blandes og plasseres enten på et bevegelig belte eller i store kar. Væskeblandingen går deretter over i en "reaktor" som er et langt kammer med en rekke sterke UV -lys. UV-strålingen driver polymerisasjonen og tverrbindingsreaksjonene. De resulterende "tømmerstokkene" er klebrig geler som inneholder 60-70% vann. Tømmerstokkene rives eller males og plasseres i forskjellige typer tørketrommel. Ytterligere tverrbindingsmiddel kan sprøytes på overflaten av partiklene; denne "overflatetverrbindingen" øker produktets evne til å hovne opp under trykk-en egenskap målt som Absorbency Under Load (AUL) eller Absorbency Against Pressure (AAP). De tørkede polymerpartiklene screenes deretter for riktig partikkelstørrelsesfordeling og emballasje. Gelpolymeriseringsmetoden (GP) er for tiden den mest populære metoden for fremstilling av superabsorberende natriumpolyakrylatpolymerer som nå brukes i babybleier og andre engangs hygieniske artikler.

Løsningspolymerisering

Løsningspolymerer tilbyr absorberingsevnen til en granulær polymer levert i løsningsform. Løsninger kan fortynnes med vann før påføring, og kan belegge eller mette de fleste underlag. Etter tørking ved en bestemt temperatur i en bestemt tid, er resultatet et belagt substrat med superabsorbering. For eksempel kan denne kjemi brukes direkte på ledninger og kabler, selv om den er spesielt optimalisert for bruk på komponenter som rullevarer eller arkunderlag.

Løsningsbasert polymerisering brukes vanligvis i dag for SAP-produksjon av sampolymerer, spesielt de med den giftige akrylamidmonomeren. Denne prosessen er effektiv og har generelt et lavere kapitalkostnadsgrunnlag. Løsningsprosessen bruker en vannbasert monomerløsning for å produsere en masse reaktantpolymerisert gel. Polymerisasjonens egen eksotermiske reaksjonsenergi brukes til å drive mye av prosessen, noe som bidrar til å redusere produksjonskostnadene. Reaktantpolymergelen blir deretter hakket, tørket og malt til sin endelige granulatstørrelse. Eventuelle behandlinger for å forbedre ytelsesegenskapene til SAP oppnås vanligvis etter at den endelige granulatstørrelsen er opprettet.

Suspensjonspolymerisering

Den suspensjonsprosess praktiseres av bare noen få bedrifter fordi det krever en høyere grad av produksjonskontroll og produktteknikk under polymerisasjonstrinnet. Denne prosessen suspenderer den vannbaserte reaktanten i et hydrokarbonbasert løsningsmiddel. Nettoresultatet er at suspensjonspolymerisasjonen skaper den primære polymerpartikkelen i reaktoren i stedet for mekanisk i etterreaksjonstrinn. Ytelsesforbedringer kan også gjøres under eller like etter reaksjonstrinnet.

Bruker

Se også

• Natriumpolyakrylat
• Kaliumpolyakrylat

Sitater

Referanser

• K. Horie; M. Báron; RB Fox; J. Han; M. Hess; J. Kahovec; T. Kitayama; P. Kubisa; E. Maréchal; W. Mormann; RFT Stepto; D. Tabak; J. Vohlídal; ES Wilks & WJ Work (2004). "Definisjoner av termer knyttet til reaksjoner av polymerer og funksjonelle polymere materialer (IUPAC anbefalinger 2003)" (PDF) . Ren og anvendt kjemi . 76 (4): 889–906. doi : 10.1351/pac200476040889 .
• Katime Trabanca, Daniel; Katime Trabanca, Oscar; Katime Amashta, Issa Antonio (september 2004). Los materiales inteligentes de este milenio: Los hidrogeles macromoleculares. Síntesis, propiedades y aplicaciones (1 utg.). Bilbao: Servicio Editorial de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU). ISBN 978-84-8373-637-1.
• Buchholz, Fredric L; Graham, Andrew T, red. (1997). Modern Superabsorbent Polymer Technology (1 utg.). John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-19411-8.

Eksterne linker

• Nonwovens som inneholder immobiliserte superabsorberende polymerpartikler