Un polímero superabsorbente (SAP) (también llamado polvo granizado ) es un homopolímero o copolímero hidrófilo que absorbe agua [1] y puede absorber y retener cantidades extremadamente grandes de un líquido en relación con su propia masa . [2]
Los polímeros absorbentes de agua , que se clasifican como hidrogeles cuando se mezclan, [3] absorben soluciones acuosas a través de enlaces de hidrógeno con moléculas de agua . La capacidad de un SAP para absorber agua depende de la concentración iónica de la solución acuosa . En agua desionizada y destilada , un SAP puede absorber 300 veces su peso [4] (de 30 a 60 veces su propio volumen) y puede volverse hasta un 99,9% líquido, y cuando se coloca en una solución salina al 0,9% la absorbencia cae a aproximadamente 50 veces su peso. [ cita requerida ] La presencia de cationes de valencia en la solución impide la capacidad del polímero para unirse con la molécula de agua.
La capacidad de absorción y de hinchamiento total del SAP se controla mediante el tipo y el grado de reticulantes utilizados para formar el gel . Los SAP reticulados de baja densidad generalmente tienen una mayor capacidad de absorción y se hinchan en mayor medida. Estos tipos de SAP también tienen una formación de gel más suave y pegajosa. Los polímeros de alta densidad de reticulación exhiben una menor capacidad de absorción y se hinchan, y la resistencia del gel es más firme y puede mantener la forma de las partículas incluso bajo una presión moderada.
Polímero superabsorbente: Polímero que puede absorber y retener cantidades extremadamente grandes de un líquido en relación con su propia masa. [5] Notas:
- El líquido absorbido puede ser agua o un líquido orgánico.
- La relación de hinchamiento de un polímero superabsorbente puede alcanzar el orden de 1000:1.
- Los polímeros superabsorbentes de agua son frecuentemente polielectrolitos.
Los polímeros superabsorbentes están reticulados para evitar su disolución. Existen tres clases principales de SAP:
1. Poliacrilatos y poliacrilamidas reticulados
2. Copolímeros de injerto de celulosa o almidón-acrilonitrilo
3. Copolímeros de anhídrido maleico reticulado [1]
El uso más importante de los SAP se encuentra en productos de higiene personal desechables , como pañales para bebés , pañales para adultos y toallas sanitarias . [6] Los SAP se dejaron de usar en tampones debido a la preocupación de la década de 1980 sobre un vínculo con el síndrome de shock tóxico . [ cita requerida ] Los SAP también se utilizan para bloquear la penetración de agua en cables de energía o comunicaciones subterráneos, en hormigón autocurativo, [7] [8] agentes de retención de agua hortícolas , control de derrames y desechos de fluidos acuosos y nieve artificial para producción cinematográfica y teatral. El primer uso comercial fue en 1978 para su uso en toallas femeninas en Japón y en protectores de cama desechables para pacientes de hogares de ancianos en los Estados Unidos. Las primeras aplicaciones en el mercado estadounidense fueron con pequeños fabricantes regionales de pañales, así como con Kimberly Clark . [9]
Hasta la década de 1920, los materiales que absorbían agua eran productos a base de fibras. Las opciones eran papel tisú , algodón , esponja y pulpa de celulosa . La capacidad de absorción de agua de este tipo de materiales es de tan solo once veces su peso y la mayor parte se pierde bajo una presión moderada.
A principios de la década de 1960, el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) estaba realizando trabajos sobre materiales para mejorar la conservación del agua en los suelos . Desarrollaron una resina basada en el injerto de polímero de acrilonitrilo sobre la estructura principal de las moléculas de almidón (es decir, injerto de almidón). El producto hidrolizado de la hidrólisis de este copolímero de almidón y acrilonitrilo proporcionó una absorción de agua superior a 400 veces su peso. Además, el gel no liberaba agua líquida de la forma en que lo hacen los absorbentes a base de fibra.
El polímero pasó a conocerse como “Super Slurper”. [10] El USDA proporcionó los conocimientos técnicos a varias empresas estadounidenses para que siguieran desarrollando la tecnología básica. Se intentó una amplia gama de combinaciones de injertos, incluido el trabajo con ácido acrílico , acrilamida y alcohol polivinílico (PVA).
Las investigaciones actuales han demostrado la capacidad de los materiales naturales, por ejemplo, los polisacáridos y las proteínas, para realizar propiedades superabsorbentes en agua pura y solución salina (0,9 % en peso) dentro del mismo rango que los poliacrilatos sintéticos en las aplicaciones actuales. [11] Se han preparado polímeros superabsorbentes de proteína de soja /poli(ácido acrílico) con buena resistencia mecánica. [12] Los copolímeros de poliacrilato / poliacrilamida se diseñaron originalmente para su uso en condiciones con alto contenido de electrolitos/minerales y una necesidad de estabilidad a largo plazo, incluidos numerosos ciclos húmedos/secos. Los usos incluyen la agricultura y la horticultura. Con la resistencia adicional del monómero de acrilamida, se utiliza como control de derrames médicos, bloqueo de agua de cables y alambres.
En la actualidad, los polímeros superabsorbentes se fabrican comúnmente a partir de la polimerización de ácido acrílico mezclado con hidróxido de sodio en presencia de un iniciador para formar una sal sódica de ácido poliacrílico (a veces denominada poliacrilato de sodio ). Este polímero es el tipo de SAP más común que se fabrica en el mundo en la actualidad. Según la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos , el poliacrilato de sodio figura en la Lista de estado de aditivos alimentarios y existen limitaciones estrictas. [13] [ Se necesita aclaración ]
También se utilizan otros materiales para fabricar un polímero superabsorbente, como el copolímero de poliacrilamida, el copolímero de etileno anhídrido maleico , la carboximetilcelulosa reticulada , los copolímeros de alcohol polivinílico, el óxido de polietileno reticulado y el copolímero de poliacrilonitrilo injertado con almidón , por nombrar algunos. Este último es una de las formas de SAP más antiguas creadas. [ cita requerida ]
En la actualidad, los polímeros superabsorbentes se fabrican mediante uno de los tres métodos principales: polimerización en gel, polimerización en suspensión o polimerización en solución . Cada uno de los procesos tiene sus respectivas ventajas, pero todos dan como resultado un producto de calidad constante.
Una mezcla de ácido acrílico, agua, agentes de reticulación y productos químicos iniciadores de UV se mezclan y se colocan en una cinta transportadora o en grandes tinas. Luego, la mezcla líquida pasa a un "reactor", que es una cámara larga con una serie de luces UV potentes . La radiación UV impulsa las reacciones de polimerización y reticulación. Los "troncos" resultantes son geles pegajosos que contienen entre un 60 y un 70 % de agua. Los troncos se trituran o muelen y se colocan en varios tipos de secadores. Se pueden rociar agentes de reticulación adicionales sobre la superficie de las partículas; esta "reticulación superficial" aumenta la capacidad del producto para hincharse bajo presión, una propiedad que se mide como Absorbencia bajo carga (AUL) o Absorbencia contra presión (AAP). Luego, las partículas de polímero secas se tamizan para una distribución y un empaquetado adecuados del tamaño de partícula. El método de polimerización en gel (GP) es actualmente [ ¿cuándo? ] el método más popular para fabricar los polímeros superabsorbentes de poliacrilato de sodio que ahora se utilizan en pañales para bebés y otros artículos higiénicos desechables.
Los polímeros en solución ofrecen la capacidad de absorción de un polímero granular suministrado en forma de solución. Las soluciones se pueden diluir con agua antes de su aplicación y pueden recubrir o saturar la mayoría de los sustratos. Después de secarse a una temperatura específica durante un tiempo específico, el resultado es un sustrato recubierto con una capacidad de absorción superior. Por ejemplo, esta química se puede aplicar directamente sobre cables y alambres, aunque está especialmente optimizada para su uso en componentes como productos laminados o sustratos laminados.
La polimerización en solución se utiliza comúnmente en la actualidad para la fabricación de copolímeros de SAP, en particular aquellos con el monómero de acrilamida tóxico. Este proceso es eficiente y generalmente tiene una base de costo de capital más baja. El proceso en solución utiliza una solución de monómero a base de agua para producir una masa de gel polimerizado reactivo. La propia energía de reacción exotérmica de la polimerización se utiliza para impulsar gran parte del proceso, lo que ayuda a reducir el costo de fabricación. Luego, el gel de polímero reactivo se corta, se seca y se muele hasta obtener su tamaño de gránulo final . Cualquier tratamiento para mejorar las características de rendimiento del SAP generalmente se realiza después de que se crea el tamaño de gránulo final.
El proceso de suspensión es practicado por pocas empresas porque requiere un mayor grado de control de producción e ingeniería de productos durante la etapa de polimerización. Este proceso suspende el reactivo a base de agua en un solvente a base de hidrocarburos . El resultado neto es que la polimerización por suspensión crea la partícula de polímero primaria en el reactor en lugar de hacerlo mecánicamente en etapas posteriores a la reacción. También se pueden lograr mejoras de rendimiento durante la etapa de reacción o justo después de ella.
El 13 de abril de 2010, el vuelo 780 de Cathay Pacific de Surabaya a Hong Kong sufrió una pérdida de sustentación de los dos motores mientras descendía en el Aeropuerto Internacional de Hong Kong ; el avión aterrizó sin problemas y no hubo víctimas mortales. La investigación concluyó que las esferas de polímero superabsorbente (SAP), un componente de un monitor de filtro de combustible instalado en un dispensador de combustible en el Aeropuerto Internacional de Juanda, causaron que las válvulas dosificadoras principales de la unidad dosificadora de combustible se atascaran. Se descubrió que el agua salada había contaminado el suministro de combustible en el Aeropuerto Internacional de Juanda, lo que provocó daños en los monitores de filtro y la liberación de esferas de SAP en el combustible del avión, que finalmente ingresaron en las líneas principales de suministro de combustible. [14]
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