पहली बातचीत—अति अवशोषक पॉलिमर

आइए, हम आपको उस सुपर एब्जॉर्बेंट पॉलीमर (SAP) से परिचित कराते हैं जिसमें आपकी रुचि आजकल काफी बढ़ गई है! SAP एक नए प्रकार का कार्यात्मक पॉलीमर पदार्थ है। इसमें पानी सोखने की उच्च क्षमता होती है, जो अपने वजन से कई सौ से लेकर कई हजार गुना अधिक वजन तक पानी सोख सकता है, और इसकी जल धारण क्षमता उत्कृष्ट है। एक बार पानी सोखने और हाइड्रोजेल में बदलने के बाद, दबाव डालने पर भी पानी को अलग करना मुश्किल होता है। इसलिए, इसका उपयोग व्यक्तिगत स्वच्छता उत्पादों, औद्योगिक और कृषि उत्पादन, और सिविल इंजीनियरिंग जैसे विभिन्न क्षेत्रों में व्यापक रूप से होता है।

अतिअवशोषक राल एक प्रकार का वृहद अणु है जिसमें जल-प्रेमी समूह और क्रॉस-लिंक्ड संरचना होती है। इसका उत्पादन सर्वप्रथम फैंटा और अन्य कंपनियों द्वारा स्टार्च को पॉलीएक्रिलोनाइट्राइल के साथ ग्राफ्ट करके और फिर साबुनीकरण द्वारा किया गया था। कच्चे माल के आधार पर, स्टार्च श्रृंखला (ग्राफ्टेड, कार्बोक्सीमिथाइलेटेड, आदि), सेल्युलोज श्रृंखला (कार्बोक्सीमिथाइलेटेड, ग्राफ्टेड, आदि), सिंथेटिक बहुलक श्रृंखला (पॉलीएक्रिलिक एसिड, पॉलीविनाइल अल्कोहल, पॉलीऑक्सी एथिलीन श्रृंखला, आदि) को कई श्रेणियों में बांटा गया है। स्टार्च और सेल्युलोज की तुलना में, पॉलीएक्रिलिक एसिड अतिअवशोषक राल के कई फायदे हैं, जैसे कम उत्पादन लागत, सरल प्रक्रिया, उच्च उत्पादन क्षमता, मजबूत जल अवशोषण क्षमता और उत्पाद की लंबी शेल्फ लाइफ। यह इस क्षेत्र में वर्तमान शोध का प्रमुख केंद्र बन गया है।

इस उत्पाद का सिद्धांत क्या है? वर्तमान में, विश्व के सुपर एब्जॉर्बेंट रेज़िन उत्पादन में पॉलीएक्रिलिक एसिड का योगदान 80% है। सुपर एब्जॉर्बेंट रेज़िन सामान्यतः एक पॉलीमर इलेक्ट्रोलाइट होता है जिसमें एक हाइड्रोफिलिक समूह और एक क्रॉस-लिंक्ड संरचना होती है। पानी को अवशोषित करने से पहले, पॉलीमर श्रृंखलाएं एक-दूसरे के करीब होती हैं और आपस में उलझी होती हैं, जिससे एक नेटवर्क संरचना बनती है और समग्र मजबूती प्राप्त होती है। पानी के संपर्क में आने पर, पानी के अणु केशिका क्रिया और विसरण के माध्यम से रेज़िन में प्रवेश करते हैं, और श्रृंखला पर मौजूद आयनित समूह पानी में आयनित हो जाते हैं। श्रृंखला पर समान आयनों के बीच स्थिरवैद्युत प्रतिकर्षण के कारण, पॉलीमर श्रृंखला खिंचती और फूलती है। विद्युत तटस्थता की आवश्यकता के कारण, विपरीत आयन रेज़िन के बाहर नहीं जा सकते, और रेज़िन के अंदर और बाहर के विलयन में आयन सांद्रता का अंतर एक विपरीत परासरण दाब बनाता है। विपरीत परासरण दाब की क्रिया के तहत, पानी रेज़िन में और अधिक प्रवेश करके हाइड्रोजेल बनाता है। साथ ही, रेज़िन की क्रॉस-लिंक्ड नेटवर्क संरचना और हाइड्रोजन बॉन्डिंग जेल के असीमित विस्तार को सीमित करती है। जब पानी में थोड़ी मात्रा में नमक होता है, तो विपरीत परासरण दाब कम हो जाता है, और साथ ही, प्रति आयन के परिरक्षण प्रभाव के कारण, बहुलक श्रृंखला सिकुड़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप रेज़िन की जल अवशोषण क्षमता में भारी कमी आती है। सामान्यतः, 0.9% NaCl विलयन में अतिअवशोषक रेज़िन की जल अवशोषण क्षमता विआयनीकृत जल की तुलना में लगभग 1/10 ही होती है। जल अवशोषण और जल प्रतिधारण एक ही समस्या के दो पहलू हैं। लिन रनक्सिओंग और अन्य ने ऊष्मागतिकी में इन पर चर्चा की है। एक निश्चित तापमान और दाब पर, अतिअवशोषक रेज़िन स्वतः ही जल को अवशोषित कर सकता है, और जल रेज़िन में प्रवेश करता है, जिससे संपूर्ण प्रणाली की मुक्त एन्थैल्पी कम होकर संतुलन तक पहुँच जाती है। यदि जल रेज़िन से बाहर निकलता है, जिससे मुक्त एन्थैल्पी बढ़ जाती है, तो यह प्रणाली की स्थिरता के लिए अनुकूल नहीं है। विभेदक तापीय विश्लेषण से पता चलता है कि सुपर एब्जॉर्बेंट रेज़िन द्वारा अवशोषित जल का 50% भाग 150°C से ऊपर के तापमान पर भी जेल नेटवर्क में ही समाहित रहता है। इसलिए, सामान्य तापमान पर दबाव डालने पर भी सुपर एब्जॉर्बेंट रेज़िन से जल बाहर नहीं निकलेगा, जो कि सुपर एब्जॉर्बेंट रेज़िन के ऊष्मगतिकीय गुणों द्वारा निर्धारित होता है।

अगली बार, SAP का विशिष्ट उद्देश्य बताएं।