שיחה ראשונה - פולימר סופג במיוחד

הרשו לי להציג את ה-SAP שמעניין אתכם לאחרונה! פולימר סופג-על (SAP) הוא סוג חדש של חומר פולימרי פונקציונלי. יש לו פונקציית ספיגת מים גבוהה שסופגת מים כבדים פי כמה מאות עד כמה אלפי פעמים ממנה, ויש לו ביצועי אגירת מים מצוינים. ברגע שהוא סופג מים ומתנפח להידרוג'ל, קשה להפריד את המים גם אם הם בלחץ. לכן, יש לו מגוון רחב של שימושים בתחומים שונים כגון מוצרי היגיינה אישית, ייצור תעשייתי וחקלאי והנדסה אזרחית.

שרף סופג-על הוא סוג של מקרומולקולות המכילות קבוצות הידרופיליות ומבנה צולב. הוא יוצר לראשונה על ידי פנטה ואחרים על ידי השתלת עמילן עם פוליאקרילוניטריל ולאחר מכן ספוניפיקציה. בהתאם לחומרי הגלם, ישנן מספר קטגוריות של סדרות עמילן (מורכב, קרבוקסימתילציה וכו'), סדרות תאית (קרבוקסימתילציה, מורכבות וכו'), סדרות פולימרים סינתטיים (חומצה פוליאקרילית, אלכוהול פוליוויניל, סדרות פוליאוקסי אתילן וכו'). בהשוואה לעמילן ותאית, לשרף סופג-על של חומצה פוליאקרילית יש שורה של יתרונות כגון עלות ייצור נמוכה, תהליך פשוט, יעילות ייצור גבוהה, יכולת ספיגת מים חזקה וחיי מדף ארוכים של המוצר. הוא הפך למוקד המחקר הנוכחי בתחום זה.

מהו העיקרון של מוצר זה? כיום, חומצה פוליאקרילית מהווה 80% מייצור שרף הסופג-על בעולם. שרף הסופג-על הוא בדרך כלל אלקטרוליט פולימרי המכיל קבוצה הידרופילית ומבנה צולב. לפני ספיגת מים, שרשראות הפולימר קרובות זו לזו ומסתבכות יחד, מקושרות צולבות ליצירת מבנה רשת, על מנת להשיג את ההידוק הכולל. במגע עם מים, מולקולות מים חודרות לתוך השרף באמצעות פעולה נימית ודיפוזיה, והקבוצות המיוננות על השרשרת מיוננות במים. עקב הדחייה האלקטרוסטטית בין אותם יונים על השרשרת, שרשרת הפולימר נמתחת ומתנפחת. עקב הדרישה לנייטרליות חשמלית, יונים נגדיים אינם יכולים לנדוד אל מחוץ לשרף, וההבדל בריכוז היונים בין התמיסה בתוך השרף ומחוצה לו יוצר לחץ אוסמוטי הפוך. תחת פעולת לחץ האוסמוזה ההפוכה, מים חודרים עוד יותר לתוך השרף ויוצרים הידרוג'ל. במקביל, מבנה הרשת המצולב וקשרי המימן של השרף עצמו מגבילים את ההתפשטות הבלתי מוגבלת של הג'ל. כאשר המים מכילים כמות קטנה של מלח, לחץ האוסמוטי ההפוך יקטן, ובמקביל, עקב אפקט המגן של יון הנגד, שרשרת הפולימר תתכווץ, וכתוצאה מכך תתרחש ירידה משמעותית ביכולת ספיגת המים של השרף. באופן כללי, יכולת ספיגת המים של שרף סופג-על בתמיסת NaCl 0.9% היא רק כעשרת מכמות המים המיוצרים ללא יוניון. ספיגת מים ושמירת מים הם שני היבטים של אותה בעיה. לין רונשיונג ועמיתיו דנו בהם בתרמודינמיקה. תחת טמפרטורה ולחץ מסוימים, שרף סופג-על יכול לספוג מים באופן ספונטני, והמים חודרים לשרף, מה שמפחית את האנתלפיה החופשית של המערכת כולה עד שהיא מגיעה לשיווי משקל. אם מים יוצאים מהשרף, מה שמגדיל את האנתלפיה החופשית, זה לא תורם ליציבות המערכת. ניתוח תרמי דיפרנציאלי מראה ש-50% מהמים שנספגים על ידי שרף סופג-על עדיין סגורים ברשת הג'ל מעל 150 מעלות צלזיוס. לכן, גם אם מופעל לחץ בטמפרטורה רגילה, מים לא ייפלטו מהשרף הסופג-על, דבר שנקבע על ידי התכונות התרמודינמיות של השרף הסופג-על.

בפעם הבאה, ספר מה המטרה הספציפית של SAP.