Darf ich Ihnen das SAP vorstellen, das Sie in letzter Zeit besonders interessiert hat? Superabsorbierendes Polymer (SAP) ist ein neuartiges Funktionspolymer. Es besitzt eine hohe Wasseraufnahmefähigkeit und kann Wasser aufnehmen, das um ein Vielfaches schwerer ist als sein eigenes Gewicht. Zudem zeichnet es sich durch eine hervorragende Wasserspeicherung aus. Sobald es Wasser absorbiert und zu einem Hydrogel aufquillt, lässt es sich selbst unter Druck nur schwer wieder trennen. Daher findet es vielfältige Anwendung in Bereichen wie Körperpflegeprodukten, der industriellen und landwirtschaftlichen Produktion sowie im Bauwesen.
Superabsorbierende Harze sind Makromoleküle mit hydrophilen Gruppen und vernetzter Struktur. Sie wurden erstmals von Fanta und anderen Unternehmen durch Pfropfung von Stärke mit Polyacrylnitril und anschließende Verseifung hergestellt. Je nach Ausgangsmaterial lassen sich Stärke- (gepfropft, carboxymethyliert usw.), Cellulose- (carboxymethyliert, gepfropft usw.) und synthetische Polymer-Serien (Polyacrylsäure, Polyvinylalkohol, Polyoxyethylen usw.) in verschiedene Kategorien einteilen. Im Vergleich zu Stärke und Cellulose bieten Polyacrylsäure-Superabsorberharze zahlreiche Vorteile wie niedrige Produktionskosten, einfache Herstellung, hohe Produktionseffizienz, starke Wasseraufnahmefähigkeit und lange Haltbarkeit. Sie sind daher aktuell ein Forschungsschwerpunkt auf diesem Gebiet.
Wie funktioniert dieses Produkt? Polyacrylsäure macht derzeit 80 % der weltweiten Produktion von Superabsorberharzen aus. Superabsorberharze sind im Allgemeinen Polymerelektrolyte mit hydrophilen Gruppen und einer vernetzten Struktur. Vor der Wasseraufnahme liegen die Polymerketten eng beieinander, sind verknäuelt und bilden durch Vernetzung ein Netzwerk, das für die Stabilität sorgt. Beim Kontakt mit Wasser dringen Wassermoleküle durch Kapillarwirkung und Diffusion in das Harz ein, wodurch die ionisierten Gruppen der Ketten im Wasser ionisiert werden. Aufgrund der elektrostatischen Abstoßung zwischen den gleichnamigen Ionen dehnt sich die Polymerkette und quillt auf. Da elektrische Neutralität erforderlich ist, können Gegenionen nicht aus dem Harz austreten. Der Konzentrationsunterschied der Ionen zwischen der Lösung innerhalb und außerhalb des Harzes erzeugt einen osmotischen Druck. Unter diesem Druck dringt weiteres Wasser in das Harz ein und bildet ein Hydrogel. Gleichzeitig begrenzen die vernetzte Struktur und die Wasserstoffbrückenbindungen des Harzes die unbegrenzte Ausdehnung des Gels. Enthält das Wasser geringe Mengen Salz, sinkt der osmotische Druck, und aufgrund der Abschirmwirkung der Gegenionen schrumpft die Polymerkette, was zu einer starken Verringerung der Wasseraufnahmekapazität des Harzes führt. Im Allgemeinen beträgt die Wasseraufnahmekapazität von Superabsorberharz in 0,9%iger NaCl-Lösung nur etwa ein Zehntel derjenigen von deionisiertem Wasser. Wasseraufnahme und Wasserretention sind zwei Aspekte desselben Problems. Lin Runxiong et al. haben diese thermodynamisch untersucht. Unter bestimmten Temperatur- und Druckbedingungen kann das Superabsorberharz spontan Wasser aufnehmen. Das Wasser dringt in das Harz ein und reduziert die freie Enthalpie des Gesamtsystems, bis ein Gleichgewicht erreicht ist. Entweicht Wasser aus dem Harz und erhöht die freie Enthalpie, ist dies der Stabilität des Systems abträglich. Die Differenzthermoanalyse zeigt, dass oberhalb von 150 °C noch 50 % des vom Superabsorberharz absorbierten Wassers im Gelnetzwerk eingeschlossen sind. Daher tritt selbst bei Druckbeaufschlagung unter Normaltemperatur kein Wasser aus dem Superabsorberharz aus, was durch dessen thermodynamische Eigenschaften bedingt ist.
Erklären Sie beim nächsten Mal den konkreten Zweck von SAP.
Veröffentlichungsdatum: 08.12.2021