SAP (חומר)

פולימר סופר סופג (SAP) (באנגלית: Superabsorbent polymer) הוא הומופולימר הידרופילי או קופולימר הידרופילי אשר יכול לספוג ולשמור בתוכו כמויות גדולות ביותר של נוזל ביחס למסה שלו.Horie, K, et al., 890.
250px|ממוזער|שמאל|אבקת SAP

פולימרים סופגי מים, המסווגים כהידרוג'לים כאשר הם מעורבבים עם מים, סופחים תמיסות מימיות על ידי יצירת קשרי מימן עם מולקולות המים שבתמיסה.

יכולותו של הפולימר לספוג מים תלויה בריכוז היוני של התמיסה המימית אותה הוא סופג. לדוגמה, עבור מים מזוקקים, אבקת SAP יכולה לספוג עד פי 300 ממשקלה (פי 30 עד 60 מנפחה), כך שההידרוג'ל שייווצר מכיל למעשה 99.9% נוזלים. אך אם נשים אבקת SAP בתמיסת מלח בריכוז של 0.9%, יכולת הספיגה של האבקה תרד לפּי 50 ממשקלה המקורי.
הסיבה לירידה זאת היא שנוכחות קטיונים בתמיסה מורידה את יכולת הפולימר להיקשר למולקולות המים.

יכולת הספיגה והתפיחה הכוללת של ה-SAP נשלטת על ידי סוג ודרגת קישרי הצילוב המשמשים לייצור הג'ל. סוגי SAP שיש בהם קשרי צילוב בצפיפות נמוכה הם בדרך כלל בעלי יכולת ספיגה גבוהה ומתנפחים במידה רבה. הג'ל הנוצר מסוגים אלה של SAP הוא רך ודביק. פולימרים שצפיפות קשרי הצילוב בהם גבוהה יותר הם בעלי יכולת ספיגה נמוכה יותר, וחוזק הג'ל מוצק גדול יותר ויכול לשמור על צורת החלקיקים גם בלחץ מתון.

ישנם שלושה סוגים עיקריים של SAP:

1. פוליאקרילאטים ופולי-אקרילאמידים מוצלבים

2. קופולימרים של תאית או עמילן עם אקרילוניטריל

3. קופולימרים מוצלבים של אנהידריד מאלאי

השימוש הרב ביותר ב אבקות SAP נמצא במוצרי היגיינה חד-פעמיים אישיים, כגון חיתולים לתינוקות, חיתולים למבוגרים ורפידות היגייניות. השימוש ב-SAP בטמפונים הופסק בשנות ה-80 בשל חשש לקשר עם תסמונת הלם רעלי.[ דרוש ציטוט ] אבקות SAP משמשות גם לחסימת חדירת מים בכבלי חשמל ותקשורת תת-קרקעים, בבטון המתרפא מעצמו, בחומרי אגירת מים לגננות, לשליטה על פסולת נוזלית מימית וליצירת שלג מלאכותי לסרטי קולנוע והפקה בימתית. השימוש המסחרי הראשון היה בשנת 1978 ביפן לשימוש בתחבושות היגייניות לנשים ובציפוי מיטה חד פעמי לחולים סיעודיים בארצות הברית.

 היסטוריה 
עד שנות ה-20 של המאה ה-20, חומרים סופחי מים היו מוצרים על בסיס סיבים. האפשרויות היו נייר טישו, כותנה, ספוג ועיסת מוך. יכולת ספיגת המים של חומרים מסוג זה היא רק עד פי אחד עשר ממשקלם ורובו אובד בלחץ מתון.

בתחילת שנות ה-60, משרד החקלאות של ארצות הברית (USDA) בדק חומרים לשיפור חיסכון במים בקרקעות. הם פיתחו שרף המבוסס על קישור של הפולימר אקרילוניטריל על שלד של מולקולות עמילן. תוצר הידרוליזה של ההידרוליזה של הקו-פולימר עמילן-אקרילוניטריל הזה ספג מים בכמות הגדולה מפי 400 ממשקלו. בנוסף, הג'ל לא שחרר מים נוזליים כפי שעושים חומרים סופגים המבוססים על סיבים.

הפולימר זכה לכינוי "Super Slurper". משרד החקלאות העניק את הידע הטכני למספר חברות אמריקאיות לצורך פיתוח נוסף של הטכנולוגיה הבסיסית. נוסו מגוון רחב של שילובים, כולל שימוש בחומצה אקרילית, אקרילאמיד ופוליוויניל אלכוהול (PVA).

המחקר כיום הוכיח את יכולתם של חומרים טבעיים, כגון רב-סוכרים וחלבונים, להיות בעלי תכונות של סופר ספיגה במים טהורים ובתמיסת מלח (0.9% משקל) בדומה לפוליאקרילטים סינתטיים ביישומים הנוכחיים. הוכנו פולימרים סופר-סופגים של חלבון סויה /פולי-חומצה אקרילית בעלי חוזק מכני טוב.

 ייצור של קופולימרים 
פולימרים סופר-סופגים מיוצרים כיום מפילמור של חומצה אקרילית מעורבבת עם נתרן הידרוקסיד בנוכחות יזם ליצירת המלח נתרן פוליאקרילט. פולימר זה הוא הסוג הנפוץ ביותר של SAP המיוצר כיום בעולם.

חומרים אחרים משמשים גם לייצור פולימר סופג, כגון קופולימר פוליאקרילאמיד, קופולימר אתילן ואנהידריד מאלאי, קרבוקסימתיל צלולוזה מוצלבת, קופולימרים של אלכוהול ופוליוויניל, תחמוצת פוליאתילן מוצלבת וקופולימר של עמילן ופוליאקרילוניטריל. האחרון הוא אחד מסוגי ה-SAP הוותיקים ביותר שנוצרו.[ צריך ציטוט ]

כיום, פולימרים סופר-סופגים מיוצרים באחת משלוש שיטות עיקריות: פילמור ג'ל, פילמור בתרחיף או פילמור בתמיסה. לכל אחד מהתהליכים יש יתרונות משלו וכולם מניבים מוצר שאיכותו קבועה.

 פילמור ג'ל (GP) 
בתהליך זה מניחים על רצועה נעה או באמבטיה גדולה תערובת של חומצה אקרילית, מים, חומרים היוצרים קשרי הצלבה ויזמים המופעלים על ידי קרינת UV. התערובת הזאת מוסעת אל ריאקטור, שהוא חדר ארוך המצויד במנורות UV חזקות. קרינת ה-UV מתחילה את תגובות הפילמור וההצלבה. התוצר הוא גושים של ג'ל דביק המכיל 60% עד 70% מים. הגושים נגרסים או נטחנים ומונחים במתקני ייבוש. אפשר לרסס אותם בחומרים מצליבים נוספים וכך לקבל ״הצלבה על פני השטח״ - שמגדילה את יכולת הספיגה תחת עומס (AUL) או ספיגה כנגד לחץ (APP). שיטת פילמור זו משמשת ליצירת אבקות SAP המשמשות בייצור חיתולים חד פעמיים ומוצרי היגיינה חד פעמיים נוספים.

 פילמור בתמיסה 
פילמור בתמיסה הוא הנפוץ ביותר כיום לייצור קו-פולימרים מסוג SAP, במיוחד אלו עם המונומר הרעיל אקרילאמיד. התהליך הזה הוא יעיל וזול. משתמשים בו בתמיסה מימית של מונומר ליצירת הפולימר במצב ג׳ל. תגובת הפילמור היא אקסותרמית והאנרגיה שמשתחררת בתהליך משמשת להנעת התהליך ועוזרת להורדת עלויות הייצור. הג'ל שנוצר בתגובה נקצץ, מיובש ונטחן לקבלת גודל הגרגר הסופי. טיפולים להתאמת החומר לשימוש הסופי נעשים בדרך כלל לאחר קבלת הגרגר בגודלו הסופי.

פולימרים מומסים הם בעלי יכולת ספיגה דומה לשל הפולימרים הנמצאים בצורת גרגרים. ניתן לדלל אותם במים לפני השימוש ולספח אותם למוצרים המתאימים או לצפות בהם את המוצרים. לאחר ייבוש בטמפרטורה מתאימה, מקבלים מוצר מצופה ב-SAP. מצפים בדרך זו חוטים, כבלים ויריעות.

 פילמור בתרחיף (סספנסיה) 
תהליך הפילמור בתרחיף מתבצע על ידי חברות ספורות בלבד, כי הוא דורש רמה בקרת ייצור גבוהה במשך שלבי הפילמור. בתהליך הזה יוצרים תרחיף של המגיב המסיס במים בממס אורגני. בצורה זו מקבלים את חלקיקי הפולימר במכל התגובה ואין צורך בשלבים הנוספים ליצירת הגרגררים. גם תהליכי ההתאמה של הפולימר לשימוש הסופי יכולים להתבצע תוך כדי הפילמור או מיד אחריו.

שימושים
שלג מלאכותי לצילומים והפקות
נרות
חומרים מבוססי צמנט (כמו בטון)
שחרור מבוקר של קוטלי חרקים וקוטלי עשבים
חיתולים וחיתולים למבוגרים
ג'לים מעכבי אש
בקרה על שיטפונות
מערכות ניטור דלק בכלי תעופה ובכלי רכב
יצירת אפקטים בקסמים
מיטות מים ללא תנועה
רפידות כירורגיות
תוספי מזון
חבישת פצעים

כללי בטיחות
יש להרחיק מילדים מתחת לגיל 10.
יש להימנע ממגע החומר בפה ובחלל הפה, אין לבלוע. במקרה של בליעת אבקת SAP יש לשטוף את הפה במים ולאחר מכן לשתות, אין לגרום הקאה. ולאחר מכן יש לפנות לייעוץ רפואי.
יש להרכיב תמיד מגני עיניים בהתעסקות עם החומר.
אין לשאוף את האבקה. במקרה של שאיפה, יש לפנות לייעוץ רפואי.

 הערות שוליים 

קטגוריה:פולימרים