هیدروژل های سوپرجاذب اکریلیکی بیشترین اهمیت را در میان انواع گوناگون هیدروژل های سوپرجاذب دارند. خواص خوب این سوپرجاذب ها از نظر میزان جذب، سرعت، استحکام ژل و ارزان بودن مونومرهای اکریلیکی سبب جذابیت این خانواده از سوپرجاذب ها شده است.
پلیمرهای سوپرجاذب (SPA)، ژل های پلیمری آب دوست یا هیدروژل هایی هستند که می توانند مقادیر زیادی آب یا محلول های فیزیولوژیکی را جذب کنند. از لحاظ عملی یک سوپر جاذب به صورت ماده خشکی توصیف می شود که چندین برابر وزن خود محلول آبی جذب کند. ماده متورم شده تغییری نمی کند و این سوپرجاذب به هر شکلی که باشد (دانه، لیف فیلم و …) به همان شکل باقی می ماند. هیدروژل به دست آمده از تبدیل سوپرجاذب خشک باید از نظر فیزیکی به قدر کافی بی نقص باشد تا وقتی در آب قرار می گیرد در برابر جاری شدن و حل شدن مقاومت کند. ذرات هیدروژل سوپرجاذب بدون حل شدن تا رسیدن به حجم تعادلی خود متورم می شوند. پلیمر متورم شده به علت وجود برخی اشکال گره های شبکه ای مانند اتصالات عرضی حل نمی شود.

سوپرجاذب اکریلیکی
موارد مصرف و کاربردها
مصارف بهداشتی

بیش از ۸۰ درصد از تولید سوپرجاذب ها در محصولات بهداشتی مورد استفاده قرار می گیرد که اغلب به پوشک اختصاص می یابد. پوشک از سه لایه خارجی، میانی و داخلی (توده جاذب رطوبت) تشکیل می شود. جنس لایه خارجی پوشک، منسوج نبافته است. در این بخش از پوشک از اوایل دهه ۱۹۸۰، منسوج نبافته از الیاف پلی پروپیلن استفاده می شود. به دلیل خاصیت آبگیری احساس آرامش بیشتری به مصرف کننده می دهد و همچنین موجب عدم متلاشی شدن و از هم پاشیدگی توده داخلی پوشک می شود. لایه میانی پوشک دستمال کاغذی معمولی است و نقش محافظ برای لایه داخلی را بر عهده دارد. لایه داخلی که در واقع همان توده جاذب رطوبت می باشد. استفاده از پودر سوپرجاذب رطوبت در پوشک بچه به شکل تجاری از سال ۱۹۷۸ در ژاپن آغاز شد. کشورهای آلمان و فرانسه استفاده از سوپرجاذب به عنوان کالای بهداشتی را در سال ۱۹۸۰ آغاز و آمریکا از سال ۱۹۸۵ به استفاده کسترده از این مواد در صنعت پوشک اقدام کردند.در آغاز از سوپرجاذب ها در هر پوشک به مقدار ۱ الی ۲ گرم استفاده می شد اما در ادامه پوشک هایی که دارای ۴ الی ۵ گرم پودر سوپرجاذب بودند، راهی بازار مصرف شدند.

سوپرجاذب رطوبت

تولید پوشک بچه عمده ترین مصرف سوپرجاذب های پلیمری را به خود اختصاص داده است، به طوری که در حدود ۹۰ درصد سوپرجاذب های تولیدی در جهان در ساخت و تهیه پوشک بچه مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از این پلیمرها در پوشک بچه می توان در مصرف الیاف سلولزی به طور قابل توجهی صرفه جویی نمود. استفاده از پوشک هایی که در ساخت آن ها از سوپرجاذب های پلیمری بهره گرفته شده، باعث می شود که بدن کودک برای مدت زمان بیشتری خشک نگه داشته شودو عوارضی همچون التهاب پوست، سوزش و عفونت نیز به مقدار قابل توجهی کاهش یابد. به طور کلی متوسط میزان مصرف سوپرجاذب های پلیمری در هر پوشک بین ۱۰ تا ۲۵ گرم می باشد.

دومین مصرف کننده سوپرجاذب های پلیمری، محصولات بهداشتی بانوان می باشد، که به دلیل قابلیت جذب بالای این پلیمر و امکان ساخت محصولاتی با وزن کمتر و کارآیی مطلوب تر، مورد توجه واقع شده است.

هیدروژل های سوپرجاذب در کشاورزی

آب، عامل اصلی تولید محصولات کشاورزی، اکولوژی و محیط زیست سالم و تامین مواد غذایی برای جمعیتی است که با افزایش روز افزون خود به بهره برداری بی رویه از منابع و آلوده سازی آن پرداخته است. از بین رفتن پوشش گیاهی باعث بروز تغییرات آب و هوایی در کره زمین گشته و همچنین گرم شدن هوا و کمبود تولیدات کشاورزی را با مشکلات بسیاری مواجه نموده است. در چنین شرایطی صرفه جویی در مصرف آب و جلوگیری از هدر رفتن آن از طریق مدیریت صحیح اهمیت ویژه ای دارد.

سوپرجاذب پلیمری

در این میان مواد اصلاح کننده جدیدی که به تازگی کاربرد وسیعی در دنیا پیدا کرده اند، سوپرجاذب های پلیمری می باشند. این پلیمرها ضمن برخورداری از سرعت و ظرفیت زیاد جذب آب، به مثابه آب انبارهای مینیاتوری عمل کرده و در مواقع ضروری، ریشه به راحتی آب مورد نیاز خود را در دسترس خود دارد. مقدار آبی که در خاک ذخیره می شود، به ظرفیت آن بستگی دارد. سوپرجاذب های پلیمری علاوه بر افزایش ظرفیت نگهداری آب در خاک های سبک، می توانند مشکل نفوذپذیری خاک های سنگین را نیز برطرف نمایند. سوپرجاذب های پلیمری از ان جا که با جذب سریع آب به میزان ده ها برابر وزن خود به ژلی با استحکام بالا تبدیل می گردند، در کشاورزی و باغبانی، جنگل کاری، فضای سبز و نیز کنترل فرسایش خاک از جایگاه ویژه ای برخوردار هستند. با این که سوپرجاذب های پلیمری تحت فشار نیز قادر به نگداری آب جذب شده هستند، اما به محض نیاز ریشه گیاه، آب را به سهولت در اختیار ان قرار می دهند. جذب سریع آب و حفظ آن، بازده جذب آب ناشی از بارندگی های پراکنده را بالا برده و در صورت آبیاری خاک، فواصل آبیاری را نیز افزایش می دهد. مقدار این افزایش بستگی به شرایط فیزیکی خاک، آب و هوا و میزان سوپرجاذب های پلیمری در خاک، متفاوت است.

سوپرجاذب پلیمری

با توجه به pH خنثی سوپرجاذب های پلیمری که بین ۶ تا ۷ می باشد، اثر سوء بر خاک نداشته و هیچ گونه سمیتی نیز ندارد. علاوه بر نگهداری آب توسط سوپرجاذب های پلیمری، این ترکیبات به دلیل تغییر حجم مداوم (انبساط و انقباض هنگام جذب و از دست دادن آب) میزان هوا را در خاک افزایش می دهد.
میانگین قطر ذرات سوپرجاذب برای کاربردهای بهداشتی حدود ۳۰۰ میکرومتر است، در حالی که برای مصارف کشاورزی بهتر است این ذرات بزرگ تر از ۳-۱ میلی متر، و دارای استحکام بیشتری باشند، زیرا ذرات کوچک یا ژل های نرم، فضاهای خالی در خاک را پر می کنند و از تنفس و جذب آب توسط ریشه جلوگیری می نمایند.

مزایای استفاده از سوپرجاذب ها در کشاورزی عبارتند از:

۱- صرفه جویی در مصرف آب (۵۰ تا ۷۰ درصد در مصرف آب صرفه جویی می شود)
۲- استفاده بهینه از کود ها و سموم شیمیایی
۳- جلوگیری از تنش های ناشی از نوسانات رطوبتی در خاک
۴- امکان کشت در مناطق خشک (بیابانی) و سطوح شیب دار
۵- هوادهی بهتر خاک
۶- افزایش بازده محصول
هیدروژل های سوپرجاذب
سوپرجاذب ها در بتن

توسعه بتن هایی با کارآیی بالا (High Performance Concrete) توسعه به سزایی در صنعت بتن به شمار می رود. در آغاز توجه به قابلیت افزایش استحکام بتن 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 می دهد که انقباض بر اثر خشک شدن دلیل اصلی شکل گرفتن ترک ها است. راه حل مناسب برای رفع این معضل استفاده از ذرات پلیمرهای سوپرجاذب در ترکیبات بتنی می باشد. این عمل موجب قرار گرفتن ذرات هیدروژل متورم در داخل بتن تازه می شود که از انقباض بتن بر اثر خشک شدن جلوگیری می کند.
جذب آب بر اثر افزودن سوپرجاذب های پلیمری به بتن اثر قوی بر تغییر فرم نیز دارد به طوری که افزایش درصد سوپرجاذب باعث کاهش موفقیت آمیز و حتی در برخی موارد سبب انبساط نیز می شود. همچنین افزودن سوپرجاذب پلیمری به بتن در حذف ازدیاد تنش در ملاط اثر موثری دارد.

رطوبت زدایی 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 همچنین یخ زدگی 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 سنگ مورد استفاده قرار می گیرد. هزینه های عملیاتی و آلودگی محیطی سبب شده است که این فرآیند در برخی از کشورها ممنوع شود. لذا تحقیقات به سمت فن آوری های جایگزین برای آب زدایی از زغال سنگ 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.

رطوبت زدایی از زغال سنگ

استفاده از پلیمر های سوپرجاذب به منظور آب زدایی از ذرات دوده (زغال) دارای مزایای بسیاری از جمله ارزان تر بودن فرآیند نسبت به سایر روش های جایگزین می باشد. 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 فرآیند دانه بندی متداول جدا می شود. سپس پلیمر متورم با آزادسازی آب احیا شده و مجدد در فرآیند مذکور قابل استفاده است.

سوپر جاذب ها و حسگرها

مهمترین خواص مواد مورد نیاز در حسگرها عبارتند از حساسیت کافی به محرک های محیطی، گزینش پذیری برای اجزایی که باید شناسایی شوند و زمان پاسخ کوتاه و قابلیت بازآفرینی پالس خروجی.
به خوبی شناخته شده که هیدروژل های پلیمری خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی مانند مقاومت الکتریکی، ظرفیت، اندازه و شکل خودشان را در پاسخ به محرک های محیطی از طریق فرآیند جذب یا دفع آب تغییر می دهند. این تغییرات می توانند به یک سیگنال الکتریکی تبدیل شوند و تغییرات محیطی را نشان دهند. غشاهای خیلی نازک سوپرجاذب که سرعت جذب زیادی دارند برای کاربرد در حسگرها مناسب تر می باشند، زیرا محدودیت نفوذ در شبکه های پلیمری کاهش می یابد. همچنین مطالعات نشان می دهد که سوپر جاذب های کامپوزیتی (تهیه شده با خاک رس) دارای جذب آب بهتری نسبت به سوپرجاذب خالص هستند. بنابراین استفاده از سوپرجاذب های کامپوزیتی به عنوان یک ماده حساس به رطوبت در ساخت یک حسگر رطوبتی مناسب تر است.

تغلیظ پروتئین ها

پروتئین های حاصل از منابع بیولوژیکی در مراحل اولیه فرآیند خالص سازی، معمولاً در محلول رقیق هستند. لذا تغلیظ این محلول ها اغلب برای کاهش حجم مایع فرآیند و در نتیجه افزایش سرعت فرآیند لازم است. یکی از روش های گزارش شده برای تغلیظ پروتئین ها، استفاده از سوپرجاذب های پلیمری می باشد.

کاهش اتلاف جریان در سیالات حفاری

سوپرجاذب ها به عنوان افزودنی در سیالات حفاری مورد استفاده در چاه های نفت به منظور کاهش اتلاف جریان در چاه استفاده می شوند. سوپر جاذب درون پوششی از پارافین با وزن مولکولی کم قرار می گیرد، با افزایش درجه حرارت گل در چاه حفاری، پارافین ذوب و سوپرجاذب آزاد می شود. سوپرجاذب با جذب آب و متورم شدن موجب بسته شدن نقاط شکاف و ترک در چاه می شود. نتیجه این عمل، کاهش اتلاف جریان می باشد.
برای کپسولی شدن، پلیمر سوپرجاذب در واکس مذاب ریخته شده و به شدت هم زده می شود تا کخلوطی یکنواخت به دست آید. سپس مخلوط داغ در یک مخلوط کن که حاوی آب سرد است ریخته و مخلوط کن روشن می شود. مخلوط داغ، جامد و همزمان تحت برش قرار می گید تا گرانول های کوچکی به دست آید. در ادامه مخلوط واکس – پلیمر خارج و فیلتر می شود. گرانول های حاصله با آب شسته شده تا گرانول هایی که سطح آن ها پوشش ندارند، خارج گردند.

سوپرجاذب های اکریلیکی در داروسازی

هیدروژل ها به طور گسترده ای در داروسازی مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از خواص این هیدروژل ها که در داروسازی مفید است، تورم آهسته ژل خشک در محیط تورم است. تورم آهسته هیدروژل به وسیله مکانیسم نفوذ کنترل می گردد. تورم آهسته هیدروژل خشک در بسیاری از موارد مفید است. اما مواردی وجود دارد که تورم خیلی سریع (چند دقیقه به جای چند ساعت) مطلوب می باشد. ایجاد تخلخل در ساختار هیدروژل سوپرجاذب سبب افزایش قابل ملاحظه ای در سرعت جذب می شود. جذب آب در این هیدروژل ها بیشتر اثر موئینگی است تا نفوذ ساده مایع از طریق حفره های به هم مرتبط، بنابراین مایع به سرعت در داخل ساختار هیدروژل نفوذ می کند. این نسل جدید از هیدروژل ها در طراحی سیستمی که خاصیت نگهداری در معده را دارند، مفید هیتند. به علت جذب خیلی سریع، این هیدروزل ها سریعاً افزایش حجم پیدا می کنند و از معده تا زمانی که بر اثر فشار مکانیکی چند تکه شوند، خارج نمی شوند. داروهای خوراکی در انسان حدوداً ۶ ساعت در معده باقی می مانند اما این هیدروزل ها در حدود ۲۴ تا ۶۰ ساعت در معده هستند و به مرور دارو آزاد می کنند.

کاربردهای دیگر این هیدروژل های متخلخل استفاده در آزاد سازی کنترل شده پروتئین و پپتیدها است. اکثر داروهای پروتئینی و پپتیدی از طریق روش های تزریقی و غیر خوراکی مصرف می شوند که عملیاتی مشکل، زمان بر، پر هزینه و اغلب خطرناک است. با استفاده از هیدروژل های متخلخل، سیستمی می توان طراحی کرد که پروتئین به طور خوراکی مصرف می شود.
لاستیک های متورم شونده آبی

نشت آب یکی از معضلات صنایع ساختمانی است. یک کاربرد جدید سوپرجاذب ها، لاستیک متورم شونده در آب است. این گروه از لاستیک ها یکی از محبوب ترین سوپرجاذب های پلیمری هستند که در کاربردهای ساختمانی به عنوان مواد آب بندی مورد استفاده قرار می گیرند.
لاستیک های متورم شونده آبی، پلیمرهایی هستند که حجمشان تا ۱/۵ برابر به وسیله جذب آب محیط پیرامون افزایش می یابد. لاستیک های متورم شونده آبی اغلب به وسیله پراکنده نمودن سوپرجاذب های پلیمری در لاستیک های معمولی مانند لاستیک های طبیعی و یا EPDM تهیه می شوند. معمولاً برای افزایش برهمکنش سوپرجاذب های پلیمری آبدوست و لاستیک های آب گریز از عوامل جفت کننده برای افزایش برهمکنش بین پودر سوپرجاذب و ماتریس لاستیکی استفاده می گردد. اثر استفاده از عوامل جفت کننده برای افزایش برهمکنش بین پودر سوپرجاذب و ماتریس لاستیکی استفاده می گردد. چسبندگی ناکافی سطح مشترک موجب می شود که پودر سوپرجاذب از لاستیک جدا شده که طبعاً به خواص چند سازه صدمه می زند. چند سازه با آب متورم می شود و سدی محکم و غیر قابل نفوذ نسبت به نفوذ بیشتر آب ایجاد می کند. از موارد مصرف این ماده می توان به ساخت تونل ها اشاره نمود. لاستیک های متورم شونده در دور تا دور هر بلوک قرار داده می شود. این بلوک های مجاور کاملاً روی هم سوار می شوند. از این نوع چند سازه در ساختمان تونل مانش بین کشور انگلستان و فرانسه استفاده شده است.

• فروش هاردنر پلی یورتان
• هاردنر پلی یورتان ایرانی
• اسید فرمیک
• متیلن کلراید
• ام ای آی کارون