فيرست توك - بوليمر فائق الامتصاص

دعوني أقدم لكم البوليمر فائق الامتصاص (SAP) الذي أثار اهتمامكم مؤخرًا! البوليمر فائق الامتصاص (SAP) هو نوع جديد من المواد البوليمرية الوظيفية. يتميز بقدرة امتصاص عالية للماء، حيث يمتص ماءً يفوق وزنه بمئات إلى آلاف المرات، ويتمتع بقدرة فائقة على الاحتفاظ بالماء. بمجرد امتصاصه للماء وتحوله إلى هيدروجيل، يصعب فصل الماء عنه حتى مع الضغط. لذلك، يُستخدم على نطاق واسع في مجالات متنوعة مثل منتجات النظافة الشخصية، والإنتاج الصناعي والزراعي، والهندسة المدنية.

الراتنج فائق الامتصاص هو نوع من الجزيئات الكبيرة التي تحتوي على مجموعات محبة للماء وبنية متشابكة. وقد أنتجته شركة فانتا وغيرها لأول مرة عن طريق تطعيم النشا ببولي أكريلونيتريل ثم عملية التصبن. وبحسب المواد الخام، توجد عدة فئات من الراتنجات فائقة الامتصاص، تشمل سلسلة النشا (المطعّم، والكربوكسي ميثيل، وغيرها)، وسلسلة السليلوز (الكربوكسي ميثيل، والمطعّم، وغيرها)، وسلسلة البوليمرات الاصطناعية (حمض البولي أكريليك، وكحول البولي فينيل، وسلسلة بولي أوكسي إيثيلين، وغيرها). وبالمقارنة مع النشا والسليلوز، يتميز راتنج حمض البولي أكريليك فائق الامتصاص بمزايا عديدة، منها انخفاض تكلفة الإنتاج، وبساطة العملية، وكفاءة الإنتاج العالية، وقدرة امتصاص الماء العالية، وفترة صلاحية المنتج الطويلة. وقد أصبح هذا الراتنج محور اهتمام البحث العلمي في هذا المجال.

ما هو مبدأ عمل هذا المنتج؟ يُشكّل حمض البولي أكريليك حاليًا 80% من إنتاج الراتنجات فائقة الامتصاص في العالم. يتكون الراتنج فائق الامتصاص عمومًا من بوليمر إلكتروليتي يحتوي على مجموعة محبة للماء وبنية متشابكة. قبل امتصاص الماء، تكون سلاسل البوليمر متقاربة ومتشابكة، مُشكّلةً بنية شبكية، ما يُحقق التثبيت الكامل. عند ملامسة الماء، تخترق جزيئات الماء الراتنج بفعل الخاصية الشعرية والانتشار، وتتأين المجموعات المتأينة على السلسلة في الماء. نتيجةً للتنافر الكهروستاتيكي بين الأيونات المتشابهة على السلسلة، تتمدد سلسلة البوليمر وتنتفخ. نظرًا لشرط التعادل الكهربائي، لا تستطيع الأيونات المضادة الهجرة إلى خارج الراتنج، ويُشكّل فرق تركيز الأيونات بين المحلول داخل الراتنج وخارجه ضغطًا تناضحيًا عكسيًا. تحت تأثير هذا الضغط، يدخل الماء إلى الراتنج مُشكّلًا هيدروجيل. في الوقت نفسه، تحدّ بنية الشبكة المتشابكة والروابط الهيدروجينية للراتنج نفسه من التمدد غير المحدود للهلام. عندما يحتوي الماء على كمية صغيرة من الملح، ينخفض ​​الضغط الأسموزي العكسي، وفي الوقت نفسه، وبسبب تأثير الحماية للأيون المضاد، تنكمش سلسلة البوليمر، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في قدرة الراتنج على امتصاص الماء. عمومًا، تبلغ قدرة الراتنج فائق الامتصاص على امتصاص الماء في محلول كلوريد الصوديوم بتركيز 0.9% حوالي عُشر قدرة الماء منزوع الأيونات. يُعدّ امتصاص الماء والاحتفاظ به وجهين لمشكلة واحدة، وقد ناقشها لين رونكسيونغ وزملاؤه في الديناميكا الحرارية. عند درجة حرارة وضغط معينين، يمكن للراتنج فائق الامتصاص امتصاص الماء تلقائيًا، ويدخل الماء إلى الراتنج، مما يقلل من الطاقة الحرة للنظام بأكمله حتى يصل إلى حالة التوازن. إذا تسرب الماء من الراتنج، مما يزيد من الطاقة الحرة، فإن ذلك لا يُسهم في استقرار النظام. يُظهر التحليل الحراري التفاضلي أن 50% من الماء الذي يمتصه الراتنج فائق الامتصاص يبقى محصورًا داخل شبكة الهلام عند درجة حرارة أعلى من 150 درجة مئوية. لذلك، حتى عند تطبيق ضغط في درجة الحرارة العادية، لن يتسرب الماء من الراتنج فائق الامتصاص، وهو ما تحدده الخصائص الديناميكية الحرارية لهذا الراتنج.

في المرة القادمة، اذكر الغرض المحدد من نظام SAP.