تولید پلیمرهای جذبکننده آب، شاهکلیدی تأثیرگذار در دنیای مواد شیمیایی هستند. تصور کنید یک دانه از پودر این پلیمرها میتواند به اندازهی 300 برابر وزن خودش آب را جذب کند!
کشف این هیدروژلها تحولی عظیم در دنیای کشاورزی، صنعت و بهداشت به وجود آورد که در ادامهی این مطلب به آن اشاره خواهیم کرد. اگر دوست دارید بیشتر با پلیمرهای جاذب آب آشنا شوید، این مطلب را تا انتها بخوانید.
منظور از پلیمرهای جذبکننده آب چیست؟
پلیمرهای جذب کننده آب یا «سوپر جاذبها» (SAP) ، هیدروژلهایی هستند که قادرند، مقدار زیادی آب یا محلولهای آبی را از طریق پیوند هیدروژن با مولکولهای آب جذب کرده و برای مدت طولانی در ساختار خود حفظ کنند.
میزان جذب و ظرفیت تورم کل با نوع و درجهی اتصالدهندههای متقاطع مورد استفاده در ساخت ژل کنترل میشود. SAP ها با چگالی کم، عموماً ظرفیت جاذب بالاتری دارند. این نوع SAPها، میتوانند ژل نرمتری تشکیل دهند. پلیمرها با چگالی بالای اتصال، دارای ظرفیت جذب کمتر و متورمتر هستند، اما استحکام ژل محکمتر است و حتی میتواند تحت فشار متوسط شکل ذرات را حفظ کند.
به عنوان مثال: SAP در محیط آب مقطر، تا 300 برابر وزنش حدود %99.9 مایع جذب کند. اما هنگامیکه در محلول نمکی 0.9٪ قرار میگیرد، این جذب به شدت کاهش مییابد.
تاریخچه تولید پلیمرهای جذبکننده آب
پیش از ظهور پلیمرهای سوپر جاذب، پلیمرها ساختاری طبیعی داشتند و از الیافی همچون: سلولز، پنبه یا کاغذهای فشرده تهیه میشدند. این مواد توانایی جذب آب بالا داشتند؛ اما ظرفیتشان محدود بود و وقتی تحت فشار قرار میگرفتند، به راحتی آبِ جذبشده را پَس میدادند.
تحول بزرگ در دهه 1960 اتفاق افتاد. زمانیکه پژوهشگران «وزارت کشاورزی ایالات متحده» (USDA) در حال تحقیق و تفحص دربارهی روشهای حفظ رطوبت در خاکهای خشک بودند و توانستند پلیمری مصنوعی به نام «آکریلونیتریل» بسازند. این پلیمر که به (Super Slurper) شهرت داشت، قادر بود چند صد برابر وزنش آب جذب کند. با کشف آکریلونیتریل، توجه تولیدکنندگان حوزهی بهداشت و کشاورزی به این پلیمر جذب شد و همین امر سرآغازی شد برای تولید محصولات بهداشتی مناسب در گذر زمان.
در سال ۱۹۷۸ نخستین کاربرد تجاری پلیمرهای سوپر جاذب در ژاپن آغاز شد و از آنها برای تولید دستمالهای بهداشتی استفاده کردند. اندکی بعد ایالات متحده نیز از این محصول برای ساخت ملافههای یکبار مصرف بیماران سالمندان استفاده کرد.
در دهه ۱۹۸۰ با گسترش استفاده از SAP در پوشک و محصولات بهداشتی، نگرانیهایی درباره ارتباط احتمالی این مواد با «سندرم شوک سمی (Toxic Shock Syndrome)» مطرح شد. هرچند بعدها مشخص شد که این سندرم ناشی از رشد باکتریهای خاص بوده و ارتباط مستقیمی با خود پلیمر نداشتهاست، اما این موضوع برای مدتی باعث کاهش اعتماد مصرفکنندگان و توقف موقت استفاده از SAP در برخی برندها شد.
در سالهای بعد، با انجام تحقیقات گسترده و بهبود فرمولاسیونها، پلیمرهای سوپر جاذب با ایمنی بالاتر و پایداری شیمیایی بیشتر دوباره به بازار بازگشتند و امروز به بخش جدانشدنی از محصولات بهداشتی، کشاورزی و صنعتی تبدیل شدهاند.
رایجترین ساختارهای شیمیایی پلیمرهای جذبکننده آب
رایجترین نوع SAP نمک سدیم اسید پلیآکریلیک (پلیآکریلات سدیم) است که از پلیمریزاسیون اسید اکریلیک و هیدروکسید سدیم تشکیل میشود. البته SAPها از مواد دیگری هم تشکیل میشوند که عبارتاند از:
- پلیآکریلآمید
- کوپلیمرهای پلیوینیلالکل
- کربوکسیمتیلسلولز شبکهای
- پلیساکاریدها.
7 کاربرد مهم پلیمرهای جذبکننده آب
با توجه به جذب حجم بالای آب توسط این پلیمرها از آنها میتوان در موارد زیر استفاده کرد:
1. تولید محصولات بهداشتی یکبار مصرف
یکی از کاربردهای بارز پلیمرهای جذبکننده آب، استفاده از آنها در محصولات بهداشتی یکبار مصرف همچون: پوشک بچه، پوشک بزرگسال و دستمالهای بهداشتی بهطور گسترده است.
2. کشاورزی و باغبانی
از پلیمرهای جذبکنندهی آب، بهعنوان نگهدارندهی رطوبت در خاک هم استفاده میشود. این پلیمرها همانطور که اشاره کردیم، میتوانند رطوبت را در خود تا حدود %99.9 حفظ کنند. این قابلیت موجب کاهش تبخیر آب در گیاه شده و رشد گیاه را بهخصوص در مناطق خشک افزایش داده و راندمان آبیاری را به طرز چشمگری بهبود میبخشد.
3. پزشکی و سلامت
در پانسمانهای زخم و تجهیزات پزشکی هم با هدف کنترل میزان رطوبت میتوان از پلیمرهای جذبکننده آب استفاده کرد.
4. جلوگیری از نشت آب در کارخانهها و تأسیسات شیمیایی
از SAP ها میتوان در جذب سریع مایعهای نشت کرده، روغن و محلولهای صنعتی نیز استفاده کرد و سطح را خشک نگهداری کرد.
5. جلوگیری از نفوذ آب در کابلها
یکی دیگر از کاربردهای SAP این است که وقتی محیط کابلهای برق و مخابرانی مرطوب میشود، میتوان از این پودر استفاده کرده و مسیر نفوذ آب را در کابل مسدود کرد و در نتیجه مانع زنگزدگی و قطع ارتباط شوید.
6. جذب روغن و مواد شیمیایی
از SAP میتوان در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی هم استفاده کرد و لکههای روغنی یا مواد خطرناک را محصور کرده و مانع آلودگی محیطزیست شد.
7. تولید برف مصنوعی و جلوههای ویژه
SAP را میتوان در جلوههای ویژه تئاترها و سینماها هم بهکار گرفت. برای این کار کافی است، پودرها را با آب ترکیب کرده تا کمی مرطوب شده و متورم شود و بافتی مشابه برف واقعی ایجاد میکند.
چگونه میتوان پلیمرهای جذبکننده آب را تولید کرد؟
امروزه 3 روش کلی برای تولید پلمیرهای سوپر جذب آب وجود دارد که در ادامه به آنها اشاره میکنیم:
- پلیمریزاسیون ژل (Gel Polymerization)
- پلیمریزاسیون تعلیق (Suspension Polymerization)
- پلیمریزاسیون محلول (Solution Polymerization)
هرکدام از روشهای اشاره شده، مزایا و ویژگیهای خاص خود را دارند، اما؛ هدف کلی در همهی آنها، رسیدن به ساختاری با جذب بالا و پایداری مکانیکی مناسب است.
آینده تولید پلیمرهای جذبکننده آب
براساس آخرین پژوهشهای انجامشده، میتوان از منابع طبیعی همچون: پلیساکاریدها و پروتئینها پلیمرهایی با خاصیت جذب بالا به عنوان جایگزین مواد شیمیایی برای تولید SAPها استفاده کرد.
و اما سخن آخر
دانشمندان با تولید پلیمرهای جذبکننده آب، توانستهاند به راحتی مرز میان تکنولوژِی، کارایی و دوام را دوباره تعریف کنند. این هیدروژلهای تأثیرگذار کاربردهای متعددی در دنیای صنعت پیرامونمان دارند. از آنها میتوان در حفظ رطوبت خاک گرفته تا جلوگیری از نفوذ آب در کابلها و … استفاده کرد.
سیمند کابل با بهرهگیری از از این دانش توانسته است، کابلهایی ایمن و ضدنفوذ آب با دوامی طولانی تولید کند که در پروژههای صنعتی و ساختمانی بسیار کاربرد دارد. اگر به دنبال طراحی کابلهایی هستید که در برابر رطوبت آب و شرایط سخت محیطی مقاومتی بینظیر دارند، پیشنهاد میکنیم با کارشناسان ما تماس بگیرید تا اطلاعاتی بیشتر دربارهی محصولات ما کسب کنید.
بدون دیدگاه