Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Порошок суперабсорбирующий полимерный

Сверхабсорбентный полимер (SAP) (также называемый жидким порошком ) может поглощать и удерживать чрезвычайно большие количества жидкости по сравнению с его собственной массой. [1]

Водопоглощающие полимеры , которые при смешивании классифицируются как гидрогели [2], абсорбируют водные растворы за счет водородных связей с молекулами воды. Способность SAP поглощать воду зависит от концентрации ионов в водном растворе. В деионизированной и дистиллированной воде SAP может абсорбировать в 300 раз больше своего веса [3] (от 30 до 60 раз больше собственного объема) и может стать жидкостью до 99,9%, но при помещении в 0,9% физиологический раствор абсорбционная способность падает до примерно в 50 раз больше его веса. [ необходима цитата ] Присутствие валентных катионов в растворе препятствует способности полимера связываться с молекулой воды.

Общая впитывающая способность и способность к набуханию контролируются типом и степенью сшивающих агентов, используемых для изготовления геля . Сшитые SAP с низкой плотностью обычно обладают более высокой абсорбционной способностью и в большей степени набухают. Эти типы SAP также имеют более мягкий и липкий гель. Полимеры с высокой плотностью сшивки обладают более низкой абсорбционной способностью и набухают, но прочность геля более прочная и может сохранять форму частиц даже при умеренном давлении.

Наибольшее применение SAP находит в личных одноразовых гигиенических продуктах, таких как детские подгузники , подгузники для взрослых и гигиенические салфетки . [4] SAP был прекращен из использования в тампонах из-за опасений 1980-х годов по поводу связи с синдромом токсического шока . [ необходима цитата ] SAP также используется для блокирования проникновения воды в подземный силовой или коммуникационный кабель, в самовосстанавливающийся бетон, [5] [6] агенты удержания воды в садоводстве , контроль разливаи отработанная водная жидкость, и искусственный снег для кино и сценического производства. Первое коммерческое использование было в 1978 году для женских салфеток в Японии и одноразовых постельных принадлежностей для пациентов домов престарелых в США. Первые заявки на рынке США были у небольших региональных производителей подгузников, а также у Kimberly Clark . [7]

Определение ИЮПАК
Сверхабсорбентный полимер: полимер, который может поглощать и удерживать чрезвычайно большие количества жидкости по сравнению с его собственной массой. [8]

Примечания:

  • Абсорбированная жидкость может быть водой или органической жидкостью.
  • Степень набухания сверхабсорбентного полимера может достигать порядка 1000: 1.
  • Сверхпоглощающие полимеры для воды часто являются полиэлектролитами.

История [ править ]

До 1920-х годов водопоглощающие материалы были изделиями на основе волокон. На выбор были салфетки , хлопок, губка и распушенная целлюлоза. Водопоглощающая способность этих материалов всего в 11 раз превышает их вес, и большая часть ее теряется при умеренном давлении.

В начале 1960-х годов Министерство сельского хозяйства США (USDA) проводило работу над материалами для улучшения водосбережения в почвах. Они разработали смолу на основе прививки акрилонитрильного полимера на основу молекул крахмала (т.е. прививки крахмала). Гидролизованный продукт гидролиза этого сополимера крахмала и акрилонитрила дает водопоглощение, превышающее его вес в 400 раз. Кроме того, гель не выделял жидкую воду, как это делают абсорбенты на основе волокон.

Полимер стал известен как «Super Slurper». Министерство сельского хозяйства США предоставило технические ноу-хау нескольким компаниям из США для дальнейшего развития базовой технологии. Были предприняты попытки применения широкого диапазона комбинаций прививки, включая работу с акриловой кислотой , акриламидом и поливиниловым спиртом (ПВС).

Сегодняшние исследования доказали способность природных материалов, например, полисахаридов и белков, проявлять супервпитывающие свойства в чистой воде и физиологическом растворе (0,9% по весу) в том же диапазоне, что и синтетические полиакрилаты в текущих применениях. [9] Были приготовлены суперабсорбирующие полимеры соевый белок / поли (акриловая кислота) с хорошей механической прочностью. [10] Сополимеры полиакрилата / полиакриламида изначально были разработаны для использования в условиях с высоким содержанием электролита / минералов и необходимостью долгосрочной стабильности, включая многочисленные циклы «влажный / сухой». Используется в сельском хозяйстве и садоводстве. С повышенной прочностью мономера акриламида, используемого в качестве средства контроля разливов в медицинских целях, защиты проводов и кабелей от воды.

Сополимерная химия [ править ]

В настоящее время сверхабсорбирующие полимеры обычно получают путем полимеризации акриловой кислоты, смешанной с гидроксидом натрия, в присутствии инициатора с образованием натриевой соли полиакриловой кислоты (иногда называемой полиакрилатом натрия ). Этот полимер является наиболее распространенным типом SAP, производимым сегодня в мире. Согласно Управлению по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, полиакрилат натрия внесен в список пищевых добавок, но существуют строгие ограничения. [11]

Другие материалы также используются для изготовления суперабсорбирующего полимера, такого как сополимер полиакриламида, сополимер этилена и малеинового ангидрида , сшитая карбоксиметилцеллюлоза , сополимеры поливинилового спирта, сшитый полиэтиленоксид и сополимер полиакрилонитрила с привитым крахмалом и многие другие. Последняя является одной из старейших созданных форм SAP.

Сегодня суперабсорбирующие полимеры производятся с использованием одного из трех основных методов: гелевая полимеризация, суспензионная полимеризация или полимеризация в растворе . Каждый из процессов имеет свои преимущества, но все они позволяют получать продукт неизменно высокого качества.

Полимеризация геля [ править ]

Гидрогель

Смесь акриловой кислоты, воды, сшивающих агентов и химикатов УФ-инициатора смешивают и помещают либо на движущуюся ленту, либо в большие ванны. Затем жидкая смесь поступает в «реактор», который представляет собой длинную камеру с серией сильных УФ-лучей. УФ-излучение стимулирует реакции полимеризации и сшивания. Полученные «поленья» представляют собой липкие гели, содержащие 60-70% воды. Бревна измельчаются или измельчаются и помещаются в различные сушилки. Дополнительный сшивающий агент может быть распылен на поверхность частиц; это «поверхностное сшивание» увеличивает способность продукта к набуханию под давлением - свойство, измеряемое как абсорбционная способность под нагрузкой (AUL) или абсорбционная способность против давления (AAP). Затем высушенные полимерные частицы просеивают для правильного распределения частиц по размерам и упаковки.Метод гель-полимеризации (ГП) в настоящее время является наиболее популярным методом получения суперабсорбирующих полимеров полиакрилата натрия, которые в настоящее время используются в детских подгузниках и других одноразовых гигиенических изделиях.

Полимеризация в растворе [ править ]

Полимеры в растворе обладают впитывающей способностью гранулированного полимера, поставляемого в форме раствора. Растворы можно разбавлять водой перед нанесением, и они могут покрывать большинство поверхностей или использоваться для их насыщения. После сушки при определенной температуре в течение определенного времени в результате получается покрытый субстрат с супервпитывающей способностью. Например, этот химический состав можно наносить непосредственно на провода и кабели, хотя он особенно оптимизирован для использования на таких компонентах, как прокат или листовые подложки.

Полимеризация на основе раствора сегодня обычно используется для производства сополимеров SAP, особенно с токсичным мономером акриламида. Этот процесс эффективен и обычно требует меньших капитальных затрат. В процессе растворения используется раствор мономера на водной основе для получения массы геля, полимеризованного с реагентом. Собственная энергия экзотермической реакции полимеризации используется для управления большей частью процесса, помогая снизить производственные затраты. Затем реагирующий полимерный гель измельчают, сушат и измельчают до конечного размера гранул. Любые обработки для улучшения рабочих характеристик SAP обычно выполняются после того, как окончательный размер гранул создан.

Суспензионная полимеризация [ править ]

Процесс суспендирования практикуют лишь несколько компаний, поскольку он требует более высокого уровня контроля производства и разработки продукта на стадии полимеризации. Этот процесс суспендирует реагент на водной основе в растворителе на углеводородной основе. Конечный результат состоит в том, что в результате суспензионной полимеризации частицы первичного полимера образуются в реакторе, а не механически на постреакционных стадиях. Повышение производительности также можно сделать во время или сразу после стадии реакции.

Использует [ редактировать ]

Шарики из вспененного полимера
  • Искусственный снег для кино и сценических постановок
  • Свечи
  • Материалы на основе цемента (например, бетон) [12]
  • Композиты и ламинаты
  • Контролируемый выпуск инсектицидов и гербицидов
  • Подгузники и подгузники для взрослых
  • Бестонусный источник воды для кормовых насекомых
  • Расширяющая микроскопия
  • Приложения для фильтрации
  • Огнезащитный гель
  • Борьба с наводнениями
  • Носитель аромата
  • Лента-лягушка (высокотехнологичная малярная лента, предназначенная для использования с латексной краской)
  • Системы контроля топлива в авиации и транспортных средствах
  • Стрелки с гелевым мячом (помесь пейнтбола и страйкбола ; используется в Китае) [13]
  • Игрушки для выращивания в воде
  • Пакеты для горячей и холодной терапии
  • Магические эффекты
  • Отверждение медицинских отходов
  • Неподвижные водяные кровати
  • Почва
  • Контроль разливов
  • Хирургические прокладки
  • Стабилизация отходов и восстановление окружающей среды
  • Водопоглощающие прокладки
  • Удержание воды для подачи воды к растениям
  • Гидроизоляция проводов и кабелей
  • Повязки на рану [14]
  • Пищевые добавки [15] [16]

См. Также [ править ]

  • Полиакрилат натрия
  • Полиакрилат калия

Цитаты [ править ]

  1. ^ Хори, К. и др. , 890.
  2. ^ Кабири, К. (2003). «Синтез быстро набухающих суперабсорбирующих гидрогелей: влияние типа и концентрации сшивающего агента на пористость и скорость поглощения». Европейский полимерный журнал . 39 (7): 1341–1348. DOI : 10.1016 / S0014-3057 (02) 00391-9 .
  3. ^ Миньон, Арн; Vermeulen, Jolien; Снок, Дидье; Дубрюэль, Питер; Ван Влирберге, Сандра; Де Бели, Неле (2017-10-28). «Механические и самовосстанавливающиеся свойства вяжущих материалов с полусинтетическими сверхабсорбирующими полимерами, чувствительными к pH». Материалы и конструкции . 50 (6): 238. DOI : 10,1617 / s11527-017-1109-4 . ISSN 1871-6873 . 
  4. ^ Солнце, Клык; Месснер, Бернфрид А. (5 декабря 2006 г.), Производство полотна суперабсорбирующего полимера и волокна , архивировано с оригинала 29 августа 2011 г.
  5. ^ Снок, Дидье; Ван Титтельбум, Ким; Steuperaert, Stijn; Дубрюэль, Питер; Де Бели, Неле (15 марта 2012 г.). «Самозаживляющиеся цементные материалы путем сочетания микроволокон и супервпитывающих полимеров». Журнал интеллектуальных материальных систем и структур . 25 : 13–24. DOI : 10.1177 / 1045389X12438623 . hdl : 1854 / LU-6869809 .
  6. ^ Миньон, Арн; Девишер, Дрис; Граулус, Герт-Ян; Стуббе, Биргит; Мартинс, Хосе; Дубрюэль, Питер; Де Бели, Неле; Ван Влирберге, Сандра (02.01.2017). «Комбинированный подход метакрилированных альгинатных и кислотных мономеров для конкретных приложений». Углеводные полимеры . 155 : 448–455. DOI : 10.1016 / j.carbpol.2016.08.102 . hdl : 1942/22766 . ISSN 0144-8617 . 
  7. ^ Малдер, Дуглас С .; О'Райан, Дэвид Э. (31 декабря 1985 г.), Способ и устройство для порошкового покрытия движущегося полотна: US 4561380 A
  8. ^ Хори, К .; Барон, Максимо; Фокс, РБ; He, J .; Hess, M .; Kahovec, J .; Chinaama, T .; Кубиса, П .; Maréchal, E .; Морманн, В .; Степто, RFT; Табак, Д .; Vohlídal, J .; Wilks, ES; Работа, WJ (1 января 2004 г.). «Определения терминов, относящихся к реакциям полимеров и функциональных полимерных материалов (Рекомендации IUPAC 2003)». Чистая и прикладная химия . 76 (4): 889–906. DOI : 10,1351 / pac200476040889 .
  9. ^ Zohuriaan-Мехр, MJ (2009). «Гидрогели на основе белков и гомо поли (аминокислот) с супервыбухающими свойствами». Полимеры для передовых технологий . 20 (8): 655–671. DOI : 10.1002 / pat.1395 .
  10. Перейти ↑ Song, W., Xin, J., Zhang J. (2017). «Синтез в одном сосуде суперабсорбирующих гидрогелей соевого белка (SP) -поли (акриловой кислоты) (PAA) посредством простого приготовления макромономера SP». Промышленные культуры и продукты . 100 : 117–125. DOI : 10.1016 / j.indcrop.2017.02.018 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  11. ^ «Безопасность полиакрилата натрия, полиакрилата калия» . Сокополимер .
  12. ^ Йенсен, Оле Mejlhede (2013). «Использование супервпитывающих полимеров в бетоне» (PDF) . Concrete International . 35 (1): 48–52.
  13. ^ "水 弹 枪 _ 百度 图片 搜索" .
  14. ↑ Да Силва младший, Маседо Карлос (31 января 2008 г.), КЛЕЙКА: Заявка на патент США 20080027366
  15. ^ «Список статуса пищевых добавок» . Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США .
  16. ^ «Безопасность полиакрилата натрия, полиакрилата калия» . Сокополимер .

Ссылки [ править ]

  • К. Хори; М. Барон; РБ Фокс; J. He; М. Гесс; Я. Каховец; Т. Китайма; П. Кубиса; Э. Марешаль; В. Морманн; RFT Stepto; Д. Табак; Й. Вохлидал; ES Wilks и WJ Work (2004). «Определения терминов, относящихся к реакциям полимеров и функциональных полимерных материалов (Рекомендации ИЮПАК 2003 г.)» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 76 (4): 889–906. DOI : 10,1351 / pac200476040889 .
  • Катиме Трабанка, Даниэль; Катиме Трабанка, Оскар; Катиме Амашта, Исса Антонио (сентябрь 2004 г.). Los materiales inteligentes de este milenio: Los hidrogeles macromoleculares. Síntesis, propiedades y aplicaciones (1-е изд.). Бильбао: Редакционная служба Университета дель Паис Васко (UPV / EHU). ISBN 978-84-8373-637-1.
  • Бухгольц, Фредрик Л; Грэм, Эндрю Т., ред. (1997). Современные технологии суперабсорбирующих полимеров (1-е изд.). Джон Вили и сыновья. ISBN 978-0-471-19411-8.

Внешние ссылки [ править ]

  • Нетканые материалы, содержащие частицы иммобилизованного суперабсорбирующего полимера