Polímero superabsorbente - Superabsorbent polymer

Un polímero superabsorbente (SAP) (también llamado granizado en polvo ) es un polímero absorbente de agua que puede absorber y retener cantidades extremadamente grandes de un líquido en relación con su propia masa.

Los polímeros absorbentes de agua , que se clasifican como hidrogeles cuando se mezclan, 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 (de 30 a 60 veces su propio volumen) y puede llegar a ser de hasta 99,9% de líquido, y cuando se ponen en una solución salina al 0,9% la capacidad de absorción se reduce a aproximadamente 50 veces su peso. La presencia de cationes de valencia en la solución impide la capacidad del polímero de unirse a la molécula de agua.

La absorbencia total y la capacidad de hinchamiento del SAP 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, y 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 . 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 . SAP también se utiliza para bloquear la penetración de agua en cables de comunicaciones o de energía subterráneos, en hormigón autocurativo, agentes de retención de agua para horticultura , control de derrames y residuos de fluidos acuosos y nieve artificial para producción cinematográfica y 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 .

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. Se han preparado polímeros superabsorbentes de proteína de soja / poli (ácido acrílico) con buena resistencia mecánica. 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 y existen limitaciones estrictas.

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 UV. 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). Las partículas de polímero secas se criban luego 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 o saturar la mayoría de los sustratos. 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

Ver también

• Poliacrilato de sodio
• Poliacrilato de potasio

Citas

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 superabsorbentes inmovilizadas