Polímero superabsorbente de agua: clasificación y aplicaciones

El polímero súper absorbente de agua se puede clasificar en diferentes perspectives:

1. Estructuras morfológicas:

Los polímeros absorbentes de agua se pueden clasificar en polvos, partículas, fibras, esferas, emulsiones y membranas. Estas variaciones estructurales están diseñadas para satisfacer diversas necesidades de aplicación. Por ejemplo, los polvos se pueden utilizar en la producción de toallas sanitarias y pañales incorporándolos en láminas multicapa. Los productos esféricos y las partículas son adecuados para aplicaciones desodorantes. Los SAP a base de fibra se utilizan para crear fibras eléctricas antiestáticas, mientras que las membranas se utilizan en láminas anticongelantes. Las emulsiones son las preferidas para aplicaciones de remojo y pintura.

2. Fuentes:

   Los polímeros absorbentes de savia se pueden clasificar en tres categorías principales según sus fuentes:

Macromoléculas naturales, incluyendo materiales basados en polisacáridos y polipéptidos. Los SAP basados en polisacáridos, como celulosa, almidón, quitina, quitosano y gomas naturales (p. ej., goma xantana, goma guar y alginatos), pueden prepararse mediante reticulación directa de polisacáridos o mediante copolimerización por injerto de monómeros de vinilo sobre polisacáridos en presencia de un agente reticulante.

b. Polímeros semisintéticos.

c. Polímeros sintéticos, como los de origen petroquímico.

En comparación con sus homólogos sintéticos, los polímeros de superabsorción de origen natural ofrecen varias ventajas, como la degradabilidad (reduciendo la contaminación ambiental), la compatibilidad, la no toxicidad y la rentabilidad [2]. Sin embargo, los SAP de origen petroquímico se han enfrentado a desafíos como el aumento de los precios mundiales del petróleo y la preocupación por la contaminación ambiental. Una desventaja de los polímeros naturales es su baja solubilidad en agua, lo que requiere modificaciones químicas para crear derivados solubles como el carboximetilalmidón (CMS) y la carboximetilcelulosa (CMC). 

3. Métodos de preparación:

polímero superabsorbente de savia Se pueden clasificar según los métodos de preparación en polimerización por reticulación, reticulación por radiación, polimerización por injerto y formación de redes de polímeros solubles en agua. [4].

4. Cargas eléctricas en cadenas reticuladas:

A. Polímeros no iónicos: Absorben agua y fluidos acuosos mediante un efecto de mezcla gracias a sus grupos hidrófilos, lo que da como resultado un gel hinchado y blando gracias a la solvatación por enlaces de hidrógeno 

B. Polímeros iónicos: Incluyen polímeros aniónicos y catiónicos. La presencia de cargas a lo largo de la cadena principal aumenta significativamente el hinchamiento debido a las fuertes interacciones ion-dipolo y al aumento de la presión osmótica por los contraiones solvatados.

C. Polímeros anfolíticos (anfóteros): Contienen grupos básicos y ácidos.

D. Polibetaínas (zwitteriónicas): Contienen grupos catiónicos y aniónicos en cada unidad repetitiva [4]. Recientemente, se han desarrollado hidrogeles fotocrómicos con una capacidad de absorción de agua de 2800 g/g.

Aplicaciones agrícolas:

polímeros superabsorbentes savia Los SAP incorporados al suelo pueden absorber el agua de la lluvia o del riego excesivo. Posteriormente, liberan esta agua lentamente según la demanda de las raíces mediante diferencias de presión osmótica, lo que mejora las tasas de crecimiento. Además, el SAP puede utilizarse para la liberación controlada de pesticidas y agroquímicos. El SAP tiene un impacto significativo en diversas propiedades del suelo, como la permeabilidad, la aireación, la densidad, la estructura, la resistencia a la erosión, la evaporación, la actividad microbiana y las tasas de infiltración. También se utilizan para mejorar la retención de nutrientes y la capacidad de retención de agua en suelos arenosos (medio macroporoso), especialmente en regiones áridas. Además, el SAP puede reducir las pérdidas de agua, la frecuencia de riego y la tendencia a la compactación del suelo.

En términos de salud vegetal, el polímero absorbente de agua puede mejorar la intensidad del color, el porcentaje de cobertura, la densidad del césped deportivo y reducir los niveles de marchitamiento. En agricultura, el SAP se mezcla con tierra, semillas, agroquímicos y fertilizantes, creando fertilizantes de liberación lenta que absorben agua. En silvicultura, el SAP se aplica sobre las raíces para proteger los árboles de la desecación durante el transporte.

Water absorbing polymers, also known as superabsorbents, Son materiales sintéticos capaces de absorber y retener cantidades extremadamente grandes de agua en relación con su propio peso.

Refuerzo de la aplicación del hormigón:

A pesar de la popularidad del mortero y el hormigón como materiales de construcción, presentan ciertas debilidades, como el endurecimiento retardado, una contracción por secado significativa, baja resistencia química y baja resistencia a la tracción.

Los polímeros superabsorbentes pueden desempeñar un papel crucial para abordar estos desafíos, actuando como una fuente interna de agua durante el proceso de hidratación, siguiendo este mecanismo:

1. El SAP absorbe las moléculas de agua de la mezcla de hormigón fresco y las libera posteriormente cuando la humedad relativa disminuye debido al proceso de hidratación.

2. A medida que los polímeros superabsorbentes alcanzan su tamaño final, forman inclusiones estables llenas de agua. El agua se extrae de estas inclusiones hacia capilares más pequeños y se utiliza en el proceso de hidratación del cemento.

El SAP se utiliza para facilitar el curado interno del hormigón, mitigando así la retracción autógena. El curado interno permite un curado "de adentro hacia afuera" mediante la creación de depósitos internos que proporcionan agua a toda la mezcla, a diferencia del curado externo, que solo penetra unos pocos milímetros. Además, el gel creado por el SAP puede mejorar la trabajabilidad y la estabilidad al amortiguar y lubricar la masa de hormigón.

Las propiedades clave de un mortero eficaz incluyen la consistencia y los tiempos de fraguado:

La consistencia se refiere al contenido de agua de la pasta necesario para lograr la consistencia deseada.

El fraguado se refiere a la transición de un estado fluido a uno rígido, causada principalmente por la hidratación del silicato tricálcico (C₃S) y el aluminato tricálcico (C₃A), que ocurre en las etapas inicial y final.

El fraguado es crucial en la construcción de hormigón para mantener la plasticidad del hormigón fresco el tiempo suficiente para su transporte, vertido y compactación [6]. El tiempo de fraguado inicial se define como el tiempo transcurrido desde la mezcla de agua con cemento hasta una penetración no superior a 4-6 mm desde el fondo, con un mínimo de 45 minutos según la norma ASTM C 150-09. El tiempo de fraguado final se mide típicamente desde el momento en que se mezcla el agua con el cemento, sin límites específicos en las normas europeas o ASTM.

[7].

Otras aplicaciones:

water absorbent polymers cTambién se puede utilizar en muchas aplicaciones, como retardantes de llama, deshidratación de combustibles adulterados, nieve artificial, paquetes de hielo, productos decorativos (coloreados), toallas sanitarias, decoración de interiores de edificios, waste solidifiers in sludge treatment, fluidos de perforación, solidificadores de desechos médicos, almohadillas de lactancia, etc.

Super Absorbent Polymer El SAP es un material polimérico con excelente absorción y retención de agua. Su absorción puede alcanzar cientos o incluso miles de veces su propio peso, y el gel formado tras la absorción es difícil de separar, incluso bajo presión. Esta característica única hace que el SAP tenga una amplia gama de aplicaciones en diversos campos. Los polímeros superabsorbentes de agua son un tipo de materiales poliméricos sintéticos conocidos por su excepcional capacidad para absorber y retener grandes cantidades de agua, a menudo cientos de veces su propio peso.

Natural Super Absorbent Polymer has a wide range of applications in several fields. In agriculture, it is used as a water retention agent, lo que mejora significativamente la capacidad de retención de agua y la permeabilidad del suelo, y aumenta la eficiencia de la utilización del agua y los fertilizantes.

[1] A. Mathur, S. Moorjani, and A. Scranton, "Methods for synthesis of hydrogel networks: A review", J Macromol Sci-Rev Macromol Chem Phys, Vol. 36, pp: 405-430, 1996.

[2] W. Wang, J. Zhang, and A. Wang, "Preparation and swelling properties of superabsorbent nano composites based on natural guar gum and organovermiculite", Applied Clay Science, Vol. 46, pp: 21–26, 2009.

[3] A. Li, J. Zhang, and A. Wang, "Utilization of starch and clay for the preparation of superabsorbent composite", Bioresource Technology, 98, 2007.

[4] D. Gao, "Superabsorbent Polymer Composite (SAPC) Materials and their Industrial and High-Tech Applications", 2003.

[5] F. Jaber, "New Routes for Synthesis of Environmentally Friendly Superabsorbent Polymers", M.Sc. Thesis, An-Najah National University, 2012.

[6] M. Daoud and M. Al-Nasra, "The Use of Super Absorbent Polymer as a Sealing Agent in Plain Concrete", American Journal of Engineering Research, Volume 03, Issue 03, pp 132-137, 2014.

[7] M. Neville and J. J. Brooks, "Concrete Technology", Second edition, 2010. 31-L. Davies, J. Novais, and S. Martins-Dias, "Detoxification of olive mill wastewater using superabsorbent polymers", Centre of Biological and Chemical Engineering, Instituto Superior Técnico, Portugal, 2009.