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高吸水性樹脂 (樹液)

April 15, 2021

※このページは高吸水性ポリマー、スラッシュパウダー、ポリアクリル酸カリウム、ポリアクリル酸ナトリウム、SAPについてのページです。

簡単な紹介

高吸水性ポリマー化学の起源は、米国農務省が最初の高吸水性ポリマー材料を開発した 1960 年代初頭に遡ります。

高吸水性ポリマー(SAP)は、機能性高分子素材として強力な吸水力を持っています。

  • 自重の何百倍もの水を吸収し、水をしっかりと閉じ込めます。
  • SAP粉末(または顆粒)は吸収後、水ゲルに変化します。

さまざまな用途に応じて、高吸水性ポリマーには多くの種類があります。


SAPとは

SAP には主に 2 つのタイプがあります。

  1. ポリアクリル酸ナトリウム
  2. ポリアクリル酸カリウム

SAP(超吸収性ポリマー)は、より高い吸水性と優れた保水性を備えた機能性ポリマーです。

それ :

  • 十分な水(または他の無機溶液)を吸収し、
  • 水をロックして、
  • 吸収後は水ジェル状になります。

SAP を使用する利点は次のとおりです。

  • 無毒、
  • 無公害であり、
  • あらゆる面で無害です。

ヒント: その最も有益な特性は、体重の数百倍に相当する液体を吸収し、それをゲルに変えるという事実にあります。それが水を保持したり止めたりできる理由です。


SAP はどのように機能しますか?

互いに平行な一連の高分子鎖からなり、架橋剤によって規則的に結合してネットワークを形成しています。

水がこれらの鎖のいずれかに接触すると、浸透によって分子内に引き込まれます。水はポリマーネットワークの内部に急速に移動し、そこで蓄えられます。


製造プロセス

水溶液重合

SAP のモノマーのほとんどは水溶性であるため、水を溶媒として使用する溶液重合によって SAP を製造できます。世界の生産能力の 90% 以上がこの方法を使用しています。

ガンマ線やマイクロ波が一般的に使用されない理由は、特別な容器を必要とすることと、放射​​線発生装置の操作に不便が多いためである。ガンマ線は発生率が高いと報告されていますが、高価な機器と危険な放射線漏れのため、民間生産の分野で普及するという利点はありません。一般に熱誘起製品は黄色く変色し、残存モノマー率が高く、均一に重合しないため、高性能製品の製造には適していません。

アドバンテージ

水溶液重合法は、低コスト、低設備要件、低投資、簡単なプロセス、高い生産効率、安全な操作、純粋なシステム、均一な架橋構造などの利点を持っています。

不利益

乾燥、粉砕、選別工程の増加、長い製品生産ライン、製品粉砕後の不均一な粒度分布など。

生産工程

開始剤は開始速度の制御や吸水性能の調整が容易なため、広く使用されています。水を溶媒として、アクリル酸、及びアルカリで部分中和したアクリル酸とアクリル酸ナトリウムの混合モノマーを、架橋剤及び開始剤の存在下で架橋重合、乾燥、粉砕することにより製造する。

この製造方法は有毒物質や有害物質を生成せず、全工程を環境に優しい雰囲気で行うことができます。


逆懸濁重合

逆相懸濁重合による SAP の合成は、水溶液からの SAP の合成とは異なります。

アドバンテージ

逆懸濁重合 SAP 製品は、速い吸水速度、高い吸水容量、均一な粒度分布を備えています。

処理が簡単で、乾燥だけで製品が得られ、粉砕や篩い分けをすることなく直接ビーズ状の製品が得られるため、水溶液重合法における伝熱や撹拌の難しさの問題も解決されています。

不利益

この方法の欠点は、主要設備の材料費が高く、設備投資が多額になること、製造工程で有機溶剤を使用するため溶剤回収装置が必要となり汚染しやすいことである。

また、逆相懸濁重合法は断続的な製造しかできず、設備稼働率が低く、生産効率が低い。

生産工程

合成プロセスは、分散媒として有機溶媒を油相とし、アクリル酸ナトリウムとアクリル酸の混合水溶液をアルカリで部分中和したものを水相とし、これを油相媒体中に液滴状に分散させ、分散剤を懸濁し、撹拌することによって形成されます。油中水滴の安定した分散液、すなわち油中水懸濁液。開始剤と架橋剤は水相液滴に溶解して重合プロセスを実行します。

重合反応後、油相中の有機溶媒を減圧蒸留により除去する必要があり、その後、ゲルを乾燥してSAP生成物を得る。


SAP のメーカーのリスト

高吸水性ポリマーの世界消費は、衛生用品が 92% を占め(乳児用おむつが 78%、成人用失禁パッドが 10%、女性用生理用ナプキンが 4% を含む)、農業が 4% を占めています。 、建設業が1%、その他の分野が3%となっています。

会社主要製品
サプゲルカリウム塩基性 SAP およびナトリウム塩基性 SAP)
M2ポリマー下水処理用SAP
エボニックナトリウム塩基性 SAP
サントスナトリウム塩基性 SAP
三洋化成ナトリウム塩基性 SAP
sumitomoナトリウム塩基性 SAP
BASF SEナトリウム塩基性 SAP
shokubaiナトリウム塩基性 SAP
LG化学ナトリウム塩基性 SAP
フォルモサプラスチックグループナトリウム塩基性 SAP

品質グレード

SAP の主な組成は、ポリアクリル酸ナトリウムまたはポリアクリル酸カリウムです。

SAPのグレードは以下の通りです。

  • SAPの改善
    • デンプンベースの SAP - 生分解性タイプの SAP。
    • ミネラルベースの SAP (植物用) - 土壌中で何年も利用可能。
    • 改良された触媒を備えた SAP - 高い拡張能力 (ケーブルの水分遮断用)。
    • カチオン系SAP - コンクリート添加剤。
  • 共通 SAP
    • ポリアクリル酸カリウム - 主に農業で保水剤として使用されます。
    • ポリアクリル酸ナトリウム - 紙おむつ、生理用ナプキン、アイスバッグ、芳香剤、発泡ゴムなどの工業生産に広く使用されています。
  • 欠陥のある SAP
    • リサイクルされた SAP: SAP は使用され、リサイクルされました。
    • 焼けた SAP: SAP は過熱状態で生成されました。

SAPの用途

植物用

SAP、ヒドロゲル、吸収性ポリマー、吸収性ゲル、保水剤、スーパースラーパー、ウォーターゲルとしても知られる高吸水性ポリマーは、新しいタイプの高分子合成吸水性ポリマー素材です。浸透により短期間にその重量の100,000%もの水を吸収する能力があり、土壌中で顆粒を形成して土壌の特性を強化します。 SAP は一般に白砂糖のような吸湿性物質で、水中で膨潤して個別の粒子からなる透明なゲルを形成し、加圧下でも発火や破裂/爆発の危険がなく水分を保持できます。

農業で使用される高吸水性ポリマーは、主にアクリル酸とカリウムなどの架橋剤から溶液重合または懸濁重合によって製造されます。このようにして形成されたポリマーはポリアクリレートと呼ばれ、その膨潤能力とゲル弾性率は使用する架橋剤の量と種類に大きく依存します。ポリアクリレートは非毒性、非刺激性、非腐食性であり、年間 10% ~ 15% の分解率で生分解性であることがテストされています。これらは高い吸水性を示し、植物の根による吸引圧力下でその 95% を自由に放出できます。

重要な指標

  • 土壌中の吸収能力。
  • 粒度。
  • 光分解耐性。
  • 有効期間。

利点

植物の成長と作物の収量を妨げる最も一般的な 3 つの土壌条件は、保水力の低下、蒸発散量の多さ、土壌水分の浸出です。これらとは別に、予期せぬ干ばつ条件、劣化と塩類添加、合成肥料や殺虫剤の過剰使用、不適切な灌漑方法などの要因が土壌や植物に深刻な影響を与え、土壌生物相にも永久的なダメージを与えることがよくあります。

植物の成長と作物の収量を妨げる最も一般的な 3 つの土壌条件は、保水力の低下、蒸発散量の多さ、土壌水分の浸出です。これらとは別に、予期せぬ干ばつ条件、劣化と塩類添加、合成肥料や殺虫剤の過剰使用、不適切な灌漑方法などの要因が土壌や植物に深刻な影響を与え、土壌生物相にも永久的なダメージを与えることがよくあります。

望ましい特性

  • 塩水および硬水条件下での高い吸収能力。
  • 最適化された荷重下吸収性 (AUL)。
  • 可溶分と残留モノマーが最も低い。
  • 低価格。
  • 膨潤環境や保管時の耐久性と安定性に優れています。
  • 有毒種を生成することなく徐々に生分解されます。
  • 水中で膨潤後のpHは中性。
  • 光安定性。
  • 再湿潤能力。
  • 一般的にハイドロゲル農業技術と呼ばれている技術には、次のような利点があります。
  • 土壌の質を改善し、水を保ち、干ばつストレスに耐えます。
  • 種子の発芽と苗の発育を促進し、農場の成功につながります。
  • 環境面から見ると、無公害で生分解性があり、灌漑の頻度と水の消費量の削減に役立ち、根に直接水を供給して土壌の圧縮を防ぐシンプルな循環プロセスを作り出します。
  • 農業およびアグロフォレストリーでは、SAP は植物の根の微小な貯水池として機能します。これらは自重の 400500 倍の天然水を吸収し、根の毛細管吸引機構によりゆっくりと放出し、浸出や蒸発による土壌中の水分の損失を防ぎます。
  • SAP は、水の吸収と放出の一貫した周期プロセスを形成します。このように放出された水は、迅速な発芽と苗の成熟に最適な水分を提供します。したがって、苗床での苗の枯死率が数倍減少します。
  • 寒冷地では、発芽中や成熟中に湿気が凍って枯れてしまうことがよくあります。植物の根組織の周り。ハイドロゲルに吸収された水分は凍結せず、植物に容易にアクセスできます。また、苗の成長温度を調節し、凍結による枯死を防ぎます。
  • SAP は、灌漑の頻度を減らすことで水と労力を節約し、干ばつ条件を克服して土壌改良剤として機能し、砂質土壌の浸出、山地や傾斜地での流出を防止し、ウイルスレッセンス効率を改善し、土壌生物相を回復します。
  • SAP は、畑での肥料や農薬の過剰使用を減らすことができます。水とともに吸収された化学物質はゆっくりと放出されるため、耐用年数が延長され、根系による吸収効率が向上します。
  • SAP は土壌物質の凝集剤として機能します。これらは緩い土壌をしっかりと結合し、根の張りを良くするロームを形成します。同時に、反復的な吸収放出機構により、土壌ミネラルの過剰な圧縮が防止され、土壌エダフォンの通気と発達のためのスペースが提供されます。
  • 農業、林業、工業用植林、都市園芸、干ばつ管理、水保全に至るまで幅広い応用分野があり、地表流出による土壌浸食、地下水への肥料や農薬の浸出を軽減し、水と灌漑のコストを削減します。作物の成長の成功率と高い収量。

衛生用品用

液体の吸収とロックという素晴らしい特性により、次のような湿気の影響を受けやすい製品に非常に有用な用途が見つかりました。

  • おむつ、
  • 生理用ナプキン、
  • 授乳パッドや
  • ペットパッド。

重要な指標は次のとおりです。

指標注記
吸収率おむつの尿吸収率に影響します。
液体透過性おむつが尿を素早く吸収するのに役立ちます。均等に。
0.9% NaCl での吸収おむつの尿吸収能力に影響します。
加圧下での吸収おむつの尿吸収能力(圧力下)に影響します。
遠心分離後の保持能力おむつ(交換時)の尿吸収能力に影響します。

赤ちゃん用おむつ

赤ちゃんのおむつは、多孔質の上層、吸収性のコア層、漏れ防止の下層という 3 つの基本デザインで構成されています。吸水性コア層は高吸水性樹脂を含有する。

赤ちゃんのおむつは SAP に対して次の要件があります。

  • 優れた吸水性、
  • 数回の排尿後に赤ちゃんの尿を吸収する能力を吸収し、
  • 赤ちゃんの体の動きによって生じるせん断力の作用下でも、尿がこぼれず、継続的に尿を吸収します。

大人用おむつ

成人用失禁用品のユーザーのほとんどは、さまざまな怪我や病気により麻痺、失禁、または行動不能になった成人や高齢者であり、長時間の作業に不便を感じて使用しなければならない消費者は少数ですが、主におむつの形で。

大人用おむつの構造は主に4層に分かれており、上層から脚部に加え、表層被覆材、集液拡散転写層、吸液コア、裏面層材となっています。ガード、弾性体、ホットメルト接着剤等の部材。

中でも吸収体は成人用失禁材の重要な機能層であり、フラッフパルプと粒状高吸水性樹脂を主成分としています。


生理用ナプキン

生理用ナプキンが吸収しなければならない液体はより複雑で、水、塩、細胞のより粘度の高い混合物です。

セルは非常に大きいため、高吸水性ポリマーがセルを網目構造に吸収するのは困難です。そのため、血液への分散性を向上させるために、高吸水性ポリマー粒子の表面に界面活性剤が塗布されることが多い。


衛生用品の SAP を改善する

現在、SAP に関する研究は主に、コストの削減、吸水後のゲル強度の向上、ポリマー耐塩性の向上に焦点を当てています。

吸水後のゲル強度の向上

ハイドロゲルの吸水後の強度を向上させるために、主に後処理として表面架橋を行い、水溶性部分の含有量を低減します。科学者のリンドとスミスは、界面活性剤とオレフィン添加剤の混合物でアクリル樹脂を処理し、残留モノマー含有量を 50 mg/kg に減らしました。

ポリマー耐塩性の向上

ポリマーの耐塩性向上の観点から、SAPとイオン交換樹脂の混合方法を採用し、イオン交換樹脂のイオン交換特性を利用して水溶液のイオン濃度を低減し、吸水性を向上させます。 SAP を生理食塩水に加えます。 SAPと無機ヒドロゲルの複合体は、無機ヒドロゲルの優れた耐塩性に基づいており、アニオン性SAPと無機ヒドロゲルを組み合わせてゲル複合体を形成することは、SAPの耐塩性を向上させるのに有益です。


各種工業製品向け

日を追うごとに、SAP の人気と水抑止効果の向上により、ますます多くの業界や用途で採用されています。

次のようないくつかのアプリケーション、

ケーブル防水用

SAP は、あらゆる種類のケーブル用の防水テープや軟膏の製造に関する限り、非常に切望されている製品です。光ファイバーケーブルでもSAPが使用されています。吸収の範囲と速度は非常に速く、水に遭遇したときの全体的な膨張率とその膨張量も同様です。

重要な指標は次のとおりです。

  • 拡張高さ;
  • 粒状サイズ。

アイスバッグで

淡水はアイスパックの個々のシートに向けられ、それらを活性化します。高吸水性ポリマーは、新鮮な水道水の下に置くと即座に水を吸収し始め、ゲルに変換します。約 20 分以内に、十分な量の水を吸収して、小さなクッション型の氷が形成されることがわかります。冷凍庫に入れればすぐに使用できます。

重要な指標は次のとおりです。

  • 水分補給の時間。
  • 価格;
  • 粒状サイズ。

インフレータブル洪水防止土嚢

SAP には、災害管理におけるこのユニークな用途があり、水と接触するとすぐに水を吸収して膨張し、進行する水に対する障壁を形成する土のうの準備に使用されます。土嚢と呼んでいますが、実際には砂は入っていません。伝統的にそのように知られてきたため、そう呼ばれています。

これらの砂なし土のうは、最初はサイズが非常に小さくて軽量ですが、水を吸収して固体の形状になります。保管や持ち運びがはるかに簡単で、未使用時の占有スペースも小さくなります。

重要な指標は次のとおりです。

  • 吸収率;
  • 光分解耐性。

コンクリート保護

  • その透過性はたまたま非常に低いです。水分を完全にシャットアウトし、
  • 繊維質のため、垂直の障壁を形成するように保管でき、
  • 効果的なシーラントであるため、セメントベースの製品に応用されています。

その他の用途

その驚くべき特性により、多くの種類の製品に広範囲に使用されています。それらの一部をここにリストします。

  • 多くの特定用途における機能性コーティングの添加剤として、
  • 芳香剤の添加剤として、
  • ゴム要件の拡大に向けて、
  • 産業排水の吸収、
  • 鉱山業界では災害対策や通常の浸透のために、
  • ある化粧品の中では。

SAP (高吸水性ポリマー) は、水分に作用するその驚くべき能力により、新たな用途を見出して使用されています。


よくある質問

できる

ポリアクリル酸カリウムは再利用できますか?

はい。ポリアクリル酸カリウムは水を吸収するとゲル状になります。ゲルは植物の根に水分を放出した後、顆粒状態に戻ります。そこで粒状のポリアクリル酸カリウムは雨水や灌漑水を再び吸収することができます。

土壌中のポリアクリル酸カリウムの寿命は、土壌の塩分濃度と現地の温度に関係します。通常、数年に及ぶ場合があります。


ポリアクリル酸ナトリウムは排水管に流せますか?

ポリアクリル酸ナトリウムゲルの場合ははい。ゆっくりと水、二酸化炭素、ナトリウムイオンに分解されるため、環境汚染を引き起こすことはありません。

ヒント: ポリアクリル酸ナトリウム粉末は強い水膨潤性を持っています。トイレつまりの原因になります。


どうやって

ポリアクリル酸ナトリウムはどのように製造されますか?

多くの人が「ポリアクリル酸ナトリウムは天然ですか?」と尋ねます。まず、ポリアクリル酸ナトリウムの製造プロセスを知る必要があります。

ポリアクリル酸ナトリウムを製造するには、コポリマー化学、ゲル重合、溶液重合、懸濁重合の 4 つの方法があります。

カンファレンスの一般的なプロセスの図は次のとおりです。

ご覧のとおり、ポリアクリル酸ナトリウムは天然物ではありません。

ヒント: デンプングラフトによって生成されるポリアクリル酸ナトリウムがあります。製造業者は、それが「天然物」であると主張しています。ギミックとして。

理論的には、ポリアクリル酸ナトリウムは水を吸収したり水を閉じ込めたりする必要があるすべての用途に適用できます。ただし、前述したように農業用水の貯留には使用できません。これについては後で詳しく説明します。


ポリアクリル酸カリウムを植物に使用するにはどうすればよいですか?

まずポリアクリル酸カリウムゲルを作り、それを土と混ぜます。


ポリアクリル酸カリウムは環境にとって安全ですか (生分解性)?

はい。ポリアクリル酸ナトリウムとは異なり、ポリアクリル酸カリウムは水、二酸化炭素、カリウムに分解でき、土壌を改善し肥料効率を高めることができます。


ポリアクリル酸ナトリウムは食品に使用しても大丈夫ですか?

「食品グレードのポリアクリル酸ナトリウム」という主張は、長年にわたって存在していましたが、それを製造できると主張したメーカーはありませんでした。これは製造工程に関係があるのか​​もしれません。


ポリアクリル酸ナトリウムは安全ですか?皮膚に良いですか?

ポリアクリル酸ナトリウムには毒性はありませんが、特におむつ、生理用ナプキン、授乳パッドなどの衛生製品に使用される技術パラメータには非常に厳しい要件があります。

衛生用品のメーカーとして、ポリアクリル酸ナトリウムの MSDS (製品安全データシート) を確認する必要があります。

衛生用品を愛用する方は、ぜひ有名ブランドの商品を選んでみてください。

注: アクリル酸含有量は非常に重要な指標です。基準値を超えると皮膚アレルギーやかぶれを引き起こす場合があります。


ポリアクリル酸ナトリウムは植物にとって(肥料として)安全ですか?

ポリアクリル酸ナトリウムの価格はポリアクリル酸カリウムよりもはるかに安いですが、それを保水剤として使用するのは奇抜です。

植物にポリアクリル酸ナトリウムを使用してはいけない理由をいくつか挙げてください。

  • 保水剤としてのポリアクリル酸ナトリウムは、地下の水をほとんど吸収せず、高イオン濃度の土壌浸出液を生成します。
  • ポリアクリル酸ナトリウムの水ゲルは、低温 (40°C など) で容易に溶けて光分解します。
  • ポリアクリル酸ナトリウムは植物が吸収できない多量のナトリウムイオンに分解され、土壌の塩類化が促進されます。

※Aとは異なり、保水剤に特化したBは上記3つの問題を効果的に解決します。


ポリアクリル酸ナトリウムは犬/動物/昆虫にとって有毒ですか?

厳密に言えば、ポリアクリル酸ナトリウムが食品グレードの基準を満たしている場合にのみ、答えは「はい」となります。


ポリアクリル酸カリウムは何に使用されますか?

ポリアクリル酸カリウムは農業用に使用される高吸水性ポリマーの一種です。土壌を改善できる

土に混ぜることで土の保水力が大幅に高まります。


融点は何度ですか?

150℃ですよ。

さらに、ポリアクリル酸ナトリウムは水を吸収してヒドロゲルになった後、低温(40℃など)で容易に溶けて光分解します。これが、ポリアクリル酸ナトリウムが農林業の保水剤として使用できない理由の一つである。


Ph値は何ですか?

一般に、ポリアクリル酸ナトリウムはアクリル系残留物が非常に少ないため、弱酸性となります。 (ポリアクリル酸ナトリウムは、アクリル酸と水酸化ナトリウムの重合反応によって生成されます。)


吸水性はどれくらいですか?

ポリアクリル酸ナトリウムは現時点で最も強力な吸水材であり、自重の数千倍の純水を吸収することができます。

さらに、水が純粋であるかどうかは、ポリアクリル酸ナトリウムの吸収に直接影響します。水に塩を加えると吸水率が大幅に低下します。土壌中の水イオン濃度は非常に高く、ポリアクリル酸ナトリウムの吸水性は著しく低下するため、保水剤としての使用には適さない。


どこ

ポリアクリル酸ナトリウム/ポリアクリル酸カリウムはどこで購入できますか?

ポリアクリル酸ナトリウムをバルクで購入します。

大量購入の場合、通常、サプライヤーの最小購入数量は 500KG です。

簡単な Google 検索で、Www.Sapgel.com などのこの製品の専門サプライヤーが見つかります。

ポリアクリル酸ナトリウムをオンラインで購入する

一部の科学実験では、ポリアクリル酸ナトリウムが 500 g または 1 kg しか必要ない場合があります。

その後、Amazon から購入することを検討してください。


自宅でポリアクリル酸ナトリウムをどこで見つけますか?

先ほども言いましたが、ポリアクリル酸ナトリウムは生理用ナプキンや紙おむつの中に簡単に見つかります。


なぜ

なぜポリアクリル酸ナトリウムは水を吸収しますか?/ポリアクリル酸ナトリウムはどのように機能しますか?

ポリアクリル酸ナトリウムがどのように機能するのか疑問に思われたかもしれません。実際、吸水プロセス全体で複雑な物理的および化学的反応が発生します。

簡単に言うと、Aの分子構造にはネットワーク状の分子鎖があり、水と接触するとすぐに電気分解が起こり、プラスとマイナスの電荷を持ったイオンに解離します。プラスとマイナスの電気を帯びたイオンは水と強い親和性を持っています。そのため、強い吸水力と保水力を持っています。


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