هيدروژل هاي سوپرجاذب اكريليكي بيشترين اهميت را در ميان انواع گوناگون هيدروژل هاي سوپر جاذب دارند و تقريباً تمام توليدات صنعتي در دنيا بر پايه سوپرجاذب هاي اكريليكي است. خواص خوب اين سوپرجاذب ها از نظر ميزان جذب، سرعت، استحكام ژل و ارزان بودن مونومرهاي اكريليكي سبب جذابيت اين خانواده از سوپرجاذب ها شده است .
پليمرهاي سوپرجاذب (SPA) ،ژلهاي پليمري آبدوست يا هيدروژلهايي هستند كه ميتوانند مقادير زيادي آب، سالين (آب 0/9 درصد) يا محلولهاي فيزيولوژيكي را جذب كنند. از لحاظ عملي يك سوپرجاذب به صورت ماده خشكي توصيف ميشود كه چندين برابر وزن خود محلول آبي جذب كند. ماده متورم شده تغييري نمي کند و اين سوپرجاذب به هر شكلي كه باشد (دانه، ليف فيلم، …) به همان شكل باقي ميماند. هيدروژل به دست آمده از تبديل سوپرجاذب خشك بايد از نظر فيزيكي به قدر كافي بينقص باشد تا وقتي در آب قرار ميگيرد در برابر جاري شدن و حل شدن مقاومت كند. ذرات هيدروژل سوپرجاذب بدون حل شدن تا رسيدن به حجم تعادلي خود متورم ميشوند. پليمر متورم شده به علت وجود برخي اشكال گره هاي شبكه اي مانند اتصالات عرضي حل نميشود.
اين طبقه از مواد در اواخر دهه 1950 در آمريكا پي نهاده شده و براي بسياري از كاربردهاي متمركز از جمله عوامل نگهداري آب در كشاورزي و كمك به اطفاء حريق به كار گرفته شد. با گسترش اين مواد از آنها در زمينه بهداشت فردي نيز استفاده شد. معلوم شد كه اين مواد ميتوانند از نظر قيمت به عنوان جانشين مواد سنتي در پوشك بچه به كار روند. پليمرهاي سوپرجاذب صنايع بهداشتي را در دهه گذشته متحول كرده و اكنون نزديك به 1/000/000 تن از آنها در سال توليد ميشود.
بيش از %80 از توليد سوپرجاذبها در كالاهاي بهداشتي مصرف ميشود كه اغلب به پوشك اختصاص دارد. پوشك از سه لايه خارجي، مياني و داخلي (توده جاذب رطوبت) تشكيل ميشود. جنس لايه خارجي پوشك، منسوج نبافته است. در اين قسمت از اوايل دهه 1980 تغييرات مهمي صورت گرفته و منسوج نبافته از الياف پليپروپيلن جايگزين مادهاي از جنس رزين آكريليك محلول در آب و الياف ويسكوز طبيعي گرديده است. منسوج نبافته پليپروپيلن به دليل خاصيت آبگيري احساس آرامش بيشتري به مصرفكننده مي دهد.
همچنين موجب عدم تلاشي و از هم پاشيدگي توده داخلي پوشك ميشود. در حال حاضر در كشورهاي پيشرفته و برخي از كشورهاي در حال توسعه استفاده از منسوج نبافته از جنس رزين ويسكوز ممنوع است، اين ممنوعيت به خاطر حساسيتزايي اين محصول اعمال شده است. لايه مياني پوشك دستمال كاغذي معمولي است و نقش محافظ لايه داخلي را بر عهده دارد. لايه داخلي در واقع توده جاذب آن است و از خمير كاغذ ساخته ميشود. استفاده از پودر سوپرجاذب در پوشك بچه به شكل تجاري از سال 1978 در ژاپن آغاز شد. كشورهاي آلمان و فرانسه استفاده از سوپر جاذب به عنوان كالاهاي بهداشتي را در سال 1980 آغاز و آمريكايي ها از سال 1985 به استفاده گسترده اين مواد در صنعت پوشك همت گماردند.
در اولين نوع اين پوشكها 1 تا 2 گرم سوپرجاذب مصرف ميشود اما بعداً پوشكهايي داراي 4 تا 5 گرم سوپرجاذب به بازار عرضه شدند. ه در سال اي بعد به ترتيب پوشك هايي سبكتر، نازكتر و با قدرت جذب بالاتر ساخته شدند. ميزان مصرف سوپرجاذب بهداشتي از 54 هزار تن در سال 1986 به 435 هزار تن در سال 1992 و به 901 هزار تن در سال 1998 رسيده است.
انواع پوشک
صنايع توليد انواع پوشك بويژه پوشك بچه عمدهترين مصرفكننده سوپرجاذبهاي پليمري در جهان است. همان طور كه در شكل 1 نشان داده شده حدود 90 درصد از سوپرجاذبهاي پليمري در دنيا براي ساخت پوشك بچه با قابليت جذب بالا مورد استفاده قرار ميگيرد. بر طبق برآوردها در كشورهاي صنعتي تقريباً 5000 پوشك براي هر كودك در دوره مورد نياز وي مصرف مي شود . شكل 1 :الگوي مصرف پليمرهاي جاذب رطوبت
با استفاده از اين پليمرها در پوشك بچه ميتوان در مصرف الياف سلولزي به طور قابل توجهي صرفهجويي نمود. ها استفاده از پوشك يي كه در ساخت آنها از سوپرجاذب هاي پليمري به كار گرفته شده باعث ميشود كه بدن كودك براي مدت زمان بيشتري خشك نگه داشته شود و عوارضي چون التهاب پوست، سوزش و عفونت نيز كاهش مييابد. متوسط ميزان سوپرجاذبهاي پليمري استفاده شده در هر پوشك 25 – 10 گرم ميباشد .
محصولات بهداشتي بانوان
دومين مصرف كننده سوپرجاذبهاي پليمري محصولات بهداشتي بانوان است. استفاده از سوپرجاذبهاي پليمري در نوار بهداشتي بر خلاف پوشك بچه ها به دليل تجزيه و از هم پاشيده شدن، مشكلاتي نظير خونريزي، سردرد، درد شكم و عفونت جزئي را به دنبال خواهد داشت .
امروزه عليرغم موارد ياد شده به دليل قابليت جذب بالاي اين پليمر و امكان ساخت محصولاتي با وزن كمتر و داراي كارايي مطلوب، از اين پليمرها در ساخت محصولات بهداشتي استفاده ميشود. شكل 2 چگونگي جذب آب توسط سوپرجاذبهاي پليمري را نشان ميدهد . شكل 2 :چگونگي جذب آب توسط سوپرجاذب های پليمری
كاربرد هيدروژل های سوپرجاذب در كشاورزی
آب عامل توليد محصولات كشاورزي، اكولوژي و محيط زيست سالم و تأمين مواد غذايي براي جمعيتي است كه با افزايش روزافزون خود به بهرهبرداري بيرويه از منابع و آلودهسازي آن پرداخته است. از بين رفتن پوشش گياهي باعث بروز تغييرات آب و هوايي در كره زمين گشته و گرم شدن هوا و كمبود توليد كشاورزي را با مشكلات حاد روبرو ساخته است. در چنين وضعيتي صرفه جويي در مصرف آّب و جلوگيري از هدر رفتن آن از طريق مديريت صحيح اهميت ويژه اي دارد .در كشور ما كه در زمره مناطق خشك و نيمه خشك محسوب ميشود، بارندگي ها غالباً به وص رت رگباري و پراكنده است كه جريانهاي سطحي زيادي ايجاد ميكند.
با مديريت صحيح آب و خاك و استفاده از فنون پيشرفته ميتوان از بارندگي هاي پراكنده و ساير منابع محدود آب در امر حفظ و ذخيره آب در خاك استفاده كرد. در اين رابطه در مناطق خشك اقدامات مختلفي انجام ميگيرد. از جمله اين اقدامات استفاده از كودهاي آلي و ايجاد تغيير در خواص فيزيكي خاك به كمك اصلاح كننده هايي نظير پرليت ميباشد .
مواد اصلاح كننده جديدي كه به تازگي كاربرد وسيعي در دنيا پيدا كرده اند، سوپرجاذب هاي پليمري است. اين پليمرها ضمن برخورداري از سرعت و ظرفيت زياد جذب آب، به مثابه آبانبارهاي مينياتوري عمل كرده و در مواقع لزوم، ريشه به راحتي آب را در اختيار آن قرار ميدهند. مقدار آبي كه در خاك ذخيره ميشود، به ظرفيت آن بستگي دارد. سوپرجاذب هاي پليمري ضمن بالا بردن ظرفيت نگهداري آب در خاكهاي سبك ميتوانند مشكل نفوذپذيري خاكهاي سنگين را نيز مرتفع كنند. سوپرجاذبهاي پليمري از آنجا كه با جذب سريع آب به ميزان دهها برابر وزن خود به ژلي با استحكام بالا تبديل ميگردند، در كشاورزي و باغباني، جنگل كاري، فضاي سبز و نيز كنترل فرسايش خاك از جايگاه ويژهاي برخوردارند.
با اين كه سوپرجاذب هاي پليمري تحت فشار هم قادر به نگهداري آب جذب شده هستند، ليكن به محض نياز ريشه، آب را به سهولت در اختيار آن قرار ميدهند. جذب سريع آب و حفظ آن، بازده جذب آب ناشي از بارندگي هاي پراكنده را بالا برده و در صورت آبیاری خاك، فواصل آبیاري ر ا نيز افزايش ميدهد.
مقدار اين افزايش بسته به شرايط فيزيكي خاك، آب و هوا و ميزان سوپرجاذبهاي پليمري در خاك، متفاوت است. استفاده از سوپرجاذبهاي پليمري در كاشت نشا و نهال، تنشهاي رطوبتي را از بين برده و به سازگاري نباتات كاشته شده با محيط كمك ميكند. با توجه به PH خنثي سوپرجاذبهاي پليمري كه بين 6 تا 7 است، اثر سوء بر خاك نداشته و هيچ گونه سميتي نيز ندارد. همچنين پس از 4 تا 7 سال بسته به نوع آن در خاك توسط ميكروارگانيسم ها تخريب مي شوند.
علاوه بر نگهداري سوپرجاذبهاي پليمري به علت تغيير حجم مداوم (انبساط به هنگام تورم و انقباض هنگام از دست دادن آب) ميزان هوا را در خاك افزايش ميدهد .
میانگین قطر ذرات سوپر جاذب برای کاربردهای بهداشتی حدود ۳۰۰ میکرومتر است. برای کشاورزی و باغبانی علمی، بهتر است که ذرات بزرگتر از ۳-۱ میلیمتر و استحکام بالاتری داشته باشند. علت این است که ذرات کوچک یا ژل های نرم، فضاهای خالی در خاک را پر می کنند و از تنفس و جذب آب ریشه جلوگیری می نمایند. مزایای عمده سوپرجاذب های کشاورزی عبارتند از:
استفاده آب(۵۰ تا ۷۰ درصد صرفه جویی در مصرف)
استفاده بهینه از کود و سموم شیمیایی
جلوگیری از تنشهای ناشی از نوسان های رطوبتی
امکان کشت در مناطق بیابانی و سطوح شیبدار
هوادهی بهتر در خاک
افزایش بازده محصول
ایران کشوری کم آب و خشک است. با وجود این، باید دید چطور قدر آب، این مایه حیات را می دانیم: در حالی که کلی آب مصرفی در ایران حدود ۵/۸۶ میلیارد متر مکعب در سال است که ۸۰ میلیارد متر مکعب آن در بخش کشاورزی مصرف می شود، از این مقدار ۶۵ درصد آن به علت شیوه های غلط و سنتی آبیاری هدر می رود! در رهگذر این اتلاف آب، کودهای شیمیایی نیز (به ویژه در خاک های شنی) بر اثر آبیاری غرقابي، به سرعت شويش يافته و موجب آلودگي منابع گرانبهاي آبهاي زيرزميني مي شوند. خشكسالي ها و فجايع زيست محيطي، پيامد هدرروي بي رحمانه آب است. راهكار، بكارگيري شيوه هاي نوين آبياري است.
كاربرد هيدروژلهاي سوپر جاذب، جديدترين شيوه آبياري براي مناطق خشك است كه به كمك آن مي توان تا 50 درصد مصرف آب آبياري را كاهش داد و ضمناً از شويش كودهاي محلول در آب و آلودگي آبهاي زيرزميني جلوگيري كرد. سوپر جاذب در خاك، آب را همراه با كودهاي محلول در آن، جذب كرده و بنا بر تقاضاي ريشه در اختيار آن قرار مي دهد. لذا اين روش به تنهايي و يا در كنار ساير روش هاي نوين آبياري، اگر بر اساس داده هاي پژوهشي و به درستي پياده شود و تداوم يابد، مي تواند ايران را از فجايع خشكسالي و زيست محيطي از يك سو، و از وابستگي شديد غذايي و رهايي از بحران اشتغال از سوي ديگر، برهاند و انقلابي در كشاورزي و اقتصاد ايجاد كند.
سوپر جاذب ها در بتن
بتن هایی با کارایی بالا ((High-Performance Concrete (HIPC) در اوایل دهه ۸۰ پیشرفت شاخصی در صنعت بتن بود. در ابتدا توجه به قابلیت افزایش استحکام 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 برای کاربردهای متعددی مفید است. استفاده صنعتی از HPC نشان میدهد که انقباض بر اثر خشک شدن دلیل اصلی شکل گرفتن ترکها است. راه حل مناسب برای رفع این معضل استفاده از ذرات پلیمرهای سوپر جاذب در ترکیبات بتنی است. این عمل سبب قرار گرفتن ذرات هیدروژل متورم در داخل بتن تازه می شود که از انقباض بتن بر اثر خشک شدن جلوگیری می کند. شکل ۳ رطوبت نسبی را در خمیر بتن برای نمونه شاهد و نمونه های حاوی سوپرجاذبهای پلیمری نشان میدهد. افت رطوبت نسبی در نمونه حاوی ۰/۳ درصد سوپر جاذب به طور جزئی است و در نمونه حاوی ۰/۶ درصد
سوپرجاذب، افت رطوبت نسبی مشاهده نمی شود. شكل 3 :رطوبت نسبي در بتن بر حسب زمان در تركيب شاهد و تركيب حاوي مقادير سوپرجاذب
جذب آب بر اثر افزودن سوپرجاذبهاي پليمري به بتن اثر قوي بر تغيير فرم نيز دارد. افزايش 0/3 و 0/6 درصد سوپرجاذب باعث كاهش موفقيتآميز انقباض و حتي در مواردي سبب انبساط ميشود بثا. ت شده كه اگر تأمين پيوسته آب به بتن هنگام آبدار شدن انجام شود، بتن انبساط مييابد. شكل 4 توسعه تنش را در مواد حاوي سوپرجاذبهاي پليمري نشان ميدهد. تركهايي به علت آزادسازي تنش، سه روز پس از پخت ملاط ايجاد ميگردد. وارد شدن سوپرجاذب پليمري در حذف ازدياد تنش در ملاط اثر زيادي دارد. ازدياد تنش در نمونه هاي حاوي 0/3 درصد سوپرجاذب به طور جزئي و در نمونه حاوي 0/6 درصد سوپرجاذب به طور كامل حذف مي شود. شكل 4 :تغيير فرم در بتن بر حسب زمان در تركيبات حاوي مقادير سوپرجاذب
شكل 5 كاهش تنش هيدروستاتيك را بر حسب زمان در نمونه بتن شاهد و نمونههاي حاوي 3 و 0/6 درصد سوپرجاذب نشان ميدهد. شكل 5 :فشار هيدروستاتيك در بتن بر حسب زمان در نمونه شاهد و نمونه حاوي سوپرجاذبهاي پليمري
رطوبت زدايي 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 یخ زدن 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 مورد استفاده قرار میگیرد.
هزینه های زیاد عملیاتی و آلودگی محیطی سبب شده است که این فرایند در برخی کشورها ممنوع شود. در نتیجه تحقیقات به سمت فن آوریهای جایگزین برای آبزدایی از زغال 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.
استفاده از پلیمر سوپر جاذب برای آب زدایی از ذرات دوده دارای مزایایی از جمله ارزانتر بودن فرایند نسبت به سایر فن آوری های جایگزین است. شکل ۶ فرایند آبزدایی از زغال با استفاده از سوپرجاذبهای پلیمری را با به کارگیری تجهیزات خشک کردن متداول مانند فیلترها و سانتریفیوژها نشان میدهد. 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 فرایند دانه بندی متداول جدا میگردند. سپس پلیمر متورم با آزادسازی آب احیا گشته و مجدداً قابل استفاده می باشد که از افزایش هزینههای فرایند نیز جلوگیری میکند.
شکل ۷ رطوبت نسبی زغال سنگ را برای مقادیر مختلف سوپر جاذب به ازای زمان تماسی نشان ميدهد . شکل ۶: فرایند آبزدایی از زغال با استفاده از سوپرجاذب های پلیمریشكل 7 : رطوبت نسبي بر حسب زمان در نمونه هاي زغال سنگ حاوي سوپرجاذب های پليمری
سوپر جاذب ها و حسگرها
مهمترين خواص موادي مورد نياز در حسگرها عبارتند از حساسيت كافي به محركهاي محيطي، گزينش پذيري براي اجزايي كه بايد شناسايي شوند، زمان پاسخ كوتاه و قابليت بازآفريني پالس خروجي. به خوبي شناخته شده كه هيدروژلهاي پليمري خواص شيميايي، فيزيكي و مكانيكي مانند مقاومت الكتريكي، ظرفيت، اندازه و شكل خودشان را در پاسخ به محركهاي محيطي از طريق فرايند جذب يا دفع آب تغيير ميدهند. اين تغييرات ميتوانند به يك سيگنال الكتريكي تبديل شوند و تغييرات محيطي را نشان دهند.
غشاهاي خيلي نازك سوپرجاذب كه سرعت جذب زيادي دارند براي كاربرد در حسگرها مناسبتر ميباشند، زيرا محدوديت نفوذ در شبكه پليمري كاهش مي يابد .همچنین مطالعات نشان ميدهد كه سوپر جاذب هاي كامپوزيتي (تهيه شده با خاك رس) داراي جذب آب بهتري نسبت به سوپر جاذب خالص هستند. بنابر اين استفاده از سوپرجاذبهاي كامپوزيتي به عنوان يك ماده حساس به رطوبت در ساخت يك حسگر رطوبتي مناسبتر است .
تغليظ پروتئین
پروتئين هاي حاصل از منابع بيولوژيكي در مراحل اوليه فرايند خالص سازي ، معمولاً در محلول رقيق هستند. تغليظ اين محلولها اغلب براي كاهش حجم مايع فرايند و در نتيجه افزايش سرعت فرايند لازم است. يكي از روشهاي گزارش شده براي تغبيظ پروتئينها استفاده از سوپرجاذبهاي پليمري است .
كاهش اتلاف جريان در سيالات حفاري
سوپرجاذب به عنوان افزودني سيالات حفاري در چاههاي نفت براي كاهش اتلاف جريان در چاه استفاده ميشود. سوپرجاذب درون پوششي از پارافين با وزن مولكولي كم قرار ميگيرد. با افزايش درجه حرارت گل در چاه حفاري، پارافين ذوب و سوپرجاذب آزاد ميشود. سوپرجاذب با جذب آب متورم و باعث بسته شدن نقاط شكاف و ترك در چاه ميشود، نتيجه اين عمل كاهش اتلاف جريان است.
براي كپسولي شدن، پليمر سوپرجاذب در واكس مذاب ريخته شده و به شدت هم زده ميشود تا مخلوطي يكنواخت به دست آيد. سپس مخلوط داغ در يك مخلوط كن كه حاوي آب سرد است ريخته و مخلوط كن روشن ميشود. مخلوط داغ، جامد و همزمان تحت برش قرار ميگيرد تا گرانول ها كوچكي به دست آيد. سپس مخلوط واكس/پليمر خارج و فيلتر ميشود. گرانولهاي حاصله با آب شسته شده تا گرانول هايي كه سطح آنها پوشش ندارند، خارج گردند .
سوپرجاذب های آكريلی در داروسازی
هيدروژل ها به طور گستردهاي در داروسازي مورد استفاده قرار ميگيرند. يكي از خواص هيدروژلها كه در داروسازي مفيد است، تورم آهسته ژل خشك در محيط تورم است. تورم آهسته هيدروژل به وسيله مكانيسم نفوذ كنترل ميگردد. تورم آهسته هيدروژل خشك در بسياري از موارد مفيد است. اما مواردي وجود دارد كه تورم خيلي سريع (چند دقيقه به جاي چند ساعت) مطلوب ميباشد. ايجاد تخلخل در ساختار هيدروژل سوپرجاذب سبب افزايش قابل ملاحظهاي در سرعت جذب ميشود. جذب آب در اين هيدروژلها بيشتر بر اثر موئينگي است تا نفوذ ساده مايع از طريق حفره هاي به هم مرتبط.
بنابراين مايع به سرعت در داخل ساختار هيدروژل نفوذ ميكند. اين نسل جديد از هيدروژلها در طراحي سيستمي كه خاصيت نگهداري در معده را دارند مفيد هستند. به علت جذب خيلي سريع، اين هيدروژلها سريعاً افزايش حجم پيدا ميكنند و از معده تا زماني كه بر اثر فشار مكانيكي چند تكه شوند، خارج نميشوند. داروهاي خوراكي در انسان حدوداً 6 ساعت در معده باقي ميمانند ليكن اين هيدروژلها در حدود 60 – 24 ساعت در معده هستند و به مرور دارو آزاد ميكنند.
كاربرد ديگر اين هيدروژلهاي متخلخل استفاده در آزادسازي كنترل شده پروتئين و پپتيدها است. اكثر داروهاي پروتئيني و پپتيدي از طريق روشهاي تزريقي و غير خوراكي مصرف ميشوند كه عملياتي مشكل ، زمانبر، پرهزينه و اغلب خطرناك است. با استفاده از هيدروژل هاي متخلخل سامان هاي ميتوان طراحي كرد (شكل 8) كه پروتئين به طور خوراكي مصرف ميشود. شكل 8 :سيستم انتقال پروتئين بكمک سوپرجاذب متخلخل
لاستيک های متورم شونده آبی
نشت آب يكي از معضلات صنايع ساختمان است. يك كاربرد جديد سوپرجاذب ها لاستيك متورم شونده در آب است. اين گروه از لاستيك ها يكي از محبوبترين سوپرجاذب هاي پليمري هستند كه در كاربردهاي ساختماني به عنوان مواد آب بندي مورد استفاده قرار ميگيرند .
لاستيك هاي متورم شونده آبي، پليمرهايي هستند كه حجمشان تا 1/5 برابر به وسيله جذب آب محيط پيرامون افزايش مييابد. لاستيكهاي متورمشونده آبي اغلب به وسيله پراكندن سوپرجاذبهاي پليمري در لاستيكهاي معمولي مانند لاستيكهاي طبيعي و EPDM تهيه ميگردند. معمولاً براي افزايش برهمكنش سوپرجاذب هاي پليمري آبدوست و لاستيك هاي آب گريز از عوامل جفت كننده براي افزايش برهمكنش بين پودر سوپرجاذب و ماتريس لاستيكي استفاده ميگردد. اثر استفاده از عوامل جفت كننده براي افزايش برهمكنش بين پودر سوپرجاذب و ماتريس لاستيكي استفاده ميگردد. اثر استفاده از عامل جفت كننده بر قدرت جذب لاستيك در شكل 9 نشان داده شده است. چسبندگي ناكافي سطح مشترك موجب ميشود كه گرد سوپرجاذب از لاستيك جدا شود كه طبعاً به خواص چندسازه صدمه ميزند. چندسازه با آب متورم ميشود و سدي محكم و غير قابل نفوذ نسبت به نفوذ بيشتر آب ايجاد ميكند. از موارد مصرف اين ماده می توان به ساخت تونل ها اشاره نمود. لاستيك هاي متورم شونده در دور تا دور هر بلوك قرار داده ميشود از اين طريق بلوك هاي مجاور كاملاً روي هم سوار ميشود. اين چندسازه در ساختمان تونل مانش بين انگليس و فرانسه به كار رفته است . شكل 9: اثر عامل جفت كننده بر جذب آب در چندسازه لاستيكي
کاربرد سوپر جاذب در صنعت كابل
نوار آب بندی
نوار آب بندي به وسيله سوپرجاذب بر روي سوبسترا انجام ميشود. گرد سوپرجاذب همراه با يك ملاط مثل رزين SBS (استايرن-بوتادين-استايرن) كه اتصال قابل قبولي بين گرد سوپرجاذب و سوبسترا برقرار ميكند روي سوبسترا پراكنده ميشود. سوبسترا معمولاً الياف نبافته است تا انعطاف نوار تضمين شود .
نوار از سه لايه تشكيل شده است :
لايه زيرين شامل الياف نبافته پلي استر
لايه مياني شامل گرد سوپر جاذب و ملاط
لايه رويي شامل الياف نبافته پلی آستر
پودر سوپر جاذب و ملاط به نسبت يك به يك مخلوط مي شوند و روي لايه زيرين الياف نبافته ريخته ميشوند كه اين فرايند در شكل 10 نشان داده شده است . شكل 10: فرايند تهيه نوار آب بندی
مخلوط در تونل در دماي 130 تا 150ºC كلوخه ميشود. در قسمت خروجي دستگاه، لايه رويي الياف نبافته به لايه زيرين تحت فشار غلطک ها پرس ميشود. نوار جاذب را ميتوان به پهناي مورد نياز بريد. هنگامي كه آب به داخل نشت ميكند و به نوار ميرسد سوپرجاذب سريعاً متورم ميشود و از نفوذ بيشتر آب جلوگيري ميكند. بر اثر تورم سريع سوپرجاذب، حفره هاي ايجاد شده در كابل سريعاً بسته شده، از حركت آب جلوگيري نموده و باعث ميشود كه خسارت تنها محدود به آن نقطه گردد و در طول كابل انتشار نيابد .
الياف آب بندی
كاربرد الياف آب بندي در مغزي كابل خيلي آسانتر است. اين الياف با دستگاه روي كابل پيچيده ميشوند كه عمليات خيلي تميزي است. الياف آببندي امروزه در اشكال متنوعي در دسترس هستند. الياف متورم شونده در آب بر پايه پلي اكريليك اسيد ساخته ميشود و ساختمان شيميايي آنها مشابه گردهاي سوپرجاذب است. گستره وسيعي از الياف با ضخامت و طول هاي مختلف در دسترس است .
جذب رطوبت
علاوه بر ویژگي جذب آب، سوپرجاذبهاي پليمري مي توانند آب را در حالت بخار جذب كنند و بنابراين براي كنترل رطوبت قابل استفادهاند. شكل 11 جذب رطوبت سوپرجاذب پليآكريليك اميد وسيليكاژل است. شيب تند در رطوبت نسبي بالا نشان دهنده حساسيت بيشتر سوپرجاذب به تغييرات رطوبت است. همچنين سوپرجاذب نسبت به سيليكاژل به طور مؤثرتر جذب و دفع رطوبت را انجام ميدهد . شکل 11: مقايسه جذب رطوبت سوپرجاذب و سيليكاژل
برف مصنوعی
از برف مصنوعي ميتوان براي آماد هسازي پيستهاي اسكي استفاده كرد. براي تهيه برف مصنوعي از سوپرجاذب دو راه وجود دارد. سوپرجاذب را تا حدود 120-100 بر ابر با آب متورم ميكنند. سپس با ضخامت حدود 15 سانتيمتر روي يك سطح شيبدار پهن و با يك سيستم خشك كننده از آن رطوبت زدايي ميكنند. پس از آن ژل يخ زده به اندازه های مشخصي خرد ميشود. در روش ديگر، سوپرجاذب را با آب، برف طبيعي و ذرات يخ مخلوط و بعد، مخلوط حاصل را خشك ميكنند. بهترين نتيجه هنگامي كه ميزان سوپرجاذب 5 درصد كل تركيب است، به دست مي آید. برف سخت به وسيله كوپليمريزاسيون آكريليك اسيد و آكريلاميد و با افزايش ميزان عامل شبكه اي كننده حاصل ميشود و ميتواند مستقيماً روي سطح اسكي ريخته شده و يا به وسيله تفنگ پهن گردد .
كيسه های جاذب آب براي جدا كردن آب از سوخت هاي هيدروكربنی و نفت
كيسه هاي جاذب آب با قرار دادن مقداري سوپرجاذب در يك كيسه ساخته ميشود .جنس كيسه از يك تركيب هيدروكربوري خنثي است كه نسبت به آب تراوا ميباشد. كيسه قادر به جذب لايه آب از نفت و سوخت هاي هيدروكربني در كانتينرهاست. اين كيسه تا بيست بار قابليت استفاده مجدد را دارد .
انفجار سنگ معدن
سوپرجاذب هاي پليمري آكريليكاسيد/وينيل الكل به ميزان 0/5-1/5 درصد به سنگ آهك اضافه ميشود و يك عامل تخريب ايستايي در تخريب سنگ معدن ايجاد ميكند. در بستر سنگ، سوراخ هايي تشكيل و با اين مواد پر ميشود. هنگاميكه آب با سوپرجاذب تماس مييابد، نيروي انبساط ايجاد شده باعث ويران شدن سنگ معدن مي شود.
عامل افزايش تيكسوتروپی در خمير پلي وينيل كلرايد
در كاربردهاي متعددي لازم است كه خمير پليوينيلكلرايد خاصيت تيكسوتروپي داشته باشد. تيكسوتروپي عبارت است از كاهش ويسكوزيته با افزايش سرعت برش. مشاهده شده كه با افزايش 0/1 درصد وزني سوپرجاذب به خمير پل يوينيلكلرايد باعث افزايش تيكسوتروپي ميگردد .
حفظ تازگی ميوه و سبزی بسته بندی شده
فيلم پلي اتيلني يا اتيل وينيل استات با سوپرجاذب نشاسته پلي اكريلات مخلوط و با چسب اورتان پوشش داده ميشود. اين فرايند براي حفظ تازگي ميوه و سبزي بسته بندي شده مفيد است .
خوشبو كردن هوا
ماده خوشبوكننده هوا به وسيله پراكندن فتالوسيون اكتاكربوكسيليك اسيد بر روي سوپرجاذب تهيه ميشود. استفاده از اين ماده به خصوص هنگاميكه هوا حاوي مركاپتان، هيدروژن سولفايد و آمونياك باشد، مفيد است .
ژل های مخصوص آتشنشانی
ژل مایع مورد مصرف در آتش نشانی محتوی آب، سوپرجاذب، فیلر غیر معدنی نامحلول در آب مثل (اکسید تیتا، آلومینا) و معمولاً یک رنگ در آب است. ژل مایع برای اینکه توسط سیستم آب پاشی اتوماتیک اسیدی شود، با سیلیکا و پلیمر متورم شده در آب به وسیله پلی اتیلن گلایکول مونواتر پوشش داده شده،
مخلوط می شود. این پوشش تماس پلیمر با آب را در کوتاه مدت به تأخیر میاندازد که برای پراکندگی يكنواخت لازم است .
افزايش جذب آب اسفنج های يورتان
اسفنج هاي پلييورتان اغلب جذب آب معيني دارند. بكار گيري سوپرجاذب باعث ظرفيت نگهداري مايع در اسفنج ميشود. سوپرجاذب به ميزان 5-10 درصد به فرمولاسيون پلييورتان شامل پلي ال، دي ایزوسيانات، كاتاليست مناسب و آب به عنوان عامل اسفنج اضافه ميشود. اضافه كردن كربنات های آلی باعث كاهش ويسكوزيته مخلوط مي شود .
افزايش جذب آب الياف مصنوعی
افزايش جذب آب الياف مصنوعي مثل ر ايون و هيدروكسي الكيل سلولز به وسيله تزريق سوپرجاذب آكريليك به محلول ويسكوز به دست می آید.
کاربرد های بیولوژیکی
از گريد خوراكي پلي اكريليك اسيد ميتوان در ساخت برخي داروها كه وارد بدن و جريان خون ميشوند و همچنين در مواردي كه تماس مستقيم با پوست وجود دارد، استفاده نمود .
بر اساس نوع داروي مورد استفاده، مي توان از تركيبات خاص پلي اكريليك اسيد و مشتقاتش استفاده نمود. متداولترين SAP مورد استفاده در زمينه كاربردهاي بيولوژيكي، پلي هيدروكسي اتيل متاكريلات است كه با نام تجاري PHEMA شناخته شده است .
از اين پليمرها در ساخت پوشش هاي ضد رطوبت مورد استفاده در بيمارستان ها، دستمال هاي بهداشتي يك بار مصرف نيز استفاده ميشود .
در ساخت بعضی ترکیبات دارويي نيز از گريد خاصی از اين پليمرها استفاده ميشود تا روند آزاد شدن دارو در بدن (Delivery Drug) را كنترل نمايد .
سوپرجاذب ها در صنايع غذايی
ورق و فيلم SAP جهت جذب آب گوشت و مرغ و بسته بندي ساير محصولات غذايي مورد استفاده قرار ميگيرد. به عنوان مثال محصول توليدي Stockhausen با نام تجاري 100 FAVER PAC قادر است 75 برابر وزنش مايع جذب نموده و در فشار معمولي آن را نگهدارد. از پودر سوپرجاذب كه درون كيسه اي تراوا قرار ميگيرد يا ورقهاي جاذب براي جذب خود بسته بندي گوشت و مرغ استفاده مي شود.
اهميت استراتژيكي سوپرجاذب های اكريليک در دنياي امروز
الگوي مصرف پليمرهاي جاذب رطوبت در جدول 5 آمده است.
با توجه به توضيحات ارائه شده در بخش هاي قبلي در خصوص اهميت سوپرجاذب ها، پرواضح است كه وجود تكنولوژي توليد و استفاده از اين محصول مي تواند در كشورهايي كه با مشكل جدي كمبود آب مواجه هستند، بسيار گره گشا و حائز اهميت باشد. ضمن اينكه كاربردهاي فراوان ذكر شده خود دليل ديگري بر اهيمت اين محصول است .
كشورهاي عمده توليد كننده و مصرف كننده سوپرجاذب های اكريليک
اين نوع پليمرها كه اغلب پلي اكريليك اسيد و نمك هاي آن هستند، با ظرفيت توليد حدود 2 ميليون تن در جهان توليد ميشوند (جدول 6).
ميزان مصرف اين پليمرها در سه منطقه اصلي آمريكا، اروپاي غربي و ژاپن در جدول 7 ارائه شده است. شايان ذكر است كه قسمت اعظم توليد پليمرهاي سوپرجاذب در داخل منطقه مصرف ميشود .
پيشنهاد منطقه مناسب براي اجراي طرح تولید سوپرجاذب های اكريليک
انتخاب محل استقرار واحد بستگي به عوامل مانند نزديكي به منابع تأمين مواد اوليه، نزديكي به بازار مصرف داخلي، نزديكي به محل صدور محصول، وجود امكانات زير بنايي مناسب، دسترسي به انواع حامل هاي انرژي، وجود نيروي انساني متخصص و ماهر و مسائل زيست محيطي دارد. بنا به دلايل زير انتخاب اوليه اين طرح، مناطق جنوبي كشور از جمله منطقه آزاد تجاري قشم است .
نزديكي به منابع تأمين مواد اوليه
نزديكي به محل تأمين برخي مواد اوليه داخلي.
نزديكي به مبادي صادرات محصول.
در دسترس بودن امكانات زير بنايي و نيروي انساني ماهر در منطقه آزاد تجاري
تجزيه و تحليل و ارائه جمع بندی
با توجه به سود آوري و نرخ بازگشت سرمايه مناسب طرح و همچنين نياز روز افزون كشور به اين ماده اجرايي نمودن اين طرح توصيه مي شود. از آن جايي كه اكثر طرح هاي توليدي پليمرهای سوپرجاذب در جهان با توليد مواد اوليه آن يعني اكريليك اسيد گلاسيال همراه ميباشند، طرح توليد اين مونومر در كنار اين واحد نيز توجيه پذير ميباشد . پس از انجام مطالعات و بررسيهاي مختلف فني و اقتصادي در اين گزارش، مشخص گرديد كه اجراي طرح توليد سوپر جاذب های اكريليک داراي توجيه اقتصادي كامل ميباشد.
