પહેલી વાત—સુપર શોષક પોલિમર

ચાલો હું તમને તાજેતરમાં જે SAP માં વધુ રસ છે તેનો પરિચય કરાવું! સુપર શોષક પોલિમર (SAP) એ એક નવા પ્રકારનું કાર્યાત્મક પોલિમર મટીરીયલ છે. તેમાં ઉચ્ચ પાણી શોષણ કાર્ય છે જે પોતાના કરતા અનેક સો થી હજારો ગણું ભારે પાણી શોષી લે છે, અને તેમાં ઉત્તમ પાણી જાળવી રાખવાની કામગીરી છે. એકવાર તે પાણી શોષી લે છે અને હાઇડ્રોજેલમાં ફૂલી જાય છે, પછી દબાણ હેઠળ પાણીને અલગ કરવું મુશ્કેલ બને છે. તેથી, તેનો વ્યક્તિગત સ્વચ્છતા ઉત્પાદનો, ઔદ્યોગિક અને કૃષિ ઉત્પાદન અને સિવિલ એન્જિનિયરિંગ જેવા વિવિધ ક્ષેત્રોમાં વ્યાપક ઉપયોગો છે.

સુપર શોષક રેઝિન એ એક પ્રકારનું મેક્રોમોલેક્યુલ્સ છે જેમાં હાઇડ્રોફિલિક જૂથો અને ક્રોસ-લિંક્ડ સ્ટ્રક્ચર હોય છે. તે સૌપ્રથમ ફેન્ટા અને અન્ય લોકો દ્વારા સ્ટાર્ચને પોલિએક્રીલોનિટ્રાઇલ સાથે કલમ બનાવીને અને પછી સેપોનિફાઇંગ કરીને બનાવવામાં આવ્યું હતું. કાચા માલ અનુસાર, સ્ટાર્ચ શ્રેણી (ગ્રાફ્ટેડ, કાર્બોક્સિમિથિલેટેડ, વગેરે), સેલ્યુલોઝ શ્રેણી (કાર્બોક્સિમિથિલેટેડ, કલમેટેડ, વગેરે), કૃત્રિમ પોલિમર શ્રેણી (પોલીક્રીલિક એસિડ, પોલીવિનાઇલ આલ્કોહોલ, પોલીઓક્સી ઇથિલિન શ્રેણી, વગેરે) અનેક શ્રેણીઓમાં છે. સ્ટાર્ચ અને સેલ્યુલોઝની તુલનામાં, પોલીએક્રીલિક એસિડ સુપરશોષક રેઝિન પાસે ઓછી ઉત્પાદન કિંમત, સરળ પ્રક્રિયા, ઉચ્ચ ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતા, મજબૂત પાણી શોષણ ક્ષમતા અને લાંબી ઉત્પાદન શેલ્ફ લાઇફ જેવા ફાયદાઓની શ્રેણી છે. તે આ ક્ષેત્રમાં વર્તમાન સંશોધન કેન્દ્ર બની ગયું છે.

આ ઉત્પાદનનો સિદ્ધાંત શું છે? હાલમાં, વિશ્વના સુપર શોષક રેઝિન ઉત્પાદનમાં 80% હિસ્સો પોલિએક્રીલિક એસિડનો છે. સુપર શોષક રેઝિન સામાન્ય રીતે એક પોલિમર ઇલેક્ટ્રોલાઇટ છે જેમાં હાઇડ્રોફિલિક જૂથ અને ક્રોસ-લિંક્ડ માળખું હોય છે. પાણી શોષતા પહેલા, પોલિમર સાંકળો એકબીજાની નજીક હોય છે અને એકબીજા સાથે ફસાયેલી હોય છે, ક્રોસ-લિંક્ડ હોય છે જેથી નેટવર્ક માળખું બને, જેથી એકંદર બંધન પ્રાપ્ત થાય. જ્યારે પાણીના સંપર્કમાં હોય છે, ત્યારે પાણીના અણુઓ રુધિરકેશિકા ક્રિયા અને પ્રસરણ દ્વારા રેઝિનમાં પ્રવેશ કરે છે, અને સાંકળ પરના આયનાઇઝ્ડ જૂથો પાણીમાં આયનાઇઝ્ડ થાય છે. સાંકળ પરના સમાન આયનો વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક પ્રતિકૂળતાને કારણે, પોલિમર સાંકળ ખેંચાય છે અને ફૂલી જાય છે. વિદ્યુત તટસ્થતાની જરૂરિયાતને કારણે, કાઉન્ટર આયનો રેઝિનની બહાર સ્થળાંતર કરી શકતા નથી, અને રેઝિનની અંદર અને બહારના દ્રાવણ વચ્ચે આયન સાંદ્રતામાં તફાવત રિવર્સ ઓસ્મોટિક દબાણ બનાવે છે. રિવર્સ ઓસ્મોસિસ દબાણની ક્રિયા હેઠળ, પાણી હાઇડ્રોજેલ બનાવવા માટે રેઝિનમાં વધુ પ્રવેશ કરે છે. તે જ સમયે, રેઝિનનું ક્રોસ-લિંક્ડ નેટવર્ક માળખું અને હાઇડ્રોજન બંધન જેલના અમર્યાદિત વિસ્તરણને મર્યાદિત કરે છે. જ્યારે પાણીમાં થોડી માત્રામાં ક્ષાર હોય છે, ત્યારે રિવર્સ ઓસ્મોટિક દબાણ ઘટશે, અને તે જ સમયે, કાઉન્ટર આયનની શિલ્ડિંગ અસરને કારણે, પોલિમર ચેઇન સંકોચાઈ જશે, જેના પરિણામે રેઝિનની પાણી શોષણ ક્ષમતામાં મોટો ઘટાડો થશે. સામાન્ય રીતે, 0.9% NaCl દ્રાવણમાં સુપર શોષક રેઝિનની પાણી શોષણ ક્ષમતા ડીઆયોનાઇઝ્ડ પાણીના માત્ર 1/10 જેટલી હોય છે. પાણી શોષણ અને પાણી જાળવી રાખવું એ જ સમસ્યાના બે પાસાં છે. લિન રનક્સિઓંગ એટ અલ. એટ અલ. એ થર્મોડાયનેમિક્સમાં તેમની ચર્ચા કરી હતી. ચોક્કસ તાપમાન અને દબાણ હેઠળ, સુપર શોષક રેઝિન સ્વયંભૂ પાણીને શોષી શકે છે, અને પાણી રેઝિનમાં પ્રવેશ કરે છે, જેનાથી સમગ્ર સિસ્ટમની મુક્ત એન્થાલ્પી ઓછી થાય છે જ્યાં સુધી તે સંતુલન સુધી ન પહોંચે. જો પાણી રેઝિનમાંથી બહાર નીકળી જાય છે, તો મુક્ત એન્થાલ્પી વધે છે, તે સિસ્ટમની સ્થિરતા માટે અનુકૂળ નથી. વિભેદક થર્મલ વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે સુપર શોષક રેઝિન દ્વારા શોષિત પાણીનો 50% હજુ પણ 150°C થી ઉપર જેલ નેટવર્કમાં બંધાયેલ છે. તેથી, જો સામાન્ય તાપમાને દબાણ કરવામાં આવે તો પણ, પાણી સુપર શોષક રેઝિનમાંથી બહાર નીકળી શકશે નહીં, જે સુપર શોષક રેઝિનના થર્મોડાયનેમિક ગુણધર્મો દ્વારા નક્કી થાય છે.

આગલી વખતે, SAP ના ચોક્કસ હેતુ વિશે જણાવો.