El polímero superabsorbente (SAP) (también llamado granizado en polvo ) puede absorber y retener cantidades extremadamente grandes de un líquido en relación con su propia masa. [1]
Los polímeros absorbentes de agua , que se clasifican como hidrogeles cuando se mezclan, [2] absorben soluciones acuosas mediante enlaces de hidrógeno con moléculas de agua. La capacidad de un SAP para absorber agua depende de la concentración iónica de la solución acuosa. En desionizada y destilada agua , un SAP pueden absorber 300 veces su peso [3] (de 30 a 60 veces su propio volumen) y puede llegar a ser de hasta 99,9% de líquido, pero cuando se ponen en una solución salina al 0,9%, la capacidad de absorción se reduce a aproximadamente 50 veces su peso. [ cita requerida ] La presencia de cationes de valencia en la solución impide la capacidad del polímero para unirse con la molécula de agua.
La absorbencia total y la capacidad de hinchamiento están controladas por el tipo y grado de reticulantes utilizados para fabricar el gel . Los SAP reticulados de baja densidad generalmente tienen una mayor capacidad absorbente y se hinchan en mayor grado. Estos tipos de SAP también tienen una formación de gel más suave y pegajosa. Los polímeros de alta densidad de reticulación exhiben una menor capacidad absorbente y se hinchan, pero la fuerza del gel es más firme y puede mantener la forma de las partículas incluso bajo una presión moderada.
El mayor uso de SAP se encuentra en productos de higiene personal desechables , como pañales para bebés , pañales para adultos y toallas sanitarias . [4] Se suspendió el uso de SAP en tampones debido a la preocupación de la década de 1980 sobre un vínculo con el síndrome de choque tóxico . [ cita requerida ] SAP también se usa para bloquear la penetración de agua en cables subterráneos de energía o comunicaciones, en concreto autocurativo, [5] [6] agentes de retención de agua hortícolas , control de derrames y desechos de fluidos acuosos y nieve artificial para películas cinematográficas y producción escénica. El primer uso comercial fue en 1978 para su uso en servilletas femeninas en Japón y forros de cama desechables para pacientes de hogares de ancianos en los EE. UU. Las primeras aplicaciones en el mercado estadounidense fueron con pequeños fabricantes regionales de pañales, así como con Kimberly Clark . [7]
Notas:
- El líquido absorbido puede ser agua o un líquido orgánico.
- La relación de hinchamiento de un polímero superabsorbente puede alcanzar el orden de 1000: 1.
- Los polímeros superabsorbentes para agua son frecuentemente polielectrolitos.
Historia
Hasta la década de 1920, los materiales absorbentes de agua eran productos a base de fibras. Las opciones fueron papel de seda , algodón, esponja y pulpa esponjosa. La capacidad de absorción de agua de este tipo de materiales es solo hasta 11 veces su peso y la mayor parte se pierde bajo presión moderada.
A principios de la década de 1960, el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) estaba trabajando en materiales para mejorar la conservación del agua en los suelos. Desarrollaron una resina basada en el injerto de polímero de acrilonitrilo en la columna vertebral de las moléculas de almidón (es decir, injerto de almidón). El producto hidrolizado de la hidrólisis de este copolímero de almidón-acrilonitrilo dio una absorción de agua superior a 400 veces su peso. Además, el gel no liberó agua líquida como lo hacen los absorbentes a base de fibra.
El polímero llegó a ser conocido como "Super Slurper". El USDA entregó los conocimientos técnicos a varias empresas estadounidenses para un mayor desarrollo de la tecnología básica. Se intentó una amplia gama de combinaciones de injertos, incluido el trabajo con ácido acrílico , acrilamida y alcohol polivinílico (PVA).
La investigación actual ha demostrado la capacidad de los materiales naturales, por ejemplo, polisacáridos y proteínas, para realizar propiedades superabsorbentes en agua pura y solución salina (0,9% en peso) dentro del mismo rango que los poliacrilatos sintéticos en las aplicaciones actuales. [9] Se han preparado polímeros superabsorbentes de proteína de soja / poli (ácido acrílico) con buena resistencia mecánica. [10] Los copolímeros de poliacrilato / poliacrilamida se diseñaron originalmente para su uso en condiciones con alto contenido de electrolitos / minerales y una necesidad de estabilidad a largo plazo, incluidos numerosos ciclos húmedo / seco. Los usos incluyen agricultura y horticultura. Con la fuerza adicional del monómero de acrilamida, utilizado como control de derrames médicos, bloqueo de agua de alambres y cables.
Química de copolímeros
Los polímeros superabsorbentes se fabrican ahora comúnmente a partir de la polimerización de ácido acrílico mezclado con hidróxido de sodio en presencia de un iniciador para formar una sal de sodio de ácido poli-acrílico (a veces denominado poliacrilato de sodio ). Este polímero es el tipo de SAP más común fabricado en el mundo actual. Según la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU., El poliacrilato de sodio figura en la Lista de estado de aditivos alimentarios, pero existen limitaciones estrictas. [11]
También se utilizan otros materiales para fabricar un polímero superabsorbente, como copolímero de poliacrilamida, copolímero de etileno anhídrido maleico , carboximetilcelulosa reticulada , copolímeros de alcohol polivinílico, óxido de polietileno reticulado y copolímero de poliacrilonitrilo injertado con almidón, por nombrar algunos. Este último es uno de los formularios SAP más antiguos creados.
Hoy en día, los polímeros superabsorbentes se fabrican utilizando uno de los tres métodos principales: polimerización en gel, polimerización en suspensión o polimerización en solución . Cada uno de los procesos tiene sus respectivas ventajas, pero todos producen una calidad constante de producto.
Polimerización en gel
Se mezcla una mezcla de ácido acrílico, agua, agentes de reticulación y químicos iniciadores de UV y se coloca en una cinta móvil o en tinas grandes. La mezcla líquida luego entra en un "reactor" que es una cámara larga con una serie de fuertes luces ultravioleta. La radiación ultravioleta impulsa las reacciones de polimerización y reticulación. Los "troncos" resultantes son geles pegajosos que contienen 60-70% de agua. Los troncos se trituran o muelen y se colocan en varios tipos de secadores. Se puede rociar un agente reticulante adicional sobre la superficie de las partículas; este "entrecruzamiento de la superficie" aumenta la capacidad del producto para hincharse bajo presión, una propiedad que se mide como Absorbencia bajo carga (AUL) o Absorbencia contra presión (AAP). A continuación, las partículas de polímero secas se tamizan para determinar la distribución y el empaquetado del tamaño de partícula adecuados. El método de polimerización en gel (GP) es actualmente el método más popular para fabricar los polímeros superabsorbentes de poliacrilato de sodio que se utilizan ahora en pañales para bebés y otros artículos higiénicos desechables.
Polimerización en solución
Los polímeros en solución ofrecen la absorbencia de un polímero granular suministrado en forma de solución. Las soluciones se pueden diluir con agua antes de la aplicación y pueden cubrir la mayoría de los sustratos o usarse para saturarlos. Después de secar a una temperatura específica durante un tiempo específico, el resultado es un sustrato revestido con superabsorbencia. Por ejemplo, esta química se puede aplicar directamente sobre alambres y cables, aunque está especialmente optimizada para su uso en componentes como productos laminados o sustratos en láminas.
La polimerización basada en solución se usa comúnmente hoy en día para la fabricación de copolímeros de SAP, particularmente aquellos con el monómero de acrilamida tóxico. Este proceso es eficiente y generalmente tiene una base de costos de capital más baja. El proceso de solución utiliza una solución de monómero a base de agua para producir una masa de gel polimerizado reactivo. La propia energía de reacción exotérmica de la polimerización se utiliza para impulsar gran parte del proceso, lo que ayuda a reducir los costos de fabricación. A continuación, el gel de polímero reactivo se corta, se seca y se muele hasta su tamaño de gránulo final. Cualquier tratamiento para mejorar las características de rendimiento del SAP generalmente se logra después de que se crea el tamaño de gránulo final.
Polimerización en suspensión
El proceso de suspensión lo practican solo unas pocas empresas porque requiere un mayor grado de control de producción e ingeniería del producto durante la etapa de polimerización. Este proceso suspende el reactivo a base de agua en un disolvente a base de hidrocarburo. El resultado neto es que la polimerización en suspensión crea la partícula de polímero primaria en el reactor en lugar de mecánicamente en las etapas posteriores a la reacción. También se pueden realizar mejoras en el rendimiento durante o justo después de la etapa de reacción.
Usos
- Nieve artificial para producciones cinematográficas y teatrales
- Velas
- Materiales a base de cemento (por ejemplo, hormigón) [12]
- Compuestos y laminados
- Liberación controlada de insecticidas y herbicidas
- Pañales y pañales para adultos
- Fuente de agua que no se ahoga para los insectos que se alimentan
- Microscopía de expansión
- Aplicaciones de filtración
- Gel ignífugo
- Control de inundaciones
- Portador de fragancia
- Cinta de rana (cinta de enmascarar de alta tecnología diseñada para usarse con pintura de látex)
- Sistemas de control de combustible en aviación y vehículos.
- Tiradores de bolas de gel (un cruce entre paintball y airsoft ; utilizado en China) [13]
- Juguetes para crecer en el agua
- Paquetes de terapia de frío y calor
- Efectos mágicos
- Solidificación de desechos médicos
- Camas de agua inmóviles
- Tierra para macetas
- Control de derrames
- Almohadillas quirúrgicas
- Estabilización de residuos y remediación ambiental
- Almohadillas absorbentes de agua
- Retención de agua para suministrar agua a las plantas.
- Bloqueo de agua de alambres y cables
- Vendajes para heridas [14]
- Aditivos alimentarios [15] [16]
Ver también
- Poliacrilato de sodio
- Poliacrilato de potasio
Citas
- ^ Horie, K y col. , 890.
- ^ Kabiri, K. (2003). "Síntesis de hidrogeles superabsorbentes de rápido hinchamiento: efecto del tipo de reticulante y concentración sobre la porosidad y la tasa de absorción". Revista europea de polímeros . 39 (7): 1341-1348. doi : 10.1016 / S0014-3057 (02) 00391-9 .
- ^ Mignon, Arn; Vermeulen, Jolien; Snoeck, Didier; Dubruel, Peter; Van Vlierberghe, Sandra; De Belie, Nele (28 de octubre de 2017). "Propiedades mecánicas y autocurativas de materiales cementosos con polímeros superabsorbentes semisintéticos sensibles al pH". Materiales y Estructuras . 50 (6): 238. doi : 10.1617 / s11527-017-1109-4 . ISSN 1871-6873 .
- ^ Sun, Fang; Messner, Bernfried A. (5 de diciembre de 2006), Fabricación de fibra y polímero superabsorbentes de banda , archivado desde el original el 29 de agosto de 2011
- ^ Snoeck, Didier; Van Tittelboom, Kim; Steuperaert, Stijn; Dubruel, Peter; De Belie, Nele (15 de marzo de 2012). "Materiales cementosos autorreparables mediante la combinación de microfibras y polímeros superabsorbentes". Revista de estructuras y sistemas de materiales inteligentes . 25 : 13-24. doi : 10.1177 / 1045389X12438623 . hdl : 1854 / LU-6869809 .
- ^ Mignon, Arn; Devisscher, Dries; Graulus, Geert-Jan; Stubbe, Birgit; Martins, José; Dubruel, Peter; De Belie, Nele; Van Vlierberghe, Sandra (2 de enero de 2017). "Enfoque combinado de alginato metacrilado y monómeros ácidos para aplicaciones concretas". Polímeros de carbohidratos . 155 : 448–455. doi : 10.1016 / j.carbpol.2016.08.102 . hdl : 1942/22766 . ISSN 0144-8617 .
- ^ Mulder, Douglas C .; O'Ryan, David E. (31 de diciembre de 1985), Método y aparato para recubrir con polvo una banda en movimiento: US 4561380 A
- ^ Horie, K .; Barón, Máximo; Fox, RB; Él, J .; Hess, M .; Kahovec, J .; Kitayama, T .; Kubisa, P .; Maréchal, E .; Mormann, W .; Stepto, RFT; Tabak, D .; Vohlídal, J .; Wilks, ES; Work, WJ (1 de enero de 2004). "Definiciones de términos relacionados con reacciones de polímeros y materiales poliméricos funcionales (Recomendaciones IUPAC 2003)". Química pura y aplicada . 76 (4): 889–906. doi : 10.1351 / pac200476040889 .
- ^ Zohuriaan-Mehr, MJ (2009). "Hidrogeles a base de proteínas y homo poli (aminoácidos) con propiedades de súper hinchamiento". Polímeros para tecnologías avanzadas . 20 (8): 655–671. doi : 10.1002 / pat.1395 .
- ^ Song, W., Xin, J., Zhang J. (2017). "Síntesis en un recipiente de hidrogeles superabsorbentes de proteína de soja (SP) -poli (ácido acrílico) (PAA) mediante la preparación fácil de macromonómero SP". Cultivos y productos industriales . 100 : 117-125. doi : 10.1016 / j.indcrop.2017.02.018 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ "Seguridad del poliacrilato de sodio, poliacrilato de potasio" . Socopolímero .
- ^ Jensen, Ole Mejlhede (2013). "Uso de polímeros superabsorbentes en hormigón" (PDF) . Concrete International . 35 (1): 48–52.
- ^ "水 弹 枪 _ 百度 图片 搜索" .
- ^ Da Silva Jr., Macedo Carlos (31 de enero de 2008), VENDAJE ADHESIVO: Solicitud de patente de Estados Unidos 20080027366
- ^ "Lista de estado de aditivos alimentarios" . Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU .
- ^ "Seguridad del poliacrilato de sodio, poliacrilato de potasio" . Socopolímero .
Referencias
- K. Horie; M. Báron; RB Fox; J. He; M. Hess; J. Kahovec; T. Kitayama; P. Kubisa; E. Maréchal; W. Mormann; RFT Stepto; D. Tabak; J. Vohlídal; ES Wilks y WJ Work (2004). "Definiciones de términos relacionados con reacciones de polímeros y materiales poliméricos funcionales (Recomendaciones IUPAC 2003)" (PDF) . Química pura y aplicada . 76 (4): 889–906. doi : 10.1351 / pac200476040889 .
- Katime Trabanca, Daniel; Katime Trabanca, Oscar; Katime Amashta, Issa Antonio (septiembre de 2004). Los materiales inteligentes de este milenio: Los hidrogeles macromoleculares. Síntesis, propiedades y aplicaciones (1 ed.). Bilbao: Servicio Editorial de la Universidad del País Vasco (UPV / EHU). ISBN 978-84-8373-637-1.
- Buchholz, Fredric L; Graham, Andrew T, eds. (1997). Tecnología moderna de polímeros superabsorbentes (1 ed.). John Wiley e hijos. ISBN 978-0-471-19411-8.
enlaces externos
- Telas no tejidas que contienen partículas de polímero superabsorbente inmovilizadas