初回講演 高吸水性ポリマー

最近気になるSAPについてご紹介します！高吸水性ポリマー（SAP）は新しいタイプの機能性高分子素材です。自身の数百倍から数千倍の重さの水を吸収する高い吸水機能を持ち、保水性能に優れています。水を吸収してハイドロゲルに膨潤すると、圧力をかけても水を分離するのは困難です。そのため、衛生用品、工業・農業生産、土木など様々な分野で幅広く使用されています。

高吸水性樹脂は、親水基と架橋構造を含む高分子の一種です。それは、ファンタらによってデンプンをポリアクリロニトリルでグラフトし、その後ケン化することによって最初に製造された。原料によりデンプン系（グラフト化、カルボキシメチル化等）、セルロース系（カルボキシメチル化、グラフト化等）、合成高分子系（ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリオキシエチレン系等）に分けられます。 。デンプンやセルロースと比較して、ポリアクリル酸高吸水性樹脂は、製造コストが低く、プロセスが簡単で、生産効率が高く、吸水力が強く、製品の保存期間が長いなどの一連の利点があります。この分野では現在の研究のホットスポットとなっています。

この製品の原理は何ですか?現在、ポリアクリル酸は世界の高吸水性樹脂生産量の80％を占めています。高吸水性樹脂は、一般に、親水基と架橋構造を含む高分子電解質である。吸水前はポリマー鎖が互いに接近して絡み合い、架橋して網目構造を形成し、全体の固定を実現します。水と接触すると、水分子が毛細管現象と拡散によって樹脂中に浸透し、水中で鎖上のイオン化基がイオン化します。鎖上の同じイオン間の静電反発により、ポリマー鎖が伸びて膨潤します。電気的中性が要求されるため、対イオンは樹脂の外部に移動できず、樹脂内外の溶液のイオン濃度差により逆浸透圧が形成されます。逆浸透圧の作用により、水が樹脂にさらに浸透してヒドロゲルを形成します。同時に、樹脂自体の架橋網目構造と水素結合により、ゲルの無制限の膨張が制限されます。水に少量の塩分が含まれると逆浸透圧が低下すると同時に、対イオンの遮蔽効果により高分子鎖が収縮し、吸水能力が大幅に低下します。樹脂。一般に、高吸水性樹脂の0.9％NaCl水溶液での吸水量は、脱イオン水の1/10程度しかありません。吸水と保水は同じ問題の 2 つの側面です。林 潤雄ら。それらを熱力学で議論しました。特定の温度と圧力下で、高吸水性樹脂は水を自発的に吸収することができ、水は樹脂に入り、平衡に達するまで系全体の自由エンタルピーを減少させます。樹脂から水が漏れて自由エンタルピーが増加すると、システムの安定性が損なわれます。示差熱分析により、高吸水性樹脂に吸収された水の 50% が 150°C 以上でもゲル ネットワーク内に閉じ込められていることがわかります。したがって、常温で圧力を加えても、高吸水性樹脂から水が逃げることはなく、これは高吸水性樹脂の熱力学特性によって決まります。

次回は、SAP の具体的な目的について説明します。