سوپرجاذب های پلیمری؛ کاربرد ها و روش تولید
مصارف بهداشتی سوپرجاذب رطوبت
تولید پوشک بچه عمده ترین مصرف سوپرجاذب های پلیمری را به خود اختصاص داده است، به طوری که در حدود ۹۰ درصد سوپرجاذب های تولیدی در جهان در ساخت و تهیه پوشک بچه مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از این پلیمرها در پوشک بچه می توان در مصرف الیاف سلولزی به طور قابل توجهی صرفه جویی نمود. استفاده از پوشک هایی که در ساخت آن ها از سوپرجاذب های پلیمری بهره گرفته شده، باعث می شود که بدن کودک برای مدت زمان بیشتری خشک نگه داشته شودو عوارضی همچون التهاب پوست، سوزش و عفونت نیز به مقدار قابل توجهی کاهش یابد. به طور کلی متوسط میزان مصرف سوپرجاذب های پلیمری در هر پوشک بین ۱۰ تا ۲۵ گرم می باشد. دومین مصرف کننده سوپرجاذب های پلیمری، محصولات بهداشتی بانوان می باشد، که به دلیل قابلیت جذب بالای این پلیمر و امکان ساخت محصولاتی با وزن کمتر و کارآیی مطلوب تر، مورد توجه واقع شده است.
هیدروژل های سوپرجاذب در کشاورزی
آب، عامل اصلی تولید محصولات کشاورزی، اکولوژی و محیط زیست سالم و تامین مواد غذایی برای جمعیتی است که با افزایش روز افزون خود به بهره برداری بی رویه از منابع و آلوده سازی آن پرداخته است.
در این میان مواد اصلاح کننده جدیدی که به تازگی کاربرد وسیعی در دنیا پیدا کرده اند، سوپرجاذب های پلیمری می باشند. این پلیمرها ضمن برخورداری از سرعت و ظرفیت زیاد جذب آب، به مثابه آب انبارهای مینیاتوری عمل کرده و در مواقع ضروری، ریشه به راحتی آب مورد نیاز خود را در دسترس خود دارد. مقدار آبی که در خاک ذخیره می شود، به ظرفیت آن بستگی دارد. سوپرجاذب های پلیمری علاوه بر افزایش ظرفیت نگهداری آب در خاک های سبک، می توانند مشکل نفوذپذیری خاک های سنگین را نیز برطرف نمایند. سوپرجاذب های پلیمری از ان جا که با جذب سریع آب به میزان ده ها برابر وزن خود به ژلی با استحکام بالا تبدیل می گردند،
با توجه به pH خنثی سوپرجاذب های پلیمری که بین ۶ تا ۷ می باشد، اثر سوء بر خاک نداشته و هیچ گونه سمیتی نیز ندارد. علاوه بر نگهداری آب توسط سوپرجاذب های پلیمری، این ترکیبات به دلیل تغییر حجم مداوم (انبساط و انقباض هنگام جذب و از دست دادن آب) میزان هوا را در خاک افزایش می دهد. از جمله مزایای استفاده از سوپرجاذب ها در کشاورزی می توان به صرفه جویی در مصرف آب ، استفاده بهینه از کود ها و سموم شیمیایی، جلوگیری از تنش های ناشی از نوسانات رطوبتی در خاک، امکان کشت در مناطق خشک (بیابانی) و سطوح شیب دار و...
سوپرجاذب ها صنعت ساختمان
توسعه بتن هایی با کارآیی بالا (High Performance Concrete) توسعه به سزایی در صنعت بتن به شمار می رود. در آغاز توجه به قابلیت افزایش استحکام بتن مورد توجه بود، اما امروزه HPC به عنوان بتنی با خواص متفاوت که برای کاربردهای متعددی مفید است، در نظر گرفته می شود. استفاده صنعتی از HPC نشان می‌دهد که انقباض بر اثر خشک شدن دلیل اصلی شکل گرفتن ترک ها است. راه حل مناسب برای رفع این معضل استفاده از ذرات پلیمرهای سوپرجاذب در ترکیبات بتنی می باشد. این عمل موجب قرار گرفتن ذرات هیدروژل متورم در داخل بتن تازه می شود که از انقباض بتن بر اثر خشک شدن جلوگیری می کند.
رطوبت زدایی از زغال سنگ
آب یک ماده لازم در اغلب فرآیندهای تهیه زغال سنگ است، اما مقدار اضافی آن در محصول نهایی اثراتی منفی از جمله افزایش هزینه های فرآوری و حمل و نقل و همچنین یخ زدگی زغال در آب و هوای سرد را به دنبال دارد. خشک کردن حرارتی، تنها روش کاملاً توسعه یافته است که در حال حاضر برای به دست آوردن زغال سنگ مورد استفاده قرار می گیرد. هزینه های عملیاتی و آلودگی محیطی سبب شده است که این فرآیند در برخی از کشورها ممنوع شود. لذا تحقیقات به سمت فن آوری های جایگزین برای آب زدایی از زغال سنگ جهت یافته است. مطالعاتی درباره امکان سنجی روش هایی نظیر خشک کردن با استفاده از مایکروویو و بخار به کمک فیلتراسیون خلا انجام شده است.
رطوبت زدایی از زغال سنگ
استفاده از پلیمر های سوپرجاذب به منظور آب زدایی از ذرات دوده (زغال) دارای مزایای بسیاری از جمله ارزان تر بودن فرآیند نسبت به سایر روش های جایگزین می باشد. پودر زغال که رطوبت زیادی دارد با سوپرجاذب خشک مخلوط می شود تا سوپرجاذب، آب را از سطوح ذرات زغال بیرون کشیده و جذب خود کند. پلیمر با جذب آب متورم می شود و سپس سوپرجاذب متورم از ذرات ریز و خشک شده زغال به وسیله فرآیند دانه بندی متداول جدا می شود. سپس پلیمر متورم با آزادسازی آب احیا شده و مجدد در فرآیند مذکور قابل استفاده است.
سوپر جاذب ها و حسگرها
مهمترین خواص مواد مورد نیاز در حسگرها عبارتند از حساسیت کافی به محرک های محیطی، گزینش پذیری برای اجزایی که باید شناسایی شوند و زمان پاسخ کوتاه و قابلیت بازآفرینی پالس خروجی. به خوبی شناخته شده که هیدروژل های پلیمری خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی مانند مقاومت الکتریکی، ظرفیت، اندازه و شکل خودشان را در پاسخ به محرک های محیطی از طریق فرآیند جذب یا دفع آب تغییر می دهند. این تغییرات می توانند به یک سیگنال الکتریکی تبدیل شوند و تغییرات محیطی را نشان دهند. غشاهای خیلی نازک سوپرجاذب که سرعت جذب زیادی دارند برای کاربرد در حسگرها مناسب تر می باشند، زیرا محدودیت نفوذ در شبکه های پلیمری کاهش می یابد. همچنین مطالعات نشان می دهد که سوپر جاذب های کامپوزیتی (تهیه شده با خاک رس) دارای جذب آب بهتری نسبت به سوپرجاذب خالص هستند. بنابراین استفاده از سوپرجاذب های کامپوزیتی به عنوان یک ماده حساس به رطوبت در ساخت یک حسگر رطوبتی مناسب تر است.
تغلیظ پروتئین ها
پروتئین های حاصل از منابع بیولوژیکی در مراحل اولیه فرآیند خالص سازی، معمولاً در محلول رقیق هستند. لذا تغلیظ این محلول ها اغلب برای کاهش حجم مایع فرآیند و در نتیجه افزایش سرعت فرآیند لازم است. یکی از روش های گزارش شده برای تغلیظ پروتئین ها، استفاده از سوپرجاذب های پلیمری می باشد.
کاهش اتلاف جریان در سیالات حفاری
سوپرجاذب ها به عنوان افزودنی در سیالات حفاری مورد استفاده در چاه های نفت به منظور کاهش اتلاف جریان در چاه استفاده می‌شوند. سوپر جاذب درون پوششی از پارافین با وزن مولکولی کم قرار می گیرد، با افزایش درجه حرارت گل در چاه حفاری، پارافین ذوب و سوپرجاذب آزاد می شود. سوپرجاذب با جذب آب و متورم شدن موجب بسته شدن نقاط شکاف و ترک در چاه می شود. نتیجه این عمل، کاهش اتلاف جریان می باشد. برای کپسولی شدن، پلیمر سوپرجاذب در واکس مذاب ریخته شده و به شدت هم زده می شود تا کخلوطی یکنواخت به دست آید. سپس مخلوط داغ در یک مخلوط کن که حاوی آب سرد است ریخته و مخلوط کن روشن می شود. مخلوط داغ، جامد و همزمان تحت برش قرار می گید تا گرانول های کوچکی به دست آید. در ادامه مخلوط واکس- پلیمر خارج و فیلتر می‌شود. گرانول های حاصله با آب شسته شده تا گرانول هایی که سطح آن ها پوشش ندارند، خارج گردند.
سوپرجاذب های اکریلیکی در داروسازی
هیدروژل ها به طور گسترده ای در داروسازی مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از خواص این هیدروژل ها که در داروسازی مفید است، تورم آهسته ژل خشک در محیط تورم است. تورم آهسته هیدروژل به وسیله مکانیسم نفوذ کنترل می گردد. تورم آهسته هیدروژل خشک در بسیاری از موارد مفید است. اما مواردی وجود دارد که تورم خیلی سریع (چند دقیقه به جای چند ساعت) مطلوب می باشد. ایجاد تخلخل در ساختار هیدروژل سوپرجاذب سبب افزایش قابل ملاحظه ای در سرعت جذب می شود. جذب آب در این هیدروژل ها بیشتر اثر موئینگی است تا نفوذ ساده مایع از طریق حفره های به هم مرتبط، بنابراین مایع به سرعت در داخل ساختار هیدروژل نفوذ می کند. به علت جذب خیلی سریع، این هیدروزل ها سریعاً افزایش حجم پیدا می کنند و از معده تا زمانی که بر اثر فشار مکانیکی چند تکه شوند، خارج نمی شوند. داروهای خوراکی در انسان حدوداً ۶ ساعت در معده باقی می مانند اما این هیدروزل ها در حدود ۲۴ تا ۶۰ ساعت در معده هستند و به مرور دارو آزاد می کنند. کاربردهای دیگر این هیدروژل های متخلخل استفاده در آزاد سازی کنترل شده پروتئین و پپتیدها است. اکثر داروهای پروتئینی و پپتیدی از طریق روش های تزریقی و غیر خوراکی مصرف می شوند که عملیاتی مشکل، زمان بر، پر هزینه و اغلب خطرناک است. با استفاده از هیدروژل های متخلخل، سیستمی می توان طراحی کرد که پروتئین به طور خوراکی مصرف می شود.
حفظ تازگی میوه و سبزیجات بسته بندی شده
فیلم پلی اتیلنی یا اتیل وینیل استات با سوپرجاذب نشاسته پلی اکریلات مخلوط و با چسب پلی اورتان پوشش داده می شود. این فرآیند به منظور حفظ تازگی میوه و سبزیجات بسته بندی شده مفید است.
خوشبو کردن هوا
ماده خوشبو کننده هوا به وسیله پراکندن فتالوسیون اکتاکربوکسیلیک اسید بر روی سوپرجاذب تهیه می شود. استفاده از این ماده به خصوص هنگامی که هوا حاوی مرکاپتان، هیدروژن سولفید و آمونیاک باشد، مفید است.
ژل های مخصوص آتش نشانی
ژل مایع مورد مصرف در اتش نشانی محتوی آب، سوپرجاذب، فیلر غیر معدنی نامحلول در آب (مانند تیتان یا آلومینا) و معمولاً یک رنگ در آب است. ژل مایع برای این که توسط سیستم آب پاش اتوماتیک اسیدی شود، با سیلیکا و پلیمر متورم شده در آب به وسیله پلی اتیلن گلیکول مونو اتر پوشش داده شده، مخلوط می شود. این پوشش تماس پلیمر با آب را در کوتاه مدت با تاخیر می اندازد که برای پراکندگی یکنواخت لازم است.
