Универсальные гидрогели, позволяющие благодаря наличию широкого спектра химических структур получать прекрасные значения скорости поглощения и производительности, используются преимущественно в суперабсорбирующих материалах для производства таких одноразовых товаров массового потребления, как подгузники, продукты для взрослых, страдающих недержанием, и продукты для личной гигиены для женщин, на долю которых приходится 94% общего объема потребления суперабсорбирующих полимеров.

Оставшиеся 6% используются для технических и специальных применений в самых различных областях: в промышленном и гражданском строительстве, на рынке товаров для сельского хозяйства и садоводства, для производства упаковки, проводов и кабелей, средств пожаротушения, медицинских товаров и средств личной гигиены, управления поверхностными водами... Свойством, которое объединяет все эти применения, является высокая поглощающая способность.
Большинство суперабсорбирующих полимеров производится из полиакриловой кислоты, на долю которой приходится почти 1% объема всего рынка пластмасс с потреблением на уровне потребления полиамидов или фенольных смол. Эти полимеры могут предлагаться на рынке в различной форме: гранулы, волокна, пенопласты, растворы... и, подобно другим пластмассам, они могут соединяться с другими материалами для создания композитов или гибридов.

Суперабсорбирующие полимеры - SAP: бурный рост рынка
Суперабсорбирующие полимеры создаются на основе акриловой кислоты и ее солей и производных, полимеризированных с использованием технологий полимеризации в растворе или в суспензии. Поглощение воды, кинетика поглощения, параметры гидрогеля и, соответственно, приемлемое давление после разбухания без протечек, зависят от:
- Природы используемого катиона и степени нейтрализации акриловой кислоты, которая влияет на поглощение воды.
- Сшивания раствора, которое влияет на поглощение воды и механические свойства как в сухом, так и в разбухшем состоянии.
- Возможного последующего поверхностного сшивания суперабсорбирующих частиц с созданием структуры «ядро-оболочка», которое улучшает поглощение и изменяет скорость разбухания.
- Создания возможным вспениванием новых путей для проникновения воды.
На приведенном ниже рисунке 'Поглощение воды и образование гидрогеля' схематично показано поглощение воды или других водных сред и образование гидрогеля, ограниченное сшиванием суперабсорбирующего полимера.

Поглощение воды и образование гидрогеля.

На приведенных далее графиках 'Поглощение воды в зависимости от сшивания' и 'Поглощение воды в зависимости от степени нейтрализации' схематично показаны:
- Падение значения поглощения воды при увеличении степени сшивания, а затем последующее более медленное снижение.
- Повышение поглощения воды при повышении степени нейтрализации, быстрое в самом начале и более умеренное впоследствии.

Поглощение воды в зависимости от сшивания.

Поглощение воды в зависимости от степени нейтрализации.

В Таблице 1 даны некоторые свойства суперабсорбирующих полимеров, созданных из двух марок натриевой соли сшитой полиакриловой кислоты. Можно отметить значительную разницу между поглощением деионизированной воды с одной стороны, и мочи или раствора с небольшой концентрацией соли, с другой.

Таблица 1: Примеры свойств натриевой соли сшитой полиакриловой кислоты

Мировое производство SAP оценивается в примерном диапазоне от 1 до 1.5 миллионов тонн, что делает потребление SAP находящимся в одной весовой категории с потреблением фенольных смол или полиамидов. После бурного роста наблюдается некоторое снижение активности, как можно видеть из следующего графика 'Суперабсорбирующие материалы-Потребление'

Суперабсорбирующие материалы-Потребление.

Некоторое ограниченное число производителей разворачивает производства с помощью приобретения контрольных пакетов. К их числу относятся, например,: Allied Colloids, Amcol, Arkema, BASF, Chemdal Corporation, Dow Chemical, Hoechst Casella, Kao Soap Co., Mitsubishi Petrochemical Company, Nippon Shokubai, Sanyo, Stockhausen GmbH, Sumitomo Seika.
94% суперабсорбирующих полимеров используется для производства подгузников, продуктов для взрослых, страдающих недержанием, и продуктов для личной гигиены для женщин, и только 6% используется для изготовления других применений, таких как, например:
- Выращивание растений;
- Водоблокирование для проводов и кабелей;
- Упаковка;
- Строительство;
- Системы пожаротушения;
- Суперабсорбирующие волокна, используемые при упаковке пищевых продуктов;
- Кабельная пряжа и лента;
- Медицинские применения;
- Упаковки для холодной и тепловой терапии;
- Управление и контроль поверхностных вод;
- Фильтрационные применения;
- Замена льда/ Продукты изо льда многократного применения...
Для дополнительного изменения эксплуатационных характеристик можно осуществлять сополимеризацию акриловой кислоты и ее солей с акриламидом.

Полиакриловая кислота, модифицированная сшитым полиакриламидом
Сополимеры полиакрилата и полиакриламида были изначально предназначены для обеспечения долговременной стабильности на протяжении продолжительных влажных/сухих циклов в присутствии высоких концентраций электролита и неорганических веществ. Поглощение деионизированной воды здесь ниже (200 г/г), но повышенная с помощью акриламида прочность позволяет использовать материал в следующих областях:
- Рынок продуктов для сельского хозяйства и садоводства;
- Медицинский контроль разлива;
- Водоблокирование для проводов и кабелей, и т. д.
Помимо непосредственного использования в применениях сухих и чистых суперабсорбирующих смол, на рынке также реализуются некоторые другие формы для облегчения их использования или же улучшения эксплуатационных характеристик:
- Композиты и ламинаты.
- Водные растворы.
- Пенопласты.
- Волокна...

Композиты и ламинаты на основе суперабсорбирующих полимеров
Некоторые производители, такие как Eti, реализуют на рынке ламинаты и композиты в виде рулонов или листов с очень высоким поглощением воды, а также другими функциональными возможностями: повышенной механической прочностью за счет соединения с волокнами или полиэфирными неткаными материалами, антимикробным воздействием, добавлением ингибиторов коррозии, рабочих параметров барьерной пленки, одним словом, любых свойств, которые необходимы для облегчения обработки.
Так, например, структуры Composites Airlaid от ETi с основной массой от 100 - 600 г/кв. м. могут в зависимости от требований быть наполнены на 5 - 60% суперабсорбирующими веществами. В число рынков готовых продуктов входят: водоблокирование для проводов и кабелей, фильтрация, медицинские товары, специальная упаковка, промышленные средства для вытирания, а также средства контроля разлива.

Растворы суперабсорбирующих полимеров
Эта простая в использовании форма суперабсорбирующих материалов ведет себя как настоящий раствор, который можно, если потребуется, разводить водой, а затем распылять или наносить сверху, или же наносить точечно на подложку для образования покрытия или осуществления насыщения. После высушивания и сшивания при особой температуре (или при комнатной температуре при специальном сшивании) на протяжении специально определенного срока, получается подложка с покрытием, которая обладает суперабсорбирующей функциональностью. В число применений входят, например, водоблокирование для проводов и кабелей... В Таблице 2 показан пример свойств раствора (LiquiBlock™ CSP от ETi).

Суперабсорбирующие пенопласты
Идея заключается в создании сети взаимосвязанных пор в гидрогеле для ускорения и гомогенизации разбухания. Этого можно добиться за счет одновременных полимеризации, вспенивания и сшивания суперабсорбирующего материала. Если какая-либо часть гидрогеля вступает в контакт с водой, она местно поглощается и пропускается по капиллярам в любое место по открытым каналам для заполнения всего пространства, причем очень быстро, например, менее, чем за 30 или 60 секунд.

Суперабсорбирующие волокна в качестве слоев для поглощения пота в защитной одежде
Исследована эффективность действия сополимера сшитого акрилата, частично нейтрализованного натриевой солью, в качестве средства для поглощения пота для хлопковых, полиэфирных и полипропиленовых нетканых материалов. На приведенном ниже графике 'Поглощение пота в зависимости от скорости' показаны результаты с лучшими данными для суперабсорбирующих волокон, добавленных к хлопку, и плохими данными для полипропилена.

Поглощение пота в зависимости от скорости.

Суперабсорбирующие полимеры для упаковки без непосредственного контакта с пищевыми продуктами
За счет своей высокой способности к поглощению SAP могут использоваться для производства упаковки для поглощения протечек. Для производства упаковки для пищевых продуктов необходимо иметь специальные суперабсорбирующие полимеры. Так, например, Управление по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) разрешило использование Luquasorb® FP 800 компании BASF для производства упаковки, не имеющей непосредственного контакта с пищевыми продуктами. Это разрешение распространяется на упаковку для птицы, мяса, рыбы, фруктов и овощей. SAP поглощает вытекающие жидкости, такие как следы крови или жидких соков и т. д. Это позволяет дольше сохранять продукты свежими и привлекательными на вид. Суперабсорбирующие гранулы могут быть в небольших количествах введены в качестве наполнителя при производстве впитывающих прокладок, что делает упаковку более эффективной и экономичной. Использованные прокладки могут быть удалены вместе с бытовыми отходами.

Суперабсорбирующие полимеры создаются на основе акриловой кислоты и ее солей и производных, полимеризированных с использованием технологий полимеризации в растворе или в суспензии. Поглощение воды, кинетика поглощения, параметры гидрогеля и, соответственно, приемлемое давление до протечки, зависят от природы используемого катиона, часто натриевого или калиевого, степени нейтрализации акриловой кислоты, сшивания раствора, возможного последующего поверхностного сшивания суперабсорбирующих частиц с созданием структуры «ядро-оболочка», физической формы, способствующей поглощению и диффузии жидкостей за счет капиллярности.
Подобно другим пластмассовым материалам, суперабсорбирующие полимеры могут обрабатываться с другими материалами для создания композитов, гибридов, многослойных структур и нетканых материалов... После имевшего место на протяжении последних двадцати лет бурного рост, рост потребления в настоящее время превышает значения по всему рынку пластмасс в целом. Мировое производство SAP оценивается примерно в диапазоне от 1 до 1.5 миллионов тонн, что делает потребление SAP находящимся в одной весовой категории с потреблением фенольных смол или полиамидов.
Универсальные гидрогели, позволяющие благодаря наличию широкого спектра химических структур получать прекрасные значения скорости поглощения и производительности вплоть по умеренного поглощения, используются, преимущественно, в суперабсорбирующих материалах для производства таких одноразовых товаров массового потребления, как подгузники, продукты для взрослых, страдающих недержанием, и продукты для личной гигиены для женщин, на долю которых приходится 94% общего объема потребления суперабсорбирующих полимеров. Оставшиеся 6% используются для технических и специальных применений в самых различных областях: в промышленном и гражданском строительстве, на рынке товаров для сельского хозяйства и садоводства, для производства упаковки, проводов и кабелей, средств пожаротушения, медицинских товаров и средств личной гигиены, управления поверхностными водами... Свойством, которое объединяет все эти применения, является высокая поглощающая способность.

Майкл БАЙРОН
http://www.specialchem4polymers.com