سدیم پلی اکریلات چیست؟

پلی آکریلات سدیم یک پلیمر مصنوعی است، که معمولاً به صورت ( C3H3NaO2-n)x نشان داده می‌شود، که در آن n درجه خنثی‌سازی و x تعداد واحدهای مونومر می‌باشد. این پلیمر یک پلی الکترولیت آنیونی است که به دلیل توانایی منحصر به فرد در جذب و نگهداری آب، معمولاً در طیف گسترده‌ای از کاربردها، مورد استفاده قرار می‌گیرد. پلی آکریلات سدیم بعنوان پلیمر سوپرجاذب (SAP) نیز شناخته می‌شود که وقتی با آب تماس پیدا می‌کند، می‌تواند تا چند صد برابر اندازه اصلی خود متورم شود.

ساختمان مولکولی

آکریلات‌ها خانواده‌ای از ترکیبات آلی هستند که از اسید اکریلیک و استرهای آن به دست می‌آیند. اصطلاح “اکریلات” معمولاً به استرهای اسید اکریلیک اشاره دارد، که در آن گروه هیدروکسیل (OH-) با یک گروه آلکیل جایگزین می‌شود. پلی آکریلات سدیم از طریق فرآیند پلیمریزاسیون مونومرهای اسید اکریلیک تشکیل می‌شود. اسید اکریلیک، دارای فرمول شیمیایی  CH2=CHCOOH می‌باشد، هنگامی که پلیمریزه می‌شود، اسید پلی اکریلیک تشکیل می‌شود.

ساختار  پلی آکریلات سدیم را می‌توان به صورت زیر نشان داد:

[−(C3H4O2N)n−]m Na+

در این ساختار، ستون اصلی پلیمری از واحدهای تکرار شونده CH2-CH(-COOH) تشکیل شده است، که در آن ‘n’ تعداد این واحدها را نشان می‌دهد.

– گروه‌های کربوکسیل (-COOH) در امتداد ستون فقرات زنجیره پلیمری وجود دارند.

– یون‌های سدیم (Na+) با آنیون‌های کربوکسیلاتی که از پروتون‌زدایی گروه‌های اسید کربوکسیلیک تشکیل می‌شوند، مرتبط هستند که به ماده خاصیت جذب آب می‌دهد.

 – مقدار ‘m’ نشان دهنده تعداد یون‌های سدیم لازم برای خنثی کردن بار منفی روی زنجیره‌های پلیمری است. زنجیره پلیمری ساختاری خطی دارد و آنیون‌های کربوکسیلات به دلیل وجود پیوند هیدروژنی و ماهیت باردار آنیون‌ها، قابلیت اتصال به مولکول‌های آب را دارند. هنگامی که پلی آکریلات سدیم با آب تماس پیدا می‌کند، پیوندهای یونی بین یون‌های سدیم و گروه‌های کربوکسیلات شکسته می‌شود و منجر به اثر تورم می‌شود. این منجر به توانایی قابل توجه پلی آکریلات سدیم در جذب و نگهداری حجم زیادی از آب می‌شود که اساس استفاده از آن در پلیمرهای سوپرجاذب  (SAPS)می‌باشد.

خواص فیزیکی و شیمیایی سدیم پلی‌اکریلات

خواص فیزیکی

وزن مولکولی و خواص فیزیکی پلی آکریلات سدیم می‌تواند بسته به درجه پلیمریزاسیون و میزان اتصال عرضی متفاوت باشد،که می‌تواند در طول فرآیند سنتز کنترل شود.

پلی آکریلات سدیم معمولاً به صورت پودری سفید، بی بو، دانه‌ای یا ذرات ریز می‌باشد.

اندازه ذرات بسته به فرآیند تولید و استفاده مورد نظر، می‌تواند از بسیار ریز تا درشت متغیر باشد.

چگالی گرانول‌های SPA تقریباً 0.05-0.3 گرم در میلی لیتر است.

پلی آکریلات سدیم دارای سطح ویژه بالایی است که به افزایش قابلیت جذب آب آن کمک می‌کند. این پلیمر می‌تواند ۳۰۰ تا ۸۰۰ برابر جرم خود، آب جذب کند.

خواص شیمیایی

پیوند متقابل: اتصال عرضی پلی آکریلات سدیم برای توانایی آن در جذب آب بدون حل شدن بسیار مهم است. درجه اتصال عرضی بر استحکام ژل و خواص جذب تاثیر می‌گذارد. جذب آب توسط پلی آکریلات سدیم توسط فشار اسمزی هدایت می‌شود. گرادیان غلظت بین پلیمر و محلول آبی اطراف باعث می‌شود آب به داخل ماتریس ژل حرکت کند و منجر به تورم قابل توجهی شود.

ظرفیت تبادل یونی: SPA به دلیل ماهیت آنیونی خود دارای ظرفیت تبادل یونی بالایی است که به آن اجازه می‌دهد کاتیون‌هایی مانند سدیم و کلسیم را جذب و حفظ کند.

حساسیت به: pH پلیمر به تغییرات pH حساس است. در PH پایین (شرایط اسیدی)، گروه‌های کربوکسیلات پروتونه می‌شوند و مواد به طور موثر آب را جذب نمی‌کنند. در pH بالا (شرایط قلیایی)، این ماده می‌تواند آب را به طور موثر جذب کند.

ماهیت آنیونی پلی آکریلات سدیم از حضور گروه‌های کربوکسیلات(-COO) در امتداد ستون فقرات پلیمر ناشی می‌شود. این گروه‌های دارای بار منفی مسئول جاذبه‌های الکترواستاتیک قوی بین پلیمر و مولکول‌های آب هستند و می‌توانند با اتم‌های اکسیژن در گروه‌های کربوکسیلات پیوندهای هیدروژنی ایجاد کنند.

پایداری حرارتی: قرار گرفتن طولانی مدت در معرض دمای بالا می‌تواند پلیمر را تخریب کند.

خاصیت هیدروفیلیک: وجود گروه‌های هیدروفیل (مانند گروه‌های کربوکسیلات) روی زنجیره‌های پلیمری باعث می‌شود پلی آکریلات سدیم به شدت جذب آب شود.

پلی آکریلات سدیم تحت شرایط خاصی، زیست تخریب‌پذیر است؛ اما اگر در معرض میکروب‌ها یا شرایط مناسب برای تخریب قرار نگیرد، می‌تواند در محیط باقی بماند.

خواص پلی آکریلات سدیم تحت تأثیر عوامل مختلفی از جمله درجه پلیمریزاسیون، چگالی اتصال متقابل، وجود مواد افزودنی و فرآیند ساخت قرار می‌گیرد.  این عوامل می‌توانند بر ظرفیت جذب مواد، قدرت ژل و مقاومت در برابر تخریب بیولوژیکی و شیمیایی تأثیر بگذارند. علاوه بر این، ایمنی و اثرات زیست محیطی پلی آکریلات سدیم به فرمول خاص آن و شرایط استفاده و دفع آن بستگی دارد.

روش تولید

تولید پلی آکریلات سدیم معمولاً شامل، پلیمریزاسیون اسید اکریلیک یا نمک سدیم آن (آکریلات سدیم)، در حضور یک آغازگر مناسب و یک عامل اتصال متقابل است.

آماده سازی مونومر: مونومر اولیه پلی آکریلات سدیم، اسید اکریلیک یا نمک سدیم آن، آکریلات سدیم است. این ترکیبات به صورت تجاری در دسترس هستند و خلوص آنها برای کیفیت محصول نهایی بسیار مهم است. آنها اغلب در یک محلول آبی استفاده می‌شوند.

برای شروع واکنش پلیمریزاسیون، یک آغازگر مناسب مورد نیاز است. برای تولید پلی آکریلات سدیم، اغلب از سیستم ردوکس استفاده می‌شود. این شامل یک عامل کاهنده، مانند بی سولفیت سدیم (NaHSO3) یا اسید اسکوربیک، و یک عامل اکسید کننده، مانند پراکسید هیدروژن (H2O2) می‌باشد.

فرآیند پلیمریزاسیون پلی آکریلات سدیم را می‌توان به مراحل زیر تقسیم کرد:

پلیمریزاسیون محلول: در این مرحله مونومر (اسید اکریلیک یا آکریلات سدیم) در آب حل می‌شود. پلیمریزاسیون در یک راکتور تحت شرایط کنترل شده دما و فشار انجام می‌شود. آغازگر برای شروع واکنش به محلول اضافه می‌شود.

خنثی سازی: اگر از اسید اکریلیک به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود، باید با یک باز قوی مانند هیدروکسید سدیم (NaOH) خنثی شود تا شکل نمک سدیم یعنی پلی آکریلات سدیم تولید شود. در صورت استفاده مستقیم از آکریلات سدیم، این مرحله ضروری نیست.

پیوند متقابل: برای ایجاد خاصیت جذب آب، یک عامل اتصال عرضی به مخلوط پلیمریزاسیون اضافه می‌شود. عوامل متقابل متداول، عبارتند از N,N’-متیلن بیساکریل آمید (MBA)، اتیلن گلیکول دیاکریلات (EGDA) و دی وینیل بنزن. (DVB) این عوامل پل‌هایی را بین زنجیره‌های پلیمری ایجاد می‌کنند که در نتیجه شبکه‌ای سه بعدی ایجاد می‌شود، که می‌تواند مقادیر زیادی آب را جذب و در خود نگه دارد.

واکنش بین مونومر و عامل اتصال عرضی گرمازا است. با ادامه واکنش، محلول به دلیل تشکیل ژل پلیمری چسبناک می‌شود. وزن مولکولی و میزان اتصال عرضی را می‌توان با تنظیم نسبت مونومر به پیوند متقاطع، دما و زمان واکنش کنترل کرد. پس از اتمام پلیمریزاسیون، مخلوط واکنش سرد می‌شود و ژل پلیمری با آب شسته می‌شود تا مونومرها، آغازگرها و نمک‌های واکنش نداده حذف شوند. این فرآیند شستشو برای اطمینان از ایمنی و خلوص محصول نهایی ضروری است.

خشک کردن با اسپری: ژل پلیمری بوسیله جریان هوای گرم اتمیزه می‌شود.  آب تبخیر شده و پلیمر به ذرات پودر ریز تبدیل می‌شود. این ذرات در یک جداکننده سیکلون یا فیلتر کیسه‌ای جمع‌آوری می‌شوند.

خشک کردن درام: ژل به صورت نازک بر روی سطح یک درام گرم شده در حال چرخش، پخش می‌شود. با چرخش درام، آب تبخیر می‌شود و یک ورقه  پلیمر تشکیل می‌شود. سپس آسیاب می‌شود.

پودر خشک شده از یک سری الک عبور داده می‌شود. ذرات کوچکتر ظرفیت جذب آب را افزایش می دهند، در حالی که ذرات بزرگتر اغلب در کاربردهایی استفاده می‌شوند که به سرعت جذب کمتری نیاز دارند. ذرات پلی آکریلات سدیم بسته به کاربرد نهایی، بصورت گرانول یا پودر، فرموله می‌شوند. سپس محصولات در ظروف ضد رطوبت نگهداری می‌شوند.

کاربردهای صنعتی

پلی آکریلات سدیم یک پلیمر مصنوعی است که کاربردهای وسیعی در صنایع مختلف دارد.موارد زیر برخی از کاربردهای کلیدی پلی آکریلات سدیم هستند:

پوشک و محصولات بهداشتی یکبار مصرف

یکی از رایج‌ترین کاربردهای پلی آکریلات سدیم در تولید پلیمرهای سوپرجاذب (SAP) است، که در پوشک‌های یکبار مصرف و نوار بهداشتی استفاده می‌شود. هنگامی که مایعات تماس پیدا می‌کند، می‌تواند مقادیر زیادی مایع را جذب و حفظ کند، که به خشک نگه داشتن پوست کمک کرده  و محافظت در برابر نشت را بهبود می‌بخشد.

کشاورزی

در کشاورزی از پلی آکریلات سدیم به عنوان یک عامل نگهدارنده برای بهبود ظرفیت نگهداری آب در خاک استفاده می‌شود. این ویژگی در مناطق خشک و نیمه خشک که آب به میزان کافی در دسترس نیست، مفید می‌باشد. کشاورزان با ترکیب SPA در خاک می‌توانند دفعات آبیاری را کاهش دهند که می‌تواند منجر به صرفه‌جویی قابل توجهی در آب آبیاری و افزایش عملکرد محصول شود. علاوه بر این، می‌تواند به کاهش فرسایش خاک و از دست دادن مواد مغذی آن کمک کند.

تصفیه آب

پلی آکریلات سدیم به عنوان فلوکولانت در فرآیندهای تصفیه آب استفاده می‌شود. این پلیمر آب را جذب کرده و تا 300 برابر حجم اولیه خود متورم می‌شود، که به جمع شدن ذرات کوچک و آلاینده‌ها در آب کمک کرده و حذف آنها را از طریق ته‌نشینی یا فیلتراسیون آسان‌تر می‌کند. این امر به ویژه برای حذف ترکیبات آلی، فلزات و کلوئیدها از پساب‌های صنعتی و فاضلاب بسیار مهم است.

پزشکی

در کاربردهای پزشکی، پلی آکریلات سدیم به دلیل ظرفیت بالای جذب آب در تولید پانسمان زخم و به عنوان یک افزودنی در برخی داروها استفاده می‌شود که می‌تواند به حفظ رطوبت محیط زخم کمک کرده و خطر عفونت را کاهش دهد.

تولید کاغذ

به عنوان یک عامل استحکام دهنده، پلی آکریلات سدیم در طول فرآیند تولید، به خمیر کاغذ اضافه می‌شود تا مقاومت آن در برابر پارگی افزایش یابد. این امر به ویژه برای محصولاتی مانند دستمال کاغذی و سایر دستمال‌های یکبار مصرف که باید یکپارچگی خود را حتی در صورت خیس بودن حفظ کنند، بسیار مهم است.

محصولات آرایشی و بهداشتی

پلی آکریلات سدیم در مرطوب‌کننده‌ها و ضدآفتاب‌ها استفاده می‌شود، زیرا می‌تواند با حفظ آب، یک لایه آبرسان روی پوست ایجاد کند. همچنین در تولید لنزهای تماسی به عنوان یک عامل مرطوب‌کننده کاربرد دارد.

صنایع نفت و گاز

در صنعت نفت و گاز از پلی آکریلات سدیم در روش‌های بازیافت نفت (EOR) استفاده می‌شود. این ماده به چاه‌های نفت تزریق می‌شود تا قابلیت جذب آب سنگ مخزن اطراف را افزایش دهد، که می‌تواند به بازیابی نفت کمک کند.

معدن

پلی آکریلات سدیم در عملیات معدن‌کاری برای کنترل ویسکوزیته سیالات حفاری استفاده می‌شود، که  به حفظ پایداری سیال کمک می‌کند و توانایی آن را برای حمل قلمه‌ها از ناحیه حفاری بهبود می‌بخشد. این ویژگی کارایی فرآیند حفاری را افزایش می‌دهد.

منسوجات

در صنعت نساجی، پلی آکریلات سدیم را می‌توان برای ایجاد خاصیت جذب رطوبت به پارچه‌ها استفاده کرد. این ویژگی برای لباس‌های ورزشی مفید بوده، زیرا می‌تواند به خشک ماندن لباس در طول ورزش کمک کند.

بتن و ساخت و ساز

گاهی در کاربردهای بتن و ساختمانی به عنوان عامل کاهنده آب استفاده می‌شود و مقدار آب مورد نیاز در مخلوط بتن را کاهش می‌دهد. در نتیجه بتن قوی‌تر و بادوام‌تر می‌شود و همچنین نفوذپذیری مواد، کاهش می‌یابد.

 

بسته بندی مواد غذایی

پلی آکریلات سدیم می‌تواند مقادیر کمی مایع را که ممکن است از محصولات بسته‌بندی نشت کند، جذب کرده و به حفظ تازگی و جلوگیری از فساد محصول کمک می‌کند.

 

محیط زیست

پلی آکریلات سدیم در کاربردهای زیست محیطی برای جذب و مهار نشت محلول‌های آبی و مواد سمی استفاده می‌شود. به عنوان مثال، می‌توان از آن برای جذب روغن ریخته شده استفاده کرد و از پخش شدن آن و ایجاد آسیب بیشتر به محیط زیست جلوگیری کرد.

تحقیق و توسعه

پلی آکریلات سدیم در زمینه‌های تحقیقاتی مختلف، از جمله بیوتکنولوژی، به عنوان یک ماتریس برای تثبیت آنزیم‌ها و سایر مواد فعال زیستی کاربرد دارد.

امنیت و خطرات

پلی آکریلات سدیم به دلیل ماهیت غیرسمی آن به طور کلی برای اکثر کاربردها ایمن شناخته می‌شود. زیست سازگار است، به این معنی که برای بافت زنده مضر نیست، به همین دلیل است که می‌توان آن را در محصولات پزشکی به کار برد.

در کشاورزی، از آن برای بهبود رطوبت خاک استفاده شده  و برای محیط زیست ایمن در نظر گرفته می‌شود، زیرا در طول زمان بدون باقی گذاردن بقایای مضر، تجزیه می‌شود. همچنین در صورت استفاده طبق دستور،  غیر سرطان‌زا بوده و برای آبزیان مضر نیست.

خطرات

در استفاده از پلی آکریلات سدیم، برخی از خطرات بالقوه وجود دارد، که باید از آنها آگاه بود:

این پلیمر در شکل خشک خود، یک پودر ریز و سفید است که می‌تواند در هوا پخش شده و در صورت استنشاق باعث تحریکات تنفسی شود. برای کارگرانی که مقادیر زیادی از این مواد را جابجا می‌کنند، استفاده از تجهیزات حفاظت فردی مناسب (PPE)،از جمله ماسک‌های گرد و غبار و عینک ضروری می‌باشد.

تماس مستقیم با پلی آکریلات سدیم به دلیل توانایی آن در جذب سریع رطوبت، می‌تواند باعث تحریک چشم و خشکی پوست شود.

اشتعال پذیری: پلی آکریلات سدیم به آسانی نمی‌سوزد، اما در شکل خشک خود، برای جلوگیری از آتش‌سوزی یا انفجار احتمالی باید دور از شعله‌های باز و دمای بالا نگهداری شود.

به طور خلاصه، پلی آکریلات سدیم زمانی که به درستی و مسئولانه استفاده شود، یک ماده ایمن و مفید می‌باشد. با این حال، مانند هر ماده شیمیایی، خطرات بالقوه‌ای دارد که باید برای اطمینان از ایمنی برای انسان و محیط زیست، مدیریت شود.

قیمت و خرید سدیم پلی اکریلات

برای سفارش سدیم پلی اکریلات با مناسب‌ترین قیمت، با شماره‌های زیر تماس بگیرید: