پلیمر ابرجاذب

بندانگشتی|پودر پلیمر اَبَرجاذب

**پلیمر اَبَرجاذب (SAP)** (همچنین **پودر لجن** نیز نامیده می‌شود) یک هموپولیمر یا کوپلیمر هیدروفیلی جاذب آب است که می‌تواند مقادیر بسیار زیادی از مایع را نسبت به جرم خود جذب و حفظ کند.

پلیمرهای جاذب آب که زمانی که مخلوط می‌شوند در گروه هیدروژل‌هادسته‌بندی می‌شوند، محلول‌های آبی را از طریق پیوند هیدروژن با مولکول‌های آب جذب می‌کنند. توانایی یک پلیمر اَبَرجاذب برای جذب آب به غلظت یونی محلول آبی بستگی دارد. در آب‌های دیونیزه و تقطیرشده، یک پلیمر اَبَرجاذب ممکن است تا برابر وزن خود را جذب کند (از ۳۰ تا ۶۰ برابر حجم خود) و می‌تواند تا %۹۹٫۹ مایع شود، و هنگامی که در یک محلول نمکی %۰٫۹ قرار می‌گیرد، جذب آن تا حدود ۵۰ برابر وزن آن کاهش می‌یابد.*<sup>[[ویکی‌پدیا:نیازمند منبع|نیازمند منبع]]</sup>*]&#x5B;*<sup>[[ویکی‌پدیا:نیازمند منبع|نقل قول مورد نیاز است]]</sup>*] وجود کاتیون‌های والانس در محلول مانع از توانایی پلیمر برای پیوند با مولکول آب می‌شود.

حداکثر جذب پلیمرهای اَبَرجاذب و ظرفیت تورم آن با نوع و درجهٔ پیوندهای متقاطع که برای ایجاد ژل استفاده می‌شوند کنترل می‌شود. پلیمرهای اَبَرجاذب متقاطع با چگالی پایین، معمولاً ظرفیت جذب بالاتری دارند و تا درجه بیشتری متورم می‌شوند. این نوع از پلیمرهای اَبَرجاذب ژل نرم‌تر و چسبنده‌تری نیز دارد. پلیمرهای متقاطع با چگالی بالا، ظرفیت جذب و تورم کمتری دارند ولی قدرت ژل بیشتر است و می‌تواند شکل ذرات را حتی تحت فشار متوسط حفظ کند.
بندانگشتی|تعریف IUPAC برای پلیمر اَبَرجاذب
پلیمرهای اَبَرجاذب به منظور جلوگیری از انحلال به صورت شبکه‌ای به هم متصل می‌شوند. سه کلاس اصلی از این نوع پلیمرها وجود دارد:

# پلی اکریلات‌های شبکه‌ای و پلی‌اکریلامیدها
# کوپلیمرهای پیوند نشاسته اکریلونیتریل یا سلولز
۳. کوپلیمرهای متقاطع مالئیک آنیدرید

بزرگ‌ترین استفاده پلیمرهای اَبَرجاذب در ساخت لوازم بهداشتی یکبار مصرف مانند پوشک کودک، پوشک بزرگسالان و دستمال بهداشتیاست. استفاده از پلیمرهای اَبَرجاذب در تامپون‌ها به دلیل نگرانی در مورد ارتباط با سندرم شوک سمی در دهه ۱۹۸۰ متوقف شد.*<sup>[[ویکی‌پدیا:نیازمند منبع|نیازمند منبع]]</sup>*]&#x5B;*<sup>[[ویکی‌پدیا:نیازمند منبع|نقل قول مورد نیاز است]]</sup>*] پلیمرهای اَبَرجاذب همچنین برای مسدود کردن نفوذ آب در برق‌کشی‌های زیرزمینی یا کابل ارتباطات، بتن خودترمیم‌شونده، وسایل کنترل آب باغبانی، کنترل هدررفت مایعات و برف مصنوعی مورد استفاده برای تولید فیلم و صحنه نمایش استفاده می‌شوند. اولین استفاده تجاری آن در سال ۱۹۷۸ برای استفاده در دستمال‌های زنانه در ژاپن و پوشش‌های یکبار مصرف تخت برای بیماران خانه سالمندان در ایالات متحده بود. کاربردهای اولیه در بازار ایالات متحده با تولیدکنندگان کوچک منطقه‌ای پوشک و همچنین کیمبرلی کلارک بود.

= تاریخچه =
تا دهه ۱۹۲۰، مواد جاذب آب محصولاتی بر پایه فیبر بودند. محصولات موجود دستمال کاغذی، پنبه، اسفنج و پالپ کرکی بودند. ظرفیت جذب آب این نوع مواد فقط تا یازده برابر وزن آن‌ها است که بیشتر آن تحت فشار متوسط از دست می‌رود.

در اوایل دهه ۱۹۶۰، وزارت کشاورزی ایالات متحده (USDA) در حال انجام تحقیاتی بر روی موادی برای بهبود حفاظت از آب موجود در خاک بود. آن‌ها یک رزین بر اساس پیوند اکریلونیتریل پلیمرهای روی مولکول‌های ستون فقرات نشاسته (یعنی پیوند نشاسته) ساختند. محصول آبکافت شده هیدرولیز این پلیمر نشاسته اکریلونیتریل جذب آب بیش از ۴۰۰ برابر وزن خود را دارد. همچنین، این ژل مایع را به همان شیوه‌ای که جذب کننده‌های مبتنی بر فیبر آزاد می‌کنند، آزاد نمی‌کند.

این پلیمر به نام "Super Slurper" شناخته شد. وزارت کشاورزی آمریکا این دانش فنی را به چندین شرکت آمریکایی برای توسعه بیشتر این فناوری بنیادین داد. طیف وسیعی از ترکیب‌های این پیوند با استفاده از اسید اکریلیک، آکریلامید و پلی وینیل الکل(PVA) ساخته شد.

تحقیقات اخیر توانایی مواد طبیعی را ثابت کرده‌اند، به عنوان مثال پلی‌ساکاریدها و پروتئین‌ها خواص اَبَرجاذب را در آب خالص و محلول نمک (%0.9 wt.) ایجاد می‌کنند در همان محدوده‌ای که پلی‌اکریلات‌های مصنوعی در کاربردهای کنونی انجام می‌دهند. پلیمرهای اَبَرجاذب پروتئین سویا/پلی‌اکریلیک اسید با استحکام مکانیکی خوب تهیه شده‌اند. پلی‌اکریلات/پلی‌اکریلامید کوپلیمرها در اصل برای استفاده در شرایطی با محتوای الکترولیت/معدنی بالا و نیاز به ثبات طولانی مدت از جمله چرخه‌های مرطوب/خشک متعدد طراحی شده بودند. لازم است ذکر شود که در کشاورزی و باغبانی نیز کاربرد دارند. با قدرت اضافه‌شده از منومر اکریلامید، به عنوان کنترل نشت پزشکی و مسدود کردن آب سیم و کابل استفاده می‌شود.

= شیمی کوپلیمر =
پلیمرهای اَبَرجاذب در حال حاضر معمولاً از پلیمریزاسیون اکریلیک اسید مخلوط با سدیم هیدروکسید در حضور یک آغازگر واکنش ساخته می‌شوند تا یک پلی‌اکریلیک اسید نمک سدیم را تشکیل دهند (گاهی به عنوان سدیم پلی‌اکریلات). این پلیمر رایج‌ترین نوع پلیمر اَبَرجاذب ساخته‌شده در جهان امروز است. طبق گزارش اداره غذا و داروی ایالات متحده، سدیم پلی‌اکریلات در لیست افزودنی‌های غذایی ذکر شده است و محدودیت‌های سختگیرانه‌ای برای آن وجود دارد.

مواد دیگر نیز برای ساخت یک پلیمر اَبَرجاذب مانند کوپلیمر پلی‌اکریل آمید استفاده می‌شود، کوپلیمر اتیلن مالئیک آنیدرید، کربوکسی متیل سلولز با پیوندهای متقاطع، کوپلیمرهای پلی‌وینیل الکل، پلی‌اتیلن اکسید با پیوندهای متقاطع، و نشاسته پیوند کوپلیمر از پلی‌اکریلونیتریل و تعدادی موارد دیگر که به آن‌ها اشاره نمی‌شود. لازم است ذکر شود که دومین مورد یکی از قدیمی‌ترین پلیمرهای اَبَرجاذب ساخته شده است.*<sup>[[ویکی‌پدیا:نیازمند منبع|نیازمند منبع]]</sup>*]&#x5B;*<sup>[[ویکی‌پدیا:نیازمند منبع|نقل قول مورد نیاز است]]</sup>*]

امروزه پلیمرهای فراجاذب با استفاده از یکی از سه روش اصلی زیر ساخته می‌شوند: پلیمریزاسیون ژل، پلیمریزاسیون تعلیقی یا پلیمریزاسیون محلول. هر یک از فرایندها مزایای مربوط به خود را دارند اما همه آن‌ها کیفیت محصول را به ثبات می‌رسانند.

= پلیمریزاسیون ژل =
بندانگشتی|هیدروژل
مخلوطی از اکریلیک اسید، آب، عوامل متقاطع و مواد شیمیایی آغازگر فرابنفش مخلوط شده و روی تسمه‌های متحرک یا در وان‌های بزرگ قرار می‌گیرند. مخلوط مایع سپس به یک راکتور می‌رود که یک محفظه طولانی با یک سری از چراغ‌های اشعه فرابنفش قوی است. اشعه فرابنفش باعث پلیمریزاسیون و واکنش‌های متقابل می‌شود. محصول خروجی شبیه «الوارهایی» می‌شود که از یک ژل چسبنده که حاوی ۶۰–۷۰٪ آب است ساخته شده است. این الوارها خرد یا آسیاب می‌شوند و پس از آن در انواع مختلفی از خشک‌کن‌ها قرار می‌گیرند. عامل ایجاد کننده پیوند متقابل ممکن است بر روی سطح افشانده شود. این «پیوند متقابل سطحی» توانایی محصول را برای تورم تحت فشار افزایش می‌دهد. این خاصیت به عنوان جذب تحت بار (AUL) یا جذب در برابر فشار (AAP) اندازه‌گیری می‌شود. سپس ذرات پلیمری خشک شده برای توزیع مناسب اندازه ذرات و بسته‌بندی غربالگری می‌شوند. روش پلیمریزاسیون ژل (GP) در حال حاضر محبوب‌ترین روش برای ساخت پلیمرهای فوق جاذب سدیم پلی‌اکریلات است که اکنون در پوشک کودک و سایر مواد بهداشتی یکبار مصرف استفاده می‌شود.

= پلیمریزاسیون محلول =
پلیمرهای انحلال جذب یک پلیمر دانه‌ای را که به شکل محلول غنی‌سازی شده است را ارائه می‌دهند. محلول‌ها را می‌توان قبل از استفاده با آب رقیق کرد و این محلول می‌تواند بیشتر بسترها را بپوشاند یا اشباع کند. پس از خشک شدن در دمای خاص برای یک زمان مشخص، سطح حاصل یک بستر پوشش داده شده با قابلیت جذب بسیار بالا است. به عنوان مثال، این فرایند را می‌توان مستقیماً روی سیم‌ها و کابل‌ها نیز اعمال کرد، اگرچه این روش به‌طور خاص برای استفاده در بسترهای ورقه‌ای یا استوانه‌ای بهینه شده است.

پلیمریزاسیون مبتنی بر انحلال امروزه معمولاً برای تولید پلیمر فوق جاذب از کوپلیمرها، به خصوص آن‌هایی که دارای مونومر اکریلامید سمی هستند، استفاده می‌شود. این فرایند بازدهی بالایی دارد و به‌طور کلی سرمایه اولیه کمتری نیاز دارد. فرایند انحلال از یک محلول مونومر آب پایه برای تولید ژل پلیمریزه واکنش‌دهنده استفاده می‌کند. انرژی واکنش اگزوترم خود پلیمریزاسیون برای هدایت بیشتر فرایند استفاده می‌شود و به کاهش هزینه تولید کمک می‌کند. سپس ژل پلیمری واکنش‌دهنده خرد می‌شود، خشک می‌شود و به اندازه دانه نهایی گرانول آن آسیاب می‌شود. هر گونه فرایند برای بهبود عملکرد پلیمر فوق جاذب معمولاً پس از ایجاد اندازه نهایی گرانول آن انجام می‌شود.

= پلیمریزاسیون تعلیق =
این روش تعلیق تنها توسط چند شرکت انجام می‌شود زیرا این روش نیاز به کنترل بیشتری در تولید و مهندسی محصول در طول مرحله پلیمریزاسیون دارد. این فرایند واکنش دهنده آب پایه را در یک حلال مبتنی بر هیدروکربن معلق می‌کند. نتیجه نهایی پلیمریزاسیون تعلیق این است که ذره پلیمری اولیه را در راکتور به جای فرایند مکانیکی در مراحل پس از واکنش ایجاد می‌کند. همچنین می‌توان در مرحله واکنش یا درست بعد از آن عملکرد را بهبود بخشید.

= هواپیمایی =
در ۱۳ آوریل ۲۰۱۰، پرواز ۷۸۰ کاتای پسفیک از سورابایا به هنگ کنگ در هنگام فرود در فرودگاه بین‌المللی هنگ کنگ با واماندگی (stall) هر دو موتور مواجه شد اما هواپیما کاملاً سالم و بدون هیچ تلفاتی فرود آمد. تحقیقات نشان دادند که کره‌های پلیمری فوق جاذب(SAP) موجود در یک جزء از مانیتور فیلتر سوخت نصب شده در یک دستگاه سوخت‌گیری فرودگاه بین‌المللی اوگاندا باعث شد که دریچه‌های اندازه‌گیری اصلی سوخت مسدود شوند. آن‌ها متوجه شدند که آب نمک، منبع سوخت فرودگاه بین‌المللی اوگاندا را آلوده کرده بود، که این ناخالصی منجر به آسیب به مانیتورهای فیلتر و آزاد شدن کره‌های SAP و ورود آن‌ها به سوخت هواپیما و خطوط اصلی تأمین سوخت شد.

= کاربردها =
بندانگشتی|توپ‌های پلیمری منبسط شده
* برف مصنوعی برای تولید فیلم و صحنه
* شمع‌ها
* مواد مبتنی بر سیمان (مانند بتن)
* کامپوزیت‌ها و لمینت‌ها
* انتشار کنترل شده حشره کش‌ها و علف کش‌ها
* پوشک و پوشک بزرگسالان
* منبع آب بدون غرق شدن برای حشرات تغذیه کننده
* خاک ژله‌ای
* میکروسکوپ انبساط
* کاربردهای فیلتراسیون
* ژل ضد حریق
* کنترل سیل
* حامل عطر
* نوار قورباغه (نوار پوششی با تکنولوژی بالا که برای استفاده با رنگ لاتکس طراحی شده است)
* سیستم‌های نظارت بر سوخت در هوانوردی و وسایل نقلیه
* گلوله‌های ژله‌ای (ترکیبی بین توپ پینت بال و گلوله ایر سافت؛ مورد استفاده در چین)
* بسته‌های گرم و سرد درمانی
* جلوه‌های جادویی
* انجماد زباله‌های پزشکی
* تخت‌های آب بدون حرکت
* خاک گلدان
* کنترل نشت
* پدهای جراحی
* تثبیت زباله و اصلاح محیط
* پدهای جاذب آب
* خاک ژله‌ای
* حفظ آب برای تأمین آب گیاهان
* انسداد آب سیم و کابل
* پانسمان زخم
* افزودنی‌های غذایی

= جستارهای وابسته =
* پلیمر
* ژل
* پلیمریزاسیون
* پلی‌اکریلات سدیم

## پانویس

## منابع
* 
* 
* 

= پیوند به بیرون =
* Nonwovens Containing Immobilized Superabsorbent Polymer Particles

رده:مقاله‌های ایجادشده توسط ایجادگر