초흡수성 폴리머
Superabsorbent polymer
초흡수성 폴리머(SAP)는 자체 [1]질량에 비해 매우 많은 양의 액체를 흡수하고 유지할 수 있는 흡수성 폴리머입니다.
혼합하면 [2]하이드로겔로 분류되는 흡수성 고분자는 물 분자와 수소 결합을 통해 수용액을 흡수한다.SAP의 수분 흡수 능력은 수용액의 이온 농도에 따라 달라집니다.탈이온 및 증류수에서 SAP은 무게의[3] 300배(자체 부피의 30배에서 60배)를 흡수하여 최대 99.9%의 액체가 될 수 있으며, 0.9%의 식염수에 넣으면 흡수율이 무게의 [citation needed]약 50배까지 떨어집니다.용액에 원자가 양이온의 존재는 물 분자와 결합하는 폴리머의 능력을 방해합니다.
SAP의 총 흡수와 팽창 용량은 젤을 만드는 데 사용되는 가교제의 유형과 정도에 따라 결정됩니다.저밀도 가교 SAP은 일반적으로 흡수 능력이 높고 더 크게 팽창합니다.이러한 유형의 SAP는 또한 더 부드럽고 끈적끈적한 겔 형성을 가지고 있습니다.고교차밀도 폴리머는 흡수능력이 낮아지고 팽창하며 겔강도가 단단해져 약간의 압력에도 입자형상을 유지할 수 있다.
SAP의 가장 큰 사용량은 유아 기저귀, 성인 기저귀 및 [4]생리대와 같은 개인 일회용 위생 제품에서 찾을 수 있습니다.SAP는 1980년대 독성 [citation needed]쇼크 증후군과의 연관성에 대한 우려로 탐폰 사용이 중단되었다.SAP는 또한 지하 전력 또는 통신 케이블, 자가 치유 콘크리트,[5][6] 원예용 보수제, 유출 및 폐수액 제어, 영화 및 무대 제작을 위한 인공 눈 등의 수분 침투 차단에도 사용됩니다.1978년 일본에서는 여성용 냅킨에, 미국에서는 요양원 환자용 일회용 침대 라이너에 최초로 상업적으로 사용되었으며, 초기 미국 시장에서는 킴벌리 [7]클락뿐만 아니라 소규모 지역의 기저귀 제조업체에 적용되었다.
초흡수성 폴리머:자체 [8]질량에 비해 매우 많은 양의 액체를 흡수하고 유지할 수 있는 폴리머입니다.주의:
- 흡수되는 액체는 물이나 유기 액체일 수 있습니다.
- 초흡수성 폴리머의 팽창비는 1000:1에 이를 수 있다.
- 물용 초흡수성 폴리머는 고분자 전해질인 경우가 많다.
역사
1920년대까지 흡수성 물질은 섬유 기반의 제품이었다.티슈 페이퍼, 면, 스폰지, 보풀 펄프가 선택되었습니다.이러한 유형의 재료의 흡수 용량은 무게의 최대 11배에 불과하며 대부분의 재료는 적당한 압력으로 손실됩니다.
1960년대 초, 미국 농무부(USDA)는 토양의 물 보존을 개선하기 위한 재료 작업을 수행하고 있었다.그들은 아크릴로니트릴 폴리머를 녹말 분자의 골격에 접목하는 것을 기반으로 한 수지를 개발했다(즉, 녹말 이식).이 전분-아크릴로니트릴 공동 중합체의 가수 분해 생성물은 무게의 400배 이상의 수분 흡수를 제공했다.또한, 겔은 섬유질 흡착제처럼 액체 상태의 물을 방출하지 않았다.
그 폴리머는 "슈퍼 슬러퍼"로 알려지게 되었다.USDA는 기본 기술의 추가 개발을 위해 여러 미국 기업에 기술 노하우를 제공했습니다.아크릴산, 아크릴아미드 및 폴리비닐알코올(PVA)을 이용한 작업을 포함하여 광범위한 접목 조합이 시도되었습니다.
오늘의 연구는 천연 물질(예: 다당류 및 단백질)이 순수한 물과 식염수(0.9 중량)에서 합성 폴리아크릴산염과 동일한 [9]범위 내에서 초흡수성 특성을 수행할 수 있다는 것을 증명했다.기계적 강도가 뛰어난 콩단백질/폴리(아크릴산) 초흡수성 폴리머를 [10]제조했다.폴리아크릴레이트/폴리아크릴아미드 공중합체는 원래 전해질/미량 함량이 높고 수많은 습식/건식 사이클을 포함한 장기적인 안정성이 필요한 조건에서 사용하도록 설계되었습니다.용도에는 농업과 원예가 포함된다.의료용 유출 제어로 사용되는 아크릴아미드 모노머의 강도를 더하여 와이어 및 케이블 워터 차단.
공중합체 화학
현재 초흡수성 폴리머는 일반적으로 폴리 아크릴산 나트륨 소금(일명 폴리아크릴산나트륨이라고도 함)을 형성하기 위해 수산화나트륨과 혼합된 아크릴산의 중합으로 만들어집니다.이 폴리머는 오늘날 세계에서 가장 흔한 유형의 SAP입니다.미국 식품의약국에 따르면 폴리아크릴산나트륨은 식품첨가물 상태 목록에 등재돼 있어 엄격한 [11]제한이 있다.
폴리아크릴아미드공중합체, 무수 에틸렌말레인산공중합체, 가교카르복시메틸셀룰로오스, 폴리비닐알코올공중합체, 가교폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴의 전분접편공중합체 등의 초흡수성 폴리머를 제조하기 위해서도 사용된다.후자는 가장 오래된 SAP 폼 중 하나입니다.
오늘날 초흡수성 폴리머는 겔 중합, 현탁 중합 또는 용액 중합이라는 세 가지 주요 방법 중 하나를 사용하여 만들어집니다.각 공정은 각각의 장점이 있지만 모두 일관된 품질의 제품을 생산합니다.
겔 중합
아크릴산, 물, 가교제 및 UV 개시제의 혼합물을 혼합하여 이동 벨트 또는 대형 욕조에 배치한다.액체 혼합물은 일련의 강한 자외선이 있는 긴 챔버인 "리액터"로 들어갑니다.자외선은 중합반응과 가교반응을 일으킨다.결과적으로 발생하는 "로그"는 60~70%의 수분을 함유한 끈적끈적한 젤입니다.통나무를 잘게 썰거나 갈아서 다양한 종류의 건조기에 넣는다.추가적인 가교제를 입자 표면에 분사할 수 있습니다. 이 "표면 가교"는 제품의 압력 하에서 팽창하는 능력을 증가시킵니다. 즉, AUL(Absorbency Under Load) 또는 AAP(Absorbancy Against Pressure)로 측정됩니다.건조된 고분자 입자는 적절한 입자 크기 분포 및 포장을 위해 선별됩니다.겔 중합법(GP)은 현재 유아 기저귀 및 기타 일회용 위생 물품에 사용되는 폴리아크릴산나트륨 초흡수성 폴리머를 만드는 가장 인기 있는 방법이다.
용액 중합
용액 폴리머는 용액 형태로 공급되는 입상 폴리머의 흡수성을 제공합니다.용액을 도포하기 전에 물로 희석하여 대부분의 기질을 코팅하거나 포화시킬 수 있습니다.특정 온도에서 일정 시간 건조하면 초흡수성 코팅 기판이 된다.예를 들어, 이 화학은 압연 제품이나 시트 기판과 같은 부품에 사용하도록 특별히 최적화되어 있지만 와이어와 케이블에 직접 적용할 수 있습니다.
용액 기반 중합은 오늘날 특히 독성 아크릴아미드 모노머를 가진 공동 고분자의 SAP 제조에 일반적으로 사용됩니다.이 프로세스는 효율적이며 일반적으로 자본 비용 기반이 낮습니다.용액 공정은 수성 모노머 용액을 사용하여 반응물 중합 겔 덩어리를 생성합니다.중합 자체의 발열 반응 에너지는 공정의 대부분을 구동하는 데 사용되어 제조 비용을 절감하는 데 도움이 됩니다.그런 다음 반응성 폴리머 겔을 잘게 썰고 건조시킨 다음 최종 과립 크기로 분쇄합니다.SAP의 성능 특성을 개선하기 위한 처리는 대개 최종 과립 크기를 생성한 후에 수행됩니다.
서스펜션 중합
중합 공정에서 높은 수준의 생산 제어와 제품 엔지니어링이 필요하기 때문에 현탁 공정은 일부 업체에서만 시행됩니다.이 프로세스는 탄화수소 기반 용매에 수성 반응물을 현탁시킵니다.최종 결과는 현탁 중합이 반응 후 단계에서 기계적으로 생성되지 않고 원자로에 1차 폴리머 입자를 생성한다는 것이다.성능 향상은 반응 단계 중 또는 직후에 이루어질 수도 있습니다.
사용하다
- 영화나 무대 연출용 인공눈
- 캔들
- 시멘트 기반 재료(예: 콘크리트)[12]
- 컴포지트 및 라미네이트
- 살충제 및 제초제 방출 관리
- 기저귀 및 성인 기저귀
- 먹이 곤충을 위한 익사 없는 수원
- 확장형 물놀이 완구
- 확장 현미경법
- 여과 응용 프로그램
- 난연성 젤
- 홍수 제어
- 향기 운반체
- 개구리 테이프(라텍스 페인트와 함께 사용하도록 설계된 첨단 마스킹 테이프)
- 항공 및 차량의 연료 모니터링 시스템
- 겔 볼 슈터(페인트볼과 에어소프트의 교배,[13] 중국에서 사용)
- 온열 및 냉열 테라피 팩
- 마법 효과
- 의료폐기물 응고
- 무동수상
- 화분용 흙
- 유출 제어
- 수술용 패드
- 폐기물 안정화 및 환경정비
- 흡수 패드
- 워터젤
- 식물에 물을 공급하기 위한 수분 유지
- 전선 및 케이블 물 차단
- 상처[14] 붕대
- 식품첨가물[15][16]
「 」를 참조해 주세요.
인용문
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레퍼런스
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