طُوّرت البوليمرات فائقة الامتصاص في أواخر الستينيات. ففي عام ١٩٦١، قام معهد البحوث الشمالية التابع لوزارة الزراعة الأمريكية بتطعيم النشا بالأكريلونيتريل لأول مرة، مُنتجًا بوليمرًا مُطعّمًا من النشا والأكريلونيتريل (HSPAN) تفوق على المواد التقليدية الماصة للماء. وفي عام ١٩٧٨، كانت شركة سانيو كيميكال اليابانية رائدة في استخدام البوليمرات فائقة الامتصاص في حفاضات الأطفال التي تُستعمل لمرة واحدة، ما لفت انتباه العلماء من جميع أنحاء العالم. وفي أواخر السبعينيات، اقترحت شركة يو سي سي الأمريكية ربط بوليمرات أكسيد الأوليفين المختلفة بالمعالجة الإشعاعية، ونجحت في تصنيع بوليمرات فائقة الامتصاص غير أيونية ذات قدرة امتصاص للماء تصل إلى ٢٠٠٠ ضعف، ما فتح آفاقًا جديدة لتصنيع هذه البوليمرات. في عام 1983، استخدمت شركة سانيو كيميكالز اليابانية أكريلات البوتاسيوم بوجود مركبات ثنائية الإين، مثل ميثاكريلاميد، لبلمرة بوليمرات فائقة الامتصاص. ومنذ ذلك الحين، واصلت الشركة إنتاج أنظمة بوليمرية فائقة الامتصاص متنوعة، تتكون من حمض البولي أكريليك المعدل وبولي أكريلاميد. ومع نهاية القرن الماضي، ساهم العلماء من مختلف البلدان في تطوير البوليمرات فائقة الامتصاص، مما أدى إلى انتشارها السريع في جميع أنحاء العالم. واليوم، تُهيمن ثلاث مجموعات إنتاجية رئيسية، هي: شوكوباي اليابانية، وسانيو كيميكالز، وستوكهاوزن الألمانية، على السوق العالمية. وتسيطر هذه المجموعات على 70% من السوق، وتُجري عمليات مشتركة دولية من خلال التعاون التقني، ما يُمكّنها من احتكار سوق البوليمرات فائقة الامتصاص في جميع أنحاء العالم. تتميز هذه البوليمرات بتعدد استخداماتها وآفاق تطبيقها الواسعة. وفي الوقت الراهن، لا يزال استخدامها الرئيسي في المنتجات الصحية، حيث تُمثل حوالي 70% من إجمالي السوق.
نظرًا لقدرة راتنج بولي أكريلات الصوديوم فائق الامتصاص العالية على امتصاص الماء وأدائه الممتاز في الاحتفاظ به، فإنه يتمتع بنطاق واسع من التطبيقات كعامل لحفظ رطوبة التربة في الزراعة والغابات. فعند إضافة كمية صغيرة منه إلى التربة، يمكن تحسين معدل إنبات بعض أنواع الفاصوليا ومقاومة براعمها للجفاف، فضلًا عن تعزيز نفاذية التربة للهواء. إضافةً إلى ذلك، وبفضل خصائصه المحبة للماء ومقاومته الممتازة للضباب والتكثيف، يُمكن استخدامه كمادة تغليف جديدة. إذ يُمكن لغشاء التغليف المصنوع من خصائصه الفريدة الحفاظ على نضارة الطعام بفعالية. كما أن إضافة كمية صغيرة منه إلى مستحضرات التجميل تزيد من لزوجة المستحلب، مما يجعله مُكثِّفًا مثاليًا. وبفضل خصائصه التي تقتصر على امتصاص الماء دون الزيت أو المذيبات العضوية، يُمكن استخدامه كعامل تجفيف في الصناعة.
نظراً لأن البوليمرات فائقة الامتصاص غير سامة، وغير مهيجة لجسم الإنسان، ولا تسبب تفاعلات جانبية، ولا تتخثر الدم، فقد شاع استخدامها في المجال الطبي في السنوات الأخيرة. على سبيل المثال، تُستخدم في صناعة المراهم الموضعية ذات المحتوى المائي العالي والمريحة للاستخدام؛ وفي إنتاج الضمادات الطبية وكرات القطن التي تمتص النزيف والإفرازات الناتجة عن العمليات الجراحية والإصابات، وتمنع التقيح؛ وفي إنتاج عوامل مضادة للبكتيريا تسمح بمرور الماء والأدوية دون الكائنات الدقيقة. كما تُستخدم في صناعة الجلد الاصطناعي المضاد للعدوى، وغيرها.
مع تطور العلوم والتكنولوجيا، ازداد الاهتمام بحماية البيئة. فإذا وُضع بوليمر فائق الامتصاص في كيس قابل للذوبان في مياه الصرف الصحي، ثم غُمر الكيس في مياه الصرف الصحي، فإن البوليمر فائق الامتصاص سيمتص السائل بسرعة عند ذوبان الكيس، مما يؤدي إلى تصلب مياه الصرف الصحي.
في صناعة الإلكترونيات، يمكن استخدام البوليمرات فائقة الامتصاص كمستشعرات للرطوبة، وأجهزة قياس الرطوبة، وكاشفات لتسرب المياه. كما يمكن استخدامها كمواد ماصة لأيونات المعادن الثقيلة والزيوت.
باختصار، البوليمر فائق الامتصاص هو نوع من المواد البوليمرية ذات استخدامات واسعة النطاق. ويتمتع تطوير راتنجات البوليمر فائق الامتصاص بإمكانات سوقية هائلة. هذا العام، وفي ظل ظروف الجفاف وقلة الأمطار في معظم أنحاء شمال الصين، يُعدّ تعزيز استخدام البوليمرات فائقة الامتصاص مهمة ملحة تواجه علماء وفنيي الزراعة والغابات. خلال تنفيذ استراتيجية التنمية الغربية، وفي إطار العمل على تحسين التربة، يجري العمل على تطوير وتطبيق الوظائف العملية المتعددة للبوليمرات فائقة الامتصاص، لما لها من فوائد اجتماعية واقتصادية ملموسة. تغطي شركة تشوهاي ديمي للمواد الكيميائية مساحة تزيد عن 30,000 متر مربع، وهي متخصصة في البحث والتطوير وإنتاج المنتجات المتعلقة بالمواد فائقة الامتصاص. تُعدّ الشركة أول شركة محلية تعمل في مجال راتنجات البوليمرات فائقة الامتصاص، حيث تجمع بين البحث العلمي والإنتاج والمبيعات والخدمات الفنية. تتمتع الشركة بحقوق ملكية فكرية مستقلة، وقدرات بحث وتطوير قوية، وتُطلق باستمرار منتجات جديدة. تم إدراج المشروع في "خطة الشعلة" الوطنية، وقد حظي بإشادة متكررة من قبل الحكومات الوطنية والإقليمية والبلدية.
مجال التطبيق
1. تطبيقات في الزراعة والبستنة
تُعرف الراتنجات فائقة الامتصاص المستخدمة في الزراعة والبستنة أيضًا باسم عوامل الاحتفاظ بالماء ومحسنات التربة. ونظرًا لأن بلدي يُعاني من نقص حاد في المياه، فإن استخدام عوامل الاحتفاظ بالماء يزداد أهمية. وقد طوّرت أكثر من اثنتي عشرة مؤسسة بحثية محلية منتجات راتنجات فائقة الامتصاص للحبوب والقطن والزيوت والسكريات والتبغ والفواكه والخضراوات والغابات، بالإضافة إلى أكثر من 60 نوعًا من النباتات الأخرى، حيث تتجاوز مساحة الزراعة 70,000 هكتار. ويُستخدم هذا النوع من الراتنجات في شمال غرب البلاد ومنغوليا الداخلية وغيرها من المناطق لمكافحة الرمال وزيادة المساحات الخضراء. وتتكون الراتنجات فائقة الامتصاص المستخدمة في هذا المجال بشكل أساسي من منتجات البوليمر المتشابك من الأكريلات المطعم بالنشا، ومنتجات البوليمر المتشابك من الأكريلاميد والأكريلات، حيث تم استبدال الملح من نوع الصوديوم بنوع البوتاسيوم. تشمل الطرق الرئيسية المستخدمة معالجة البذور، والرش، والتسميد المباشر، أو نقع جذور النباتات بعد خلطها بالماء لتكوين عجينة. في الوقت نفسه، يمكن استخدام الراتنج فائق الامتصاص لتغليف السماد قبل التسميد، مما يعزز استفادة النبات منه ويمنع الهدر والتلوث. كما تستخدم دول أخرى الراتنج فائق الامتصاص كمواد تغليف لحفظ الفواكه والخضراوات والمواد الغذائية طازجة.
٢. تطبيقات في المجالين الطبي والصحي: يُستخدم بشكل أساسي في صناعة الفوط الصحية، وحفاضات الأطفال، والمناديل، وأكياس الثلج الطبية؛ ومواد عطرية هلامية للاستخدام اليومي لتعديل الأجواء. كما يُستخدم كمادة أساسية في صناعة المراهم والكريمات والزيوت الطبية والضمادات وغيرها، حيث يتميز بخصائص الترطيب والتكثيف والتغلغل في الجلد والتكوين الهلامي. ويمكن استخدامه أيضًا كحامل ذكي يتحكم في كمية الدواء المُطلق ووقت إطلاقه ومساحة إطلاقه.
3. التطبيق في الصناعة
تُستخدم خاصية الراتنج فائق الامتصاص لامتصاص الماء عند درجات الحرارة العالية وإطلاقه عند درجات الحرارة المنخفضة، مما يُنتج عاملًا صناعيًا مقاومًا للرطوبة. في عمليات استخراج النفط من الحقول، وخاصةً في الحقول القديمة، يُعد استخدام محاليل البولي أكريلاميد المائية ذات الوزن الجزيئي العالي جدًا لإزاحة النفط فعالًا للغاية. كما يُمكن استخدامه لتجفيف المذيبات العضوية، وخاصةً المذيبات العضوية ذات القطبية المنخفضة. يُستخدم أيضًا في صناعة مُكثِّفات صناعية، ودهانات قابلة للذوبان في الماء، وغيرها.
4. التطبيق في مجال البناء
المادة سريعة الانتفاخ المستخدمة في مشاريع الحفاظ على المياه هي راتنج فائق الامتصاص نقي، والذي يستخدم بشكل أساسي لسد أنفاق السدود خلال مواسم الفيضانات، وسد المياه للوصلات الجاهزة للأقبية والأنفاق ومترو الأنفاق؛ ويستخدم في معالجة مياه الصرف الصحي الحضرية ومشاريع التجريف. يتم تصلب الطين لتسهيل الحفر والنقل.
تاريخ النشر: 8 ديسمبر 2021