सुपरअवशोषक पॉलिमर

एक सुपरएब्जॉर्बेंट पॉलिमर (एसएपी) (जिसे स्लश पाउडर भी कहा जाता है) एक पानी को अवशोषित करने वाला हाइड्रोफिलिक होमोपोलिमर या कॉपोलिमर है जो अपने द्रव्यमान के सापेक्ष बहुत बड़ी मात्रा में तरल को अवशोषित और बनाए रख सकता है। जल-अवशोषित पॉलीमर, जिन्हें मिश्रित करने पर हाइड्रोजेल के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, पानी के अणुओं के साथ हाइड्रोजन बंधन के माध्यम से जलीय घोल को अवशोषित करें। एसएपी की पानी को अवशोषित करने की क्षमता जलीय घोल की आयनिक सांद्रता पर निर्भर करती है। विआयनीकृत और आसुत जल में, एक एसएपी अपने वजन का 300 गुना अवशोषित कर सकता है (अपनी मात्रा से 30 से 60 गुना तक) और 99.9% तक तरल बन सकता है, और जब 0.9% खारे घोल में डाला जाता है तो अवशोषण क्षमता उसके वजन से लगभग 50 गुना तक गिर जाती है। समाधान में वैलेंस धनायनों की उपस्थिति पॉलिमर की पानी के अणु के साथ बंधने की क्षमता को बाधित करती है।

एसएपी की कुल अवशोषण क्षमता और सूजन क्षमता को जेल बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले क्रॉस-लिंकर्स के प्रकार और डिग्री द्वारा नियंत्रित किया जाता है। कम घनत्व वाले क्रॉस-लिंक्ड एसएपी में आम तौर पर उच्च अवशोषक क्षमता होती है और बड़ी मात्रा में फूल जाती है। इस प्रकार के एसएपी में नरम और चिपचिपा जेल गठन भी होता है। उच्च क्रॉस-लिंक घनत्व पॉलिमर कम अवशोषक क्षमता प्रदर्शित करते हैं और फूलते हैं, और जेल की ताकत मजबूत होती है और मामूली दबाव में भी कण आकार बनाए रख सकती है।

विघटन से बचने के लिए सुपरएब्जॉर्बेंट पॉलिमर को क्रॉसलिंक किया जाता है। SAPs के तीन मुख्य वर्ग हैं:

1.   क्रॉस-लिंक्ड पॉलीएक्रिलेट्स और पॉलीएक्रिलामाइड्स

2. सेल्युलोज- या स्टार्च-एक्रिलोनिट्राइल ग्राफ्ट कॉपोलिमर

3. क्रॉस-लिंक्ड मेनिक एनहाइड्राइड कॉपोलिमर

SAPs का सबसे बड़ा उपयोग व्यक्तिगत डिस्पोजेबल स्वच्छता उत्पादों, जैसे बेबी डायपर, वयस्क डायपर और आरोग्यकर रुमाल  में पाया जाता है। 1980 के दशक में टॉक्सिक शॉक सिंड्रोम के साथ संबंध को लेकर चिंता के कारण टैम्पोन में एसएपी का उपयोग बंद कर दिया गया था। एसएपी का उपयोग भूमिगत बिजली या संचार केबल, सेल्फ-हीलिंग कंक्रीट में पानी के प्रवेश को रोकने के लिए भी किया जाता है।  बागवानी जल प्रतिधारण वक्र एजेंट, रासायनिक रिसाव और अपशिष्ट जलीय तरल पदार्थ का नियंत्रण, और मोशन पिक्चर और स्टेज उत्पादन के लिए कृत्रिम बर्फ। पहला व्यावसायिक उपयोग 1978 में जापान में स्त्री नैपकिन और संयुक्त राज्य अमेरिका में नर्सिंग होम के मरीजों के लिए डिस्पोजेबल बेड लाइनर में उपयोग के लिए किया गया था। अमेरिकी बाजार में शुरुआती आवेदन छोटे क्षेत्रीय डायपर निर्माताओं के साथ-साथ किम्बर्ली क्लार्क के पास थे।

इतिहास
1920 के दशक तक, पानी सोखने वाली सामग्रियाँ फ़ाइबर-आधारित उत्पाद थीं। विकल्प टिश्यु पेपर, कपास, स्पंज और फुलाना गूदा थे। इस प्रकार की सामग्रियों की जल सोखने की क्षमता उनके वजन से केवल 11 गुना तक होती है और इसका अधिकांश भाग मध्यम दबाव में नष्ट हो जाता है।

1960 के दशक की शुरुआत में, संयुक्त राज्य अमेरिका का कृषि विभाग (यूएसडीए) मिट्टी में जल संरक्षण में सुधार के लिए सामग्रियों पर काम कर रहा था। उन्होंने स्टार्च अणुओं की रीढ़ की हड्डी (यानी स्टार्च-ग्राफ्टिंग) पर acrylonitrile पॉलिमर के ग्राफ्टिंग के आधार पर एक राल विकसित किया। इस स्टार्च-एक्रिलोनिट्राइल सह-पॉलिमर के हाइड्रोलिसिस के हाइड्रोलाइज्ड उत्पाद ने इसके वजन से 400 गुना अधिक पानी का अवशोषण दिया। इसके अलावा, जेल ने फाइबर-आधारित अवशोषक की तरह तरल पानी नहीं छोड़ा।

पॉलिमर को "सुपर स्लपर" के नाम से जाना जाने लगा। यूएसडीए ने बुनियादी प्रौद्योगिकी के आगे विकास के लिए कई यूएसए कंपनियों को तकनीकी जानकारी दी। एक्रिलिक एसिड, एक्रिलामाइड और पॉलीविनायल अल्कोहल (पीवीए) के साथ काम सहित ग्राफ्टिंग संयोजनों की एक विस्तृत श्रृंखला का प्रयास किया गया।

आज के शोध ने प्राकृतिक सामग्रियों की क्षमता को साबित कर दिया है, उदा. पॉलीसेकेराइड और प्रोटीन, शुद्ध पानी और खारे घोल (0.9% wt.) में उसी सीमा के भीतर सुपर अवशोषक गुण प्रदर्शित करने के लिए, जैसे सिंथेटिक पॉलीएक्रिलेट्स वर्तमान अनुप्रयोगों में करते हैं। अच्छी यांत्रिक शक्ति वाले सोया प्रोटीन/पॉली (ऐक्रेलिक एसिड) सुपरएब्जॉर्बेंट पॉलिमर तैयार किए गए हैं। polyacrylate / polyacrylamide  कॉपोलिमर मूल रूप से उच्च इलेक्ट्रोलाइट/खनिज सामग्री और कई गीले/सूखे चक्रों सहित दीर्घकालिक स्थिरता की आवश्यकता वाली स्थितियों में उपयोग के लिए डिज़ाइन किए गए थे। उपयोग में कृषि और बागवानी शामिल हैं। एक्रिलामाइड मोनोमर की अतिरिक्त ताकत के साथ, चिकित्सा स्पिल नियंत्रण, तार और केबल जल अवरोधक के रूप में उपयोग किया जाता है।

कॉपॉलीमर रसायन
सुपरएब्जॉर्बेंट पॉलिमर अब आम तौर पर पॉली-ऐक्रेलिक एसिड सोडियम नमक (कभी-कभी सोडियम polyacrylate  के रूप में संदर्भित) बनाने के लिए एक सर्जक की उपस्थिति में सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ मिश्रित ऐक्रेलिक एसिड के पोलीमराइजेशन से बनाए जाते हैं। यह पॉलिमर आज दुनिया में बनाया जाने वाला सबसे आम प्रकार का SAP है। अमेरिकी खाद्य एवं औषधि प्रशासन के अनुसार, सोडियम पॉलीक्रिलेट को खाद्य योज्य स्थिति सूची में सूचीबद्ध किया गया है, और इसकी सख्त सीमाएँ हैं। सुपरएब्जॉर्बेंट पॉलिमर बनाने के लिए अन्य सामग्रियों का भी उपयोग किया जाता है, जैसे कि पॉलीएक्रिलामाइड कॉपोलीमर, ईथीलीन Maleic एनहाइड्राइड  कॉपोलीमर, क्रॉस-लिंक्ड कार्बोक्सिमिथाइलसेलुलोज, पॉलीविनाइल अल्कोहल कॉपोलिमर, क्रॉस-लिंक्ड पॉलीथीन ऑक्साइड, और पॉलीएक्रिलोनिट्राइल के स्टार्च ग्राफ्टेड कॉपोलीमर आदि कुछ नाम हैं। उत्तरार्द्ध निर्मित सबसे पुराने SAP फॉर्मों में से एक है।

आज सुपरएब्जॉर्बेंट पॉलिमर तीन प्राथमिक तरीकों में से एक का उपयोग करके बनाए जाते हैं: जेल पोलीमराइज़ेशन, निलंबन पोलीमराइजेशन या समाधान पोलीमराइजेशन प्रत्येक प्रक्रिया के अपने-अपने फायदे हैं लेकिन सभी से उत्पाद की एक सुसंगत गुणवत्ता प्राप्त होती है।

जेल पोलीमराइजेशन
ऐक्रेलिक एसिड, पानी, क्रॉस-लिंकिंग एजेंट और यूवी सर्जक रसायनों का मिश्रण मिश्रित किया जाता है और या तो चलती बेल्ट पर या बड़े टब में रखा जाता है। फिर तरल मिश्रण एक रिएक्टर में चला जाता है जो मजबूत यूवी रोशनी की एक श्रृंखला वाला एक लंबा कक्ष है। यूवी विकिरण पोलीमराइज़ेशन और क्रॉस-लिंकिंग प्रतिक्रियाओं को संचालित करता है। परिणामी लॉग चिपचिपे जैल होते हैं जिनमें 60-70% पानी होता है। लकड़ियाँ काट दी जाती हैं या पीस ली जाती हैं और विभिन्न प्रकार के ड्रायरों में रख दी जाती हैं। कणों की सतह पर अतिरिक्त क्रॉस-लिंकिंग एजेंट का छिड़काव किया जा सकता है; इस सतह क्रॉस-लिंकिंग से उत्पाद की दबाव में फूलने की क्षमता बढ़ जाती है - एक संपत्ति जिसे लोड के तहत अवशोषण (एयूएल) या दबाव के खिलाफ अवशोषण (एएपी) के रूप में मापा जाता है। फिर सूखे पॉलिमर कणों की उचित कण आकार वितरण और पैकेजिंग के लिए जांच की जाती है। जेल पोलीमराइजेशन (जीपी) विधि वर्तमान में सोडियम पॉलीएक्रिलेट सुपरएब्जॉर्बेंट पॉलिमर बनाने की सबसे लोकप्रिय विधि है जिसका उपयोग अब बेबी डायपर और अन्य डिस्पोजेबल स्वच्छ वस्तुओं में किया जाता है।

समाधान पोलीमराइजेशन
समाधान पॉलिमर समाधान के रूप में आपूर्ति किए गए दानेदार पॉलिमर की अवशोषण क्षमता प्रदान करते हैं। आवेदन से पहले समाधानों को पानी से पतला किया जा सकता है, और अधिकांश सब्सट्रेट्स को कोट या संतृप्त किया जा सकता है। एक विशिष्ट समय के लिए एक विशिष्ट तापमान पर सूखने के बाद, परिणाम सुपरअवशोषकता के साथ एक लेपित सब्सट्रेट होता है। उदाहरण के लिए, इस रसायन को सीधे तारों और केबलों पर लागू किया जा सकता है, हालांकि इसे विशेष रूप से रोल किए गए सामान या शीट सब्सट्रेट जैसे घटकों पर उपयोग के लिए अनुकूलित किया गया है।

सॉल्यूशन-आधारित पोलीमराइजेशन का उपयोग आमतौर पर सह-पॉलिमर के एसएपी निर्माण के लिए किया जाता है, विशेष रूप से जहरीले एक्रिलामाइड मोनोमर वाले। यह प्रक्रिया कुशल है और आम तौर पर इसका पूंजीगत लागत आधार कम होता है। समाधान प्रक्रिया प्रतिक्रियाशील पॉलिमराइज्ड जेल का एक द्रव्यमान उत्पन्न करने के लिए पानी आधारित मोनोमर समाधान का उपयोग करती है। पोलीमराइज़ेशन की अपनी एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया ऊर्जा का उपयोग अधिकांश प्रक्रिया को चलाने के लिए किया जाता है, जिससे विनिर्माण लागत को कम करने में मदद मिलती है। फिर प्रतिक्रियाशील पॉलिमर जेल को काटा जाता है, सुखाया जाता है और उसके अंतिम दाने के आकार तक पीस दिया जाता है। एसएपी की प्रदर्शन विशेषताओं को बढ़ाने के लिए कोई भी उपचार आमतौर पर अंतिम ग्रेन्युल आकार बनने के बाद पूरा किया जाता है।

निलंबन पोलीमराइजेशन
सस्पेंशन पोलीमराइजेशन का अभ्यास केवल कुछ कंपनियों द्वारा किया जाता है क्योंकि पोलीमराइजेशन चरण के दौरान इसके लिए उच्च स्तर के उत्पादन नियंत्रण और उत्पाद इंजीनियरिंग की आवश्यकता होती है। यह प्रक्रिया जल-आधारित अभिकारक को हाइड्रोकार्बन-आधारित विलायक में निलंबित कर देती है। शुद्ध परिणाम यह है कि निलंबन पोलीमराइजेशन प्रतिक्रिया के बाद के चरणों में यांत्रिक रूप से करने के बजाय रिएक्टर में प्राथमिक बहुलक कण बनाता है। प्रदर्शन में वृद्धि प्रतिक्रिया चरण के दौरान या उसके ठीक बाद भी की जा सकती है।

विमानन
13 अप्रैल 2010 को, कैथे पैसिफ़िक फ़्लाइट 780 को सुरबाया से हांगकांग अंतर्राष्ट्रीय हवाई अड्डे पर उतरते हुए एक दोहरे इंजन वाले स्टॉल का सामना करना पड़ा। विमान बिना किसी मृत्यु के सुरक्षित रूप से उतरा। जांच से यह निष्कर्ष निकला कि जुआंडा अंतर्राष्ट्रीय हवाई अड्डे पर ईंधन भरने वाली मशीन में स्थापित ईंधन मॉनिटर के एक घटक सुपरएब्जॉर्बेंट पॉलिमर (एसएपी) के कारण ईंधन नियंत्रण इकाई में वाल्व बंद हो गए। यह पता चला कि खारे पानी ने ईंधन आपूर्ति को दूषित कर दिया था, जिसके कारण एसएपी कण ईंधन लाइनों में प्रवेश कर गए थे।

उपयोग


• Artificial snow for motion picture and stage productions

• Candles

• Cement-based materials (e.g. concrete)

• Composites and laminates

• Controlled release of insecticides and herbicides

• Diapers and adult diapers

• Drown-free water source for feeder insects

• Expandable water toys

• Expansion microscopy

• Filtration applications

• Fire-retardant gel

• Flood control

• Fragrance carrier

• Frog tape (high tech masking tape designed for use with latex paint)

• Fuel monitoring systems in aviation and vehicles

• Gel blasters (a cross between paintball and airsoft; used in China)

• Hot and cold therapy packs

• Magical effects

• Medical waste solidification

• Motionless water beds

• Potting soil

• Spill control

• Surgical pads

• Waste stabilization and environmental remediation

• Water absorbent pads

• Water gel

• Water retention for supplying water to plants

• Wire and cable water blocking

• Wound dressings

• Food additives

यह भी देखें

 * सोडियम polyacrylate
 * पोटेशियम पॉलीएक्रिलेट

बाहरी संबंध

 * Nonwovens Containing Immobilized Superabsorbent Polymer Particles