Superabsorbentes

Polvo superabsorbente
Superabsorbente hinchado con agua

Los superabsorbentes (polímeros superabsorbentes, SAP) se denominan plásticos que son capaces de absorber líquidos polares muchas veces su propio peso. Se trata principalmente de agua o soluciones acuosas.
Cuando se absorbe el líquido, el superabsorbente se hincha y forma un hidrogel . La suma del volumen del líquido y el volumen del superabsorbente seco permanece igual.

La investigación más reciente en el campo de la ciencia de los materiales ahora también permite la producción de superabsorbentes para el petróleo. Estos pueden absorber hasta 45 veces su propio peso en aceite. La afinidad por el aceite es provocada por las cadenas laterales alifáticas y aromáticas del polímero base.

utilizar

El producto se utiliza como un granulado blanco con tamaños de partículas de 100… 1.000 µm. Se utiliza principalmente en pañales para bebés , toallas sanitarias , en el cuidado de la incontinencia , en vendajes y, en pequeñas cantidades, en el revestimiento de cables para líneas de aguas profundas . Sin embargo, también se están estableciendo gradualmente otros usos, como en los llamados lechos de gel (ver lecho de agua ), como agentes extintores formadores de gel en la extinción de incendios, como estabilizador mecánico para flores cortadas en un jarrón o como aditivo para tierra de macetas para almacenar agua permanentemente. Sin embargo, aquí se utiliza ácido acrílico neutralizado con hidróxido de potasio porque es más ecológico. Los grandes fabricantes de superabsorbentes incluyen BASF SE , Evonik y Nippon Shokubai . Los superabsorbentes grandes son z. B. Procter & Gamble , Kimberly-Clark , Atiende Healthcare Europe ( Domtar Group) o SCA , en Alemania Paul Hartmann AG y la empresa Ontex.

Para aumentar la capacidad de almacenamiento de agua en los suelos, los gránulos de almacenamiento de agua (por ejemplo, un copolímero reticulado a base de sal de potasio ) se han utilizado en horticultura , especialmente en áreas verdes urbanas , durante varios años . Las investigaciones sobre el modo de acción y el paradero de los superabsorbentes introducidos en el suelo por la horticultura se llevaron a cabo con la ayuda de la Universidad Justus Liebig de Giessen . Además de los gránulos compuestos, que consisten en una matriz mineral altamente porosa y polímeros de hidrogel adheridos a ella, también se está investigando la producción alternativa de superabsorbentes a partir de almidón como materia prima renovable para uso global en el sector agrícola.

composición

Los hidrogeles pueden formar todos los polímeros reticulados que son polares (por ejemplo , poliacrilamida , polivinilpirrolidona , amilopectina , gelatina , celulosa ).

Sin embargo, normalmente se utiliza un copolímero de ácido acrílico ( ácido propenoico, H 2 C = CH-COOH) o acrilato de sodio (sal sódica del ácido acrílico, H 2 C = CH-COONa) por un lado y acrilamida por otro lado, por lo que la relación de los dos monómeros entre sí puede variar.

Además, se añade a la solución de monómero un denominado reticulante de núcleo (CXL), que conecta las moléculas poliméricas de cadena larga formadas entre sí en algunos lugares por medio de puentes químicos ( reticulaciones ). Estos puentes hacen que el polímero sea insoluble en agua. Este denominado polímero base puede someterse a lo que se conoce como reticulación superficial (SXL). Otro producto químico se aplica a la superficie de la partícula, que, cuando se calienta, crea una segunda red solo en la capa exterior del grano. Esta cubierta sostiene el gel hinchado para mantenerlo unido incluso bajo estrés externo (movimiento, presión).

funcionalidad

Los polímeros polares como el ácido poliacrílico puro ya se unen a grandes cantidades de agua polar (1000 veces su masa) en el interior y se hinchan en el proceso.

Debido a los iones de sodio dentro de la estructura del polímero, la molécula también desarrolla un fuerte carácter salino y se produce una mayor absorción de líquido debido a la presión osmótica .

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Esta presión osmótica determina finalmente la capacidad de absorción del superabsorbente.

Esto da como resultado las siguientes relaciones: Cuantos más iones de sodio se incorporen al polímero, mayor es la cantidad de líquido que se puede absorber. Cuanto mayor sea la concentración de sales en el líquido, menor será la absorción. Esto explica que el agua pura se absorbe en el orden de varios cientos de veces el peso del superabsorbente, mientras que las soluciones salinas, p. Ej. B. Orina : limita significativamente la capacidad del superabsorbente. Una solución salina fisiológica solo se une 100 veces más.

Dentro de la partícula, el líquido intenta disolver la molécula, que es como una sal , en este caso, para separar el sodio del residuo aniónico. El sodio en realidad se disuelve en el líquido y forma una capa de hidrato alrededor de sí mismo debido a su carga eléctrica ( Na + ) y al carácter dipolo del agua . El residuo orgánico, sin embargo, es insoluble en agua debido a su estructura polimérica y en particular debido a la reticulación. En los lugares donde los iones de sodio todavía estaban en estado seco, los lugares vacíos con carga negativa ahora permanecen abiertos. Allí también se forman caparazones de hidratación, pero no compensan el desequilibrio de carga. Dado que estos puntos vacíos en la cadena del polímero pueden aparecer uno al lado del otro y las mismas cargas se repelen entre sí, la molécula se estira más y más para lograr la mayor distancia posible entre ellos. Esto es claramente visible cuando se hincha durante la absorción.

literatura

  • Frederic L. Buchholz, Andrew T. Graham (Eds.): Tecnología moderna de polímeros superabsorbentes . Wiley-VCH, Nueva York 1998, ISBN 0-471-19411-5 (inglés).
  • Michael Zeuke: superabsorbentes elaborados a partir de materias primas renovables. La síntesis dirigida con materias primas renovables. En: CHEMKON. Vol. 12, No. 4, 2005, doi : 10.1002 / ckon.200510029 , págs. 155-159.

enlaces web

Evidencia individual

  1. ^ Yuan, X. y Chung, TM (2012). Solución novedosa para la recuperación de derrames de petróleo: utilizando polímero superabsorbente de aceite de poliolefina termodegradable (oil-SAP). Energía y combustibles, 26 (8), 4896-4902
  2. ↑ STOCKOSORB®, un producto de GEFA Produkte Fabritz GmbH.
  3. ↑ ¿Qué tan bueno es el superabsorbente? Un método de detección innovador para la degradación de los aditivos del suelo Spiegel der Forschungs; 27, 2 número especial: Top Research; 76-81; Año de publicación: 2010; ISSN  0176-3008
  4. ^ MD Lechner, W. Lazik: Superabsorbentes de materias primas renovables: síntesis, propiedades, aplicación , en: Serie de materias primas renovables 18, 2001, 205-215.
  5. ↑ http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/9/mac/funktionspolymere/superabsorber/superabsorber.vlu.html Superabsorber en Chemgapedia.
  6. ↑ a b http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/9/mac/funktionspolymere/superabsorber/superabsorber.vlu/Page/vsc/de/ch/9/mac/funktionspolymere/superabsorber / ácido poliacrílico.vscml.html