Superabsorbierende Polymere: Klassifizierung und Anwendungen

SAP lassen sich in die Kategorien Pulver, Partikel, Fasern, Kugeln, Emulsionen und Membranen einteilen.

Superabsorbierende Polymere (SAP) können unter verschiedenen Gesichtspunkten klassifiziert werden:

1. Morphologische Strukturen:

SAP kann als Pulver, Partikel, Fasern, Kugeln, Emulsionen und Membranen kategorisiert werden. Diese strukturellen Variationen sind so konzipiert, dass sie unterschiedlichen Anwendungsanforderungen gerecht werden. Pulver können beispielsweise bei der Herstellung von Damenbinden und Windeln verwendet werden, indem sie in mehrschichtige Folien eingearbeitet werden. Kugelförmige Produkte und Partikel eignen sich für Deodorantanwendungen. SAP auf Faserbasis wird zur Herstellung antistatischer Elektrofasern verwendet, während Membranen in Frostschutzfolien zum Einsatz kommen. Emulsionsformen werden für Einweich- und Anstrichanwendungen bevorzugt.

2. Quellen:

Die SAP lassen sich anhand ihrer Quellen in drei Hauptkategorien einteilen:

a. Natürliche Makromoleküle, einschließlich Materialien auf Polysaccharid- und Polypeptidbasis. SAP auf Polysaccharidbasis, wie Cellulose, Stärke, Chitin, Chitosan und natürliche Gummis (z. B. Xanthan, Guar und Alginate), können durch direkte Vernetzung von Polysacchariden oder durch Pfropfcopolymerisation von Vinylmonomeren auf Polysaccharide in Gegenwart eines Vernetzungsmittels hergestellt werden.

b. Semi-synthetische Polymere.

c. Synthetische Polymere, z. B. auf petrochemischer Basis.

Im Vergleich zu ihren synthetischen Pendants bieten SAP auf natürlicher Basis mehrere Vorteile, darunter Abbaubarkeit (Verringerung der Umweltverschmutzung), Verträglichkeit, Ungiftigkeit und Kosteneffizienz. Allerdings sind SAP auf petrochemischer Basis mit Herausforderungen konfrontiert, wie z. B. den weltweit steigenden Ölpreisen und Bedenken hinsichtlich der Umweltverschmutzung. Ein Nachteil natürlicher Polymere ist ihre geringe Wasserlöslichkeit, so dass chemische Modifikationen erforderlich sind, um lösliche Derivate wie Carboxymethylstärke (CMS) und Carboxymethylcellulose (CMC) herzustellen.

3. Zubereitungsmethoden:

SAP kann auf der Grundlage von Zubereitungsmethoden in Vernetzungspolymerisation, Strahlenvernetzung, Pfropfpolymerisation und die Bildung von wasserlöslichen Polymernetzwerken unterteilt werden [4].

4. Elektrische Ladungen an vernetzten Ketten:

A. Nichtionische Polymere: Sie absorbieren Wasser und wässrige Flüssigkeiten durch einen Mischeffekt aufgrund hydrophiler Gruppen, was zu einem gequollenen, weichen Gel aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen führt.

B. Ionische Polymere: Dazu gehören anionische und kationische Polymere. Das Vorhandensein von Ladungen entlang des Rückgrats erhöht die Quellung aufgrund starker Ionen-Dipol-Wechselwirkungen und der Erhöhung des osmotischen Drucks durch solvatisierte Gegenionen erheblich.

C. Ampholytische (amphotere) Polymere: Diese enthalten sowohl basische als auch saure Gruppen.

D. Polybetaine (zwitterionisch): Sie enthalten sowohl kationische als auch anionische Gruppen in jeder sich wiederholenden Einheit. Vor kurzem wurden photochrome Hydrogele mit einer Wasseraufnahmekapazität von 2800 g/g entwickelt.

Landwirtschaftliche Anwendungen:

In den Boden eingearbeitete SAP können Wasser aus Niederschlägen oder übermäßiger Bewässerung aufnehmen. Anschließend geben sie dieses Wasser je nach dem Bedarf der Wurzeln durch osmotische Druckunterschiede langsam wieder ab, was zu besseren Wachstumsraten führt. Darüber hinaus können SAP für die kontrollierte Freisetzung von Pestiziden und Agrochemikalien eingesetzt werden. SAP haben einen erheblichen Einfluss auf verschiedene Bodeneigenschaften wie Durchlässigkeit, Belüftung, Dichte, Struktur, Erosionsbeständigkeit, Verdunstung, mikrobielle Aktivität und Infiltrationsrate. Sie werden auch eingesetzt, um die Nährstoffrückhaltung und das Wasserhaltevermögen in sandigen Böden (makroporöses Medium) zu verbessern, insbesondere in trockenen Regionen. Außerdem können SAP Wasserverluste, die Häufigkeit der Bewässerung und die Tendenz zur Bodenverdichtung verringern.

Im Hinblick auf die Pflanzengesundheit kann SAP die Farbintensität, den Deckungsgrad und die Dichte von Sportrasen verbessern und das Verwelken verringern. In der Landwirtschaft werden SAP mit Erde, Saatgut, Agrarchemikalien und Düngemitteln gemischt, um wasserabsorbierende Langzeitdünger zu erzeugen. In der Forstwirtschaft werden SAP auf die Wurzeln aufgetragen, um die Bäume vor dem Austrocknen während des Transports zu schützen.

Andere Anwendungen:

SAP kann auch in vielen anderen Bereichen eingesetzt werden, z. B. als Flammschutzmittel, zur Dehydrierung gepanschter Brennstoffe, als Kunstschnee, als Eisbeutel, als dekorative (farbige) Produkte, als Hygienebinden, zur Innenausstattung von Gebäuden, als Abfallverfestiger bei der Schlammbehandlung, als Bohrflüssigkeit, als Verfestiger von medizinischen Abfällen, als Stilleinlagen usw.