Polymer siêu thấm

MỞ ĐẦU Polymer là một phân tử lớn được tạo thành bởi liên kết một số lớn các phân tử nhỏ hơn.Trọng lượng phân tử của polymer thông thường từ 100000 đến 1 triệu AMU và thường chứa ít

POLYMER SIÊU THẤM VÀ ỨNG DỤNG TRONG

Néi dung

1 Mở đầu

2 Polymer siêu thấm

3 Cơ chế của polymer siêu thấm

4 Ứng dụng của Polymer siêu thấm trong nông nghiệp tại Việt Nam

MỞ ĐẦU

 Polymer là một phân tử lớn được tạo thành bởi liên kết một số lớn các phân tử nhỏ

hơn.Trọng lượng phân tử của polymer

thông thường từ 100000 đến 1 triệu AMU

và thường chứa ít nhất khoảng 10000

 Những năm đầu thập niên 1980, chất liệu thấm nước

là cellulosic hoặcsản phẩm chất xơ Những chất liệu được lựa chọn là mô giấy, bông, vật liệu xốp, và bột giấy Hầu hết các chất này chỉ có khả năng giữ nước khoảng 20 lần trọng lượng của nó

 Trong đầu năm 1960, Sở Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) đã tiến hành các nghiên cứu trên nguyên vật liệu để cải thiện việc giữ nước trong đất Họ phát triển một loại nhựa dựa vào việc ghép các polyme Acrylonitrile lên khung của những nguyên tử tinh bột Sản phẩm của các quá trình thuỷ phân tạo ra co-polymer Acrylonitrile-tinh bột đã hấp thu lượng nước lớn hơn 400 lần trọng lượng của nó Ngoài ra, các gel này có khả năng giữ lại nước – điều mà các sợi hấp thụ không làm được

 Các polymer được biết đến như là "Super Slurp" USDA đã

chuyển giao các kỹ thuật cho một số công ty Hoa Kỳ để phát triển các công nghệ cơ bản này Hàng loạt các kết hợp công nghệ đã được thử với acrylic, acid acrylamide và polyvinyl

rượu (PVA)

 Do những công ty Nhật không được USDA chuyển giao công nghệ nên họ bắt đầu nghiên cứu độc lập cách sử dụng tinh bột, cacboxyl methyl cellulose (CMC), axít acrylic, polyvinyl

alcohol (PVA) và isobutylene maleic anhydride (IMA)

- Trong những năm đầu thập niên 1970, lần đầu tiên polyme siêu thấm đã được sử dụng trong thương mại – không chỉ dùng cho việc cải tạo đất – mà còn được ứng dụng trong các sản

phẩm vệ sinh sử dụng 1 lần Những sản phẩm đầu tiên được đưa ra thị trường là băng vệ sinh dành cho phụ nữ và sản

phẩm dành cho người lớn

 Trong năm 1978, Davis Park sử dụng polymers siêu thấm

trong giấy vệ sinh.

 Năm 1982, lần đầu tiên ở Châu Âu, Schickendanz và Say đã thêm polymer siêu thấm vào lõi thấm hút của tã giấy

Beghin-em bé Sau đó,UniCharm giới thiệu sản phẩm tã trẻ Beghin-em siêu thấm tại Nhật Bản trong khi ở Hoa Kỳ Proctor & Gamble và Kimberly-Clark mới bắt đầu sử dụng.

 Bên cạnh Polymers siêu thấm dạng hạt, ARCO phát triển một công nghệ siêu thấm dạng sợi vào đầu những năm 1990 Công nghệ này cuối cùng đã được bán cho Camelot Absorbents

Hiện nay dù giá thành cao hơn polymer siêu thấm dạng hạt, polymer siêu thấm dạng sợi được ứng dụng khá nhiều trong kỹ thuật như sản xuất vỏ cáp, thiết bị y tế và bao bì thực phẩm.

 Polymer siêu thấm (Superabsorbent Polymer-SAPs)

là vật liệu mà có khả năng thấm và giữ một thể tích lớn nước và dung dịch nước

 - Polymer siêu thấm được tổng hợp từ tinh bột biến tính, cellulose và một số polymer khác như: polyvinyl alcohol - PVA, polyethylene oxide – PEO…Tất cả các polymer này đều có ái lực lớn với nước, trương nở

nhưng không hoà tan khi gặp nước.

 Polymer siêu thấm thương mại hiện tại được tạo bởi các chất trung hòa của Acid acrylic.Một trong những polymer được dùng nhiều nhất là Natri Polyacrylate

 Polymer siêu thấm được ứng dụng rộng rãi trong nông

nghiệp và vật liệu xây dựng; trong công nghiệp như hoá dầu, sản xuất cáp, giấy, bộ cảm biến, thiết bị phòng cháy chữa cháy, các sản phẩm sợi, trong công nghệ bảo quản thực phẩm, đồ chơi trẻ em; trong y tế và các lĩnh vực khác

CƠ CHẾ

1.Hydrate

Các ion của chất lỏng và các phân tử của nhóm chức như COO- và Na+ mà có tương tác lưỡng cực với các phân tử nước các phân tử nước

2 Liên kết Hydro

 Liên kết hydro là tương tác tĩnh điện giữa các phẩn tử xảy ra trong phân tử có nguyên tử Hydro tương tác với các nguyen tử như N,F,O.Nguyên tử hydro tương tác với các electron độc

thân của các nguyên tử mang điện âm bên cạnh

 Trong nước nguyên tử mang điện âm là oxy sẽ kéo electron của hydro về phía nó để thiết lập một lưỡng cức phân

tử.Nguyên tử hydro mang điện dương sẽ tương tác với

electron độc thân của oxi trên phân từ nước khác

 Hiệu ứng này làm giảm năng lương và tăng etronpy của hệ

thống-> Phân tán Polymer

Tại sao SAP không bị hòa tan trong nước?

 Cross-links giữa các mach polymer dưới dạng mạng 3 chiều chính là nguyên nhân kéo các mạch polymer lại với nhau,không làm chúng nở ra và bị hòa tan hoàn

toàn.Lực liên kết này là lực co dãn linh

động của mạng chính là nguyên nhân

 Ở đây có 1 sự cân bằng giữa lực kéo của các linked và khuynh hướng nở ra của mạch

cross- Mức độ cross-linking có tác động trực tiếp đến khả năng giãn nở của Polymer và độ bền của mạng.Sự tăng tỷ khối của cross-link = sự giảm của độ giẵn

nở và tăng độ đông đặc

Sự thẩm thấu và áp suất thẩm thấu

Sự thẩm thấu có thể giải thích bằng thí nghiệm đơn giản sau:

 Trong thí dụ trên hai dung dịch được ngăn các bằng một màng bán thấm mà chỉ cho phép nước thẩm thấu qua.Nước

sẽ di chuyển từ bên trái màng xang bên phải màng cho đến khi đạt trạng thái cân bằng.Đó là sự thẩm thấu.Ở đây áp suất thẩm thấu đã thiết lập sự cân bằng này,đó chính là áp suất cần thiết để ngăn ngừa nước chảy ngược từ bên phải màng qua bên trái màng

 Nếu so sánh SAP với thí dụ trên,lực hấp dẫn chính là lực ngăn cản nước chuyển động qua màng.Và cross-linking là yếu tố làm cho polymer ngăn cản sự hòa tan hoặc nở không giới hạn.Bởi lực thẩm thấu là một lực có thể thắng bởi lực bằng và ngược chiều no,nếu lưc ép vào SAP đủ lớn,SAP sẽ không thể nở ra

 Các polymer siêu thấm hiện tại có thể nở to và

hấp thụ được lượng nước gấp 800 lần trong lượng của nó,giữ được lượng nước này rất lâu trong đất

và chống hạn rất tốt cho cây trồng.Vậy cơ chế nào

đã làm polymer siêu thấm có thể nở ra và chứa

được nhiều nước đến như thế ???

Cơ chế giãn nở của Polymer siêu thấm

 Với Natri polyacrylate Có hai nhóm chức quan trọng trên

mạch polymer,nhớm carbonyl(COOH) và nhóm Na.Khi

polymer được tiếp cúc với chât lỏng,natri sẽ tách khỏi

carbonyl để tao thành 2 ion.

 Nhóm Carbonyl sẽ đẩy lẫn nhau bởi vì chúng cùng mang điện âm,từ đó mạch natripolyacrylate sẽ tháo dần ra và giãn nở thể tích tạo nên trạng thái gel.Sự giãn nở sẽ cho phéo nhiều chất lỏng liên kết với mạch polymer.

 Có 4 yêu tó chính tạo nên khả năng hấp thu của

natripolyacrylate đó là liên kết hydro,lực đẩy tĩnh điện,sự

thấm ướt và cross-links giữa các mạch.

Polyacrylat,một khi nguyên tử Natri tách khỏi mạch

polymer,nó sẽ chuyển động tự do

-Cross-link giữa mạch polymer sẽ giữ nó khỏi hòa tan trong nước và các chất lỏng khác

Bốn yếu tố

phân tử nước thông qua tạo các liên kết hydro.

tháo mạch và tương tác với nhiều phân tử nước hơn

thông qua một màng bán thấm sẽ làm nước chuyển động qua

màng tử nơi có tỷ khối thấp lên cao,cho tơi khi tỷ khối của chúng bằng nhau.Trong trường hợp của Natri Polyacrylat,một khi

nguyên tử Natri tách khỏi mạch polymer,nó sẽ chuyển động tự do

và các chất lỏng khác

ỨNG DỤNG TRONG NÔNG NGHIÊP

Một số sản phẩm tại Việt Nam:

 AMS-1

 VICHEMSAP4000

 BIONET-PS

AMS-1 có khả năng trương nở gấp 400 lần sau khi hút nước

Cơ chế giữ ẩm của polymer siêu thấm

Tác dụng

 Phân phối nước và phân bón:

cũng điều tiết việc hấp thụ phân bón của cây trồng bằng cách phân phát từ từ phân bón, giảm thất thoát dinh dưỡng, tiết kiệm phân bón.

 Cải thiện đất trồng

vật có ích trong đất (phân hủy các chất hữu cơ, cố định đạm, phân giải lân, ngăn chặn hoạt động của một số loại nấm gây hại vùng rễ cây…), do vậy cải thiện lý tính đất, lượng mùn trong đất tăng lên 1,4 - 1,8%, đất tơi xốp và thoáng khí hơn.

http://baolangson.vn/node/47143

Sử dụng polymer siêu thấm trong các ứng dụng nông nghiệp

Thanks!