सुपरअवशोषक पॉलिमर
सुपरअवशोषक पॉलिमर (एसएपी) (जिसे स्लश पाउडर भी कहा जाता है) द्रव को अवशोषित करने वाला हाइड्रोफिलिक होमोपोलिमर या कॉपोलिमर होता है[1] जो अपने द्रव्यमान के सापेक्ष अत्यधिक मात्रा में तरल को अवशोषित और बनाए रख सकता है।[2]
जल-अवशोषित पॉलीमर, जिन्हें मिश्रित करने पर हाइड्रोजैल के रूप में वर्गीकृत किया जाता है,[3] द्रव के अणुओं के साथ हाइड्रोजन बंधन के माध्यम से जलीय घोल को अवशोषित करते हैं। एसएपी के द्रव को अवशोषित करने की क्षमता जलीय घोल की आयनिक सांद्रता पर निर्भर करती है। विआयनीकृत और आसुत जल में, एसएपी अपने वजन का 300 गुना अवशोषित कर सकता है[4] (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। घोल में वैलेंस धनायनों की उपस्थिति पॉलिमर की द्रव के अणु के साथ बंधने की क्षमता को बाधित करती है।
एसएपी की कुल अवशोषण क्षमता और स्वेलिंग क्षमता को जैल 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 सामान्यतः उच्च अवशोषक क्षमता होती है और अधिक मात्रा में फूल जाती है। इस प्रकार के एसएपी में कोमल और चिपचिपा जैल गठन भी होता है। उच्च क्रॉस-लिंक घनत्व पॉलिमर कम अवशोषक क्षमता प्रदर्शित करते हैं और फूलते हैं, और जैल की शक्ति स्थिर होती है और सामान्य दबाव में भी कण आकार बनाए रख सकती है।
विघटन से बचने के लिए सुपरअवशोषक पॉलिमर को क्रॉसलिंक किया जाता है। एसएपी के तीन मुख्य वर्ग हैं:
1. क्रॉस-लिंक्ड पॉलीएक्रिलेट्स और पॉलीएक्रिलामाइड्स
2. सेल्युलोज- या स्टार्च-एक्रिलोनिट्राइल ग्राफ्ट कॉपोलिमर
3. क्रॉस-लिंक्ड मैलिक एनहाइड्राइड कॉपोलिमर[1]
एसएपी का सबसे अधिक उपयोग व्यक्तिगत डिस्पोजेबल स्वच्छता उत्पादों, जैसे बेबी डायपर, वयस्क डायपर और सैनिटरी नैपकिन में पाया जाता है।[5] 1980 के दशक में टॉक्सिक शॉक सिंड्रोम के साथ संबंध को लेकर चिंता के कारण टैम्पोन में एसएपी का उपयोग विवृत कर दिया गया था। एसएपी का उपयोग भूमिगत विद्युत या संचार केबल, में द्रव के प्रवेश को बाधित करने, सेल्फ-हीलिंग कंक्रीट में,[6][7] बागवानी जल प्रतिधारण एजेंटों, रासायनिक रिसाव और अपशिष्ट जलीय तरल पदार्थ के नियंत्रण, और मोशन पिक्चर और स्टेज उत्पादन के लिए कृत्रिम बर्फ के लिए भी किया जाता है। प्रथम 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 प्रारंभिक आवेदन छोटे क्षेत्रीय डायपर निर्माताओं के साथ-साथ किम्बर्ली क्लार्क के निकट थे।[8]
Superabsorbent polymer: Polymer that can absorb and retain extremely large amounts of a liquid relative to its own mass.[9] Notes:
- The liquid absorbed can be water or an organic liquid.
- The swelling ratio of a superabsorbent polymer can reach the order of 1000:1.
- Superabsorbent polymers for water are frequently polyelectrolytes.
इतिहास
1920 के दशक तक, द्रव सोखने वाली सामग्रियाँ फ़ाइबर-आधारित उत्पाद होती थीं। विकल्प टिशू पेपर, कपास, स्पंज और फ़लुफ्फ पल्प 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 के प्रारम्भ में, संयुक्त राज्य अमेरिका का कृषि विभाग (यूएसडीए) मिट्टी में जल संरक्षण में सुधार के लिए सामग्रियों पर कार्य करता था। उन्होंने स्टार्च अणुओं की रीढ़ की हड्डी (अर्थात स्टार्च-ग्राफ्टिंग) पर एक्रिलोनिट्राइल पॉलिमर के ग्राफ्टिंग के आधार पर राल विकसित किया है। इस स्टार्च-एक्रिलोनिट्राइल सह-पॉलिमर के हाइड्रोलिसिस के हाइड्रोलाइज्ड उत्पाद ने इसके वजन से 400 गुना अधिक द्रव का अवशोषण दिया है। इसके अतिरिक्त, जैल ने फाइबर-आधारित अवशोषक के जैसे तरल द्रव नहीं छोड़ा है।
पॉलिमर को "सुपर स्लपर" के नाम से जाना जाने लगा है। यूएसडीए ने मूलभूत प्रौद्योगिकी के आगे विकास के लिए कई यूएसए कंपनियों को तकनीकी सूचना दी है। ऐक्रेलिक अम्ल, एक्रिलामाइड और पॉलीविनायल अल्कोहल (पीवीए) के साथ कार्य सहित ग्राफ्टिंग संयोजनों की विस्तृत श्रृंखला का प्रयास किया गया है।
आज के शोध ने प्राकृतिक सामग्रियों की क्षमता को प्रमाणित कर दिया है, उदा पॉलीसेकेराइड और प्रोटीन, शुद्ध द्रव और खारे घोल (0.9% wt.) में उसी सीमा के अंदर सुपर अवशोषक गुण प्रदर्शित करने के लिए, जैसा कि वर्तमान अनुप्रयोगों में सिंथेटिक पॉली्रिलेट्स करते हैं।[10] उत्तम यांत्रिक शक्ति वाले सोया प्रोटीन/पॉली (ऐक्रेलिक अम्ल) सुपरअवशोषक पॉलिमर प्रस्तुत किए गए हैं।[11] पॉलीएक्रिलेट/पॉलीएक्रिलामाइड 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 सम्मिलित हैं। एक्रिलामाइड मोनोमर की अतिरिक्त शक्ति के साथ, चिकित्सा स्पिल नियंत्रण, तार और केबल जल अवरोधक के रूप में उपयोग किया जाता है।
कॉपॉलीमर रसायन
सुपरअवशोषक पॉलिमर अब सामान्यतः पॉली-ऐक्रेलिक अम्ल सोडियम नमक (कभी-कभी सोडियम पॉलीएक्रिलेट के रूप में संदर्भित) बनाने के लिए सर्जक की उपस्थिति में सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ मिश्रित ऐक्रेलिक अम्ल के पोलीमराइजेशन से बनाए जाते हैं। यह पॉलिमर आज विश्व में बनाया जाने वाला सबसे सामान्य प्रकार का एसएपी 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।[12]
सुपरअवशोषक पॉलिमर बनाने के लिए अन्य सामग्रियों का भी उपयोग किया जाता है, जैसे कि पॉली्रिलामाइड कॉपोलीमर, एथिलीन मैलिक एनहाइड्राइड कॉपोलीमर, क्रॉस-लिंक्ड कार्बोक्सिमिथाइलसेलुलोज, पॉलीविनाइल अल्कोहल कॉपोलिमर, क्रॉस-लिंक्ड पॉलीथीन ऑक्साइड, और पॉली्रिलोनिट्राइल के स्टार्च ग्राफ्टेड कॉपोलीमर आदि कुछ नाम हैं। उत्तरार्द्ध निर्मित सबसे प्राचीन एसएपी रूपों में से है।
आज सुपरअवशोषक पॉलिमर तीन प्राथमिक विधियों में से एक का उपयोग करके बनाए जाते हैं: जैल पोलीमराइज़ेशन, निलंबन पोलीमराइजेशन या विलयन पोलीमराइजेशन प्रत्येक प्रक्रिया के अपने-अपने लाभ हैं किन्तु सभी से उत्पाद की सुसंगत गुणवत्ता प्राप्त होती है।
जैल पोलीमराइजेशन
ऐक्रेलिक अम्ल, द्रव, 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 "रिएक्टर" में चला जाता है जो स्थिर यूवी प्रकाश की श्रृंखला वाला लंबा कक्ष होता है। यूवी विकिरण पोलीमराइज़ेशन और क्रॉस-लिंकिंग प्रतिक्रियाओं को संचालित करता है। परिणामी "लॉग" चिपचिपे जैल होते हैं जिनमें 60-70% द्रव 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- संपत्ति जिसे लोड के अंतर्गत अवशोषण (एयूएल) या दबाव के विरुद्ध अवशोषण (एएपी) के रूप में मापा जाता है। फिर सूखे पॉलिमर कणों की उचित कण आकार वितरण और पैकेजिंग के लिए परीक्षण किया जाता है। जैल पोलीमराइजेशन (जीपी) विधि वर्तमान में सोडियम पॉली्रिलेट सुपरअवशोषक पॉलिमर बनाने की सबसे लोकप्रिय विधि है जिसका उपयोग अब बेबी डायपर और अन्य डिस्पोजेबल स्वच्छ वस्तुओं में किया जाता है।
विलयन पोलीमराइजेशन
विलयन पॉलिमर विलायक के रूप में आपूर्ति किए गए दानेदार पॉलिमर की अवशोषण क्षमता प्रदान करते हैं। आवेदन से पूर्व विलयन को द्रव से पतला किया जा सकता है, और अधिकांश सब्सट्रेट्स को कोट या संतृप्त किया जा सकता है। विशिष्ट समय के लिए विशिष्ट तापमान पर सूखने के पश्चात, परिणाम सुपरअवशोषकता के साथ लेपित सब्सट्रेट होता है। उदाहरण के लिए, इस रसायन को सीधे तारों और केबलों पर प्रारम्भ किया जा सकता है, चूँकि इसे विशेष रूप से रोल किए गए सामान या शीट सब्सट्रेट जैसे घटकों पर उपयोग के लिए अनुकूलित किया गया है।
विलयन-आधारित पोलीमराइजेशन का उपयोग सामान्यतः सह-पॉलिमर के एसएपी विशेष रूप से जहरीले एक्रिलामाइड मोनोमर वाले निर्माण के लिए किया जाता है। यह प्रक्रिया कुशल है और सामान्यतः इसका पूंजीगत व्यय आधार कम होता है। विलयन प्रक्रिया प्रतिक्रियाशील पॉलिमराइज्ड विलायक का द्रव्यमान उत्पन्न करने के लिए द्रव 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 व्यय को कम करने में सहायता मिलती है। फिर प्रतिक्रियाशील पॉलिमर विलायक 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 सामान्यतः अंतिम ग्रेन्युल आकार बनने के पश्चात पूर्ण किया जाता है।
निलंबन पोलीमराइजेशन
निलंबन प्रक्रिया का अभ्यास केवल कुछ कंपनियों द्वारा किया जाता है क्योंकि इसमें पोलीमराइजेशन चरण के समय उच्च स्तर के उत्पादन नियंत्रण और उत्पाद अभियांत्रिकी 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 पश्चात के चरणों में यांत्रिक रूप से करने के अतिरिक्त रिएक्टर में प्राथमिक बहुलक कण बनाता है। प्रदर्शन में वृद्धि प्रतिक्रिया चरण के समय या उसके ठीक पश्चात भी की जा सकती है।
विमानन
13 अप्रैल 2010 को, कैथे पैसिफ़िक फ़्लाइट 780 को सुरबाया से हांगकांग अंतर्राष्ट्रीय हवाई अड्डे पर उतरते हुए दोहरे इंजन वाले स्टॉल का सामना करना पड़ा था। विमान बिना किसी दुर्घटना के सुरक्षित रूप से उतर गया था। परीक्षण से यह निष्कर्ष निकला कि जुआंडा अंतर्राष्ट्रीय हवाई अड्डे पर ईंधन भरने वाली मशीन में स्थापित ईंधन मॉनिटर के घटक सुपरअवशोषक पॉलिमर (एसएपी) के कारण ईंधन नियंत्रण इकाई में वाल्व विवृत हो गए थे। यह ज्ञात हुआ कि खारे द्रव ने ईंधन आपूर्ति को दूषित कर दिया था, जिसके कारण एसएपी कण ईंधन लाइनों में प्रवेश कर गए थे।
उपयोग
- चलचित्र और मंच प्रस्तुतियों के लिए कृत्रिम बर्फ
- मोमबत्तियाँ
- सीमेंट-आधारित सामग्री (जैसे कंक्रीट)[13]
- कंपोजिट और लैमिनेट्स
- कीटनाशकों और शाकनाशियों का नियंत्रित विमोचन
- डायपर और वयस्क डायपर
- फीडर कीड़ों के लिए डूब-मुक्त जल स्रोत
- विस्तार योग्य जल खिलौने
- विस्तार माइक्रोस्कोपी
- निस्पंदन अनुप्रयोग
- अग्निरोधी जेल
- बाढ़ नियंत्रण
- सुगंध वाहक
- मेंढक टेप (लेटेक्स पेंट के साथ उपयोग के लिए डिज़ाइन किया गया उच्च प्रौद्योगिकी मास्किंग टेप)
- विमानन और वाहनों में ईंधन निरीक्षण प्रणाली
- जेल ब्लास्टर्स (पेंटबॉल और एयरसॉफ्ट का मिश्रण; चीन में उपयोग किया जाता है)[14]
- गर्म और ठंडे थेरेपी पैक
- जादुई प्रभाव
- चिकित्सा अपशिष्ट जमना
- गतिहीन जलशय्याएँ
- गमले की मिट्टी
- स्पिल नियंत्रण
- सर्जिकल पैड
- अपशिष्ट स्थिरीकरण और पर्यावरणीय निवारण
- जल अवशोषक पैड
- जल जेल
- पौधों को पानी की आपूर्ति के लिए जल प्रतिधारण
- तार और केबल जल अवरोधन
- वाउन्ड ड्रेसिंग[15]
- खाद्य योज्य[16][17]
यह भी देखें
- सोडियम पॉलीएक्रिलेट
- पोटेशियम पॉलीएक्रिलेट
उद्धरण
- ↑ 1.0 1.1 हवाई ऊर्जा और पर्यावरण प्रौद्योगिकी (HEET) पहल. July 2016.
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संदर्भ
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