პირველი საუბარი - სუპერშთამნთქმელი პოლიმერი

წარმოგიდგენთ SAP-ს, რომელიც ბოლო დროს უფრო მეტად გაინტერესებთ! სუპერშთამნთქმელი პოლიმერი (SAP) ფუნქციური პოლიმერული მასალის ახალი ტიპია. მას აქვს მაღალი წყლის შთანთქმის ფუნქცია, რომელიც შთანთქავს წყალს, რომელიც რამდენიმე ასეულიდან რამდენიმე ათასჯერ მძიმეა, ვიდრე თავად და აქვს შესანიშნავი წყლის შეკავების უნარი. მას შემდეგ, რაც ის შთანთქავს წყალს და შეშუპდება ჰიდროგელად, წყლის გამოყოფა რთულია, მაშინაც კი, თუ ის წნევის ქვეშაა. ამიტომ, მას ფართო გამოყენება აქვს სხვადასხვა სფეროში, როგორიცაა პირადი ჰიგიენის საშუალებები, სამრეწველო და სასოფლო-სამეურნეო წარმოება და სამოქალაქო ინჟინერია.

სუპერშთამნთქმელი ფისი წარმოადგენს ჰიდროფილური ჯგუფებისა და ჯვარედინი შეკავშირებული სტრუქტურის შემცველ მაკრომოლეკულების სახეობას. იგი თავდაპირველად Fanta-მ და სხვა კომპანიებმა მიიღეს სახამებლის პოლიაკრილონიტრილით დამყნობით და შემდეგ საპონიფიკაციით. ნედლეულის მიხედვით, რამდენიმე კატეგორიად იყოფა სახამებლის სერიები (დამყნობილი, კარბოქსიმეთილირებული და ა.შ.), ცელულოზის სერიები (კარბოქსიმეთილირებული, დამყნობილი და ა.შ.), სინთეზური პოლიმერების სერიები (პოლიაკრილის მჟავა, პოლივინილის სპირტი, პოლიოქსიეთილენის სერიები და ა.შ.). სახამებელთან და ცელულოზასთან შედარებით, პოლიაკრილის მჟავას სუპერშთამნთქმელ ფისს აქვს მრავალი უპირატესობა, როგორიცაა დაბალი წარმოების ღირებულება, მარტივი პროცესი, წარმოების მაღალი ეფექტურობა, წყლის შთანთქმის მაღალი უნარი და პროდუქტის ხანგრძლივი შენახვის ვადა. ის ამ სფეროში კვლევის ამჟამინდელ ცხელ წერტილად იქცა.

რა პრინციპით მუშაობს ეს პროდუქტი? ამჟამად, მსოფლიოში სუპერშთამნთქმელი ფისების წარმოების 80%-ს პოლიაკრილის მჟავა შეადგენს. სუპერშთამნთქმელი ფისი, როგორც წესი, პოლიმერული ელექტროლიტია, რომელიც შეიცავს ჰიდროფილურ ჯგუფს და ჯვარედინი შეკავშირებულ სტრუქტურას. წყლის შთანთქმამდე, პოლიმერული ჯაჭვები ერთმანეთთან ახლოსაა და ერთმანეთშია გადახლართული, ჯვარედინი შეკავშირებულია ქსელის სტრუქტურის შესაქმნელად, რათა მიღწეული იქნას საერთო დამაგრება. წყალთან კონტაქტისას, წყლის მოლეკულები კაპილარული მოქმედებითა და დიფუზიით აღწევენ ფისში, ხოლო ჯაჭვზე არსებული იონიზებული ჯგუფები წყალში იონიზდება. ჯაჭვზე არსებულ იმავე იონებს შორის ელექტროსტატიკური მოგერიების გამო, პოლიმერული ჯაჭვი იჭიმება და იშუპება. ელექტრული ნეიტრალიტეტის მოთხოვნის გამო, საპირისპირო იონებს არ შეუძლიათ ფისის გარეთ მიგრირება და ფისის შიგნით და გარეთ არსებულ ხსნარებს შორის იონების კონცენტრაციის სხვაობა ქმნის უკუოსმოსურ წნევას. უკუოსმოსური წნევის ზემოქმედებით, წყალი შემდგომში შედის ფისში და წარმოქმნის ჰიდროგელს. ამავდროულად, თავად ფისის ჯვარედინი შეკავშირებული ქსელური სტრუქტურა და წყალბადური ბმები ზღუდავს გელის შეუზღუდავ გაფართოებას. როდესაც წყალი შეიცავს მარილის მცირე რაოდენობას, უკუოსმოსური წნევა მცირდება და ამავდროულად, საპირისპირო იონის დამცავი ეფექტის გამო, პოლიმერული ჯაჭვი შეიკუმშება, რაც იწვევს ფისის წყლის შთანთქმის უნარის მნიშვნელოვნად შემცირებას. ზოგადად, 0.9%-იან NaCl ხსნარში სუპერშთამნთქმელი ფისის წყლის შთანთქმის უნარი დეიონიზებული წყლის მხოლოდ დაახლოებით 1/10-ია. წყლის შთანთქმა და წყლის შეკავება ერთი და იგივე პრობლემის ორი ასპექტია. ლინ რუნსიონგმა და სხვებმა ისინი თერმოდინამიკაში განიხილეს. გარკვეული ტემპერატურისა და წნევის დროს, სუპერშთამნთქმელ ფისს შეუძლია წყლის სპონტანურად შთანთქმა და წყალი შედის ფისში, რაც ამცირებს მთელი სისტემის თავისუფალ ენთალპიას წონასწორობის მიღწევამდე. თუ წყალი გამოდის ფისიდან, რაც ზრდის თავისუფალ ენთალპიას, ეს ხელს არ უწყობს სისტემის სტაბილურობას. დიფერენციალური თერმული ანალიზი აჩვენებს, რომ სუპერშთამნთქმელი ფისის მიერ შთანთქმილი წყლის 50% კვლავ გელის ქსელშია ჩასმული 150°C-ზე მაღალ ტემპერატურაზე. ამიტომ, ნორმალურ ტემპერატურაზე წნევის გამოყენების შემთხვევაშიც კი, წყალი არ გამოვა სუპერშთამნთქმელი ფისიდან, რაც განისაზღვრება სუპერშთამნთქმელი ფისის თერმოდინამიკური თვისებებით.

შემდეგ ჯერზე, მითხარი SAP-ის კონკრეტული დანიშნულება.