Суперабсорбирующие полимеры (SAP), также называемые суперабсорбирующими смолами, представляют собой класс функциональных полимерных материалов, способных поглощать воду в количестве, в несколько сотен и даже несколько тысяч раз превышающем их собственную массу. К основным типам относятся производные крахмала, производные целлюлозы и полимеры на основе полиакриловой кислоты. В зависимости от исходного сырья эти полимеры подразделяются на модифицированные природные полимеры и полностью синтетические смолы. Они широко применяются в различных областях, включая удержание влаги в сельском хозяйстве, производство гигиенических изделий, таких как подгузники и гигиенические прокладки, медицинских перевязочных материалов, средств для сохранения свежести продуктов и множество промышленных сфер.

Суперабсорбирующие полимеры — это специальные абсорбирующие смолы, способные поглощать воду в количестве, как минимум в несколько сотен раз превышающем их собственную массу. Как важный класс функциональных полимерных материалов, они обладают исключительной способностью поглощать воду. Несмотря на то что они не растворяются в воде, эти полимеры могут поглощать значительное ее количество и набухать, образуя сильно гидратированные гели. Их основные свойства — высокая способность поглощать и удерживать воду.

Классификация суперабсорбирующих полимеров (SAP)

1. Классификация по источнику сырья

По источнику сырья суперабсорбирующие полимеры подразделяются на шесть основных категорий:

• Полимеры на основе крахмала: включают привитые сополимеры крахмала, карбоксиметилированный крахмал, фосфорилированный крахмал, ксантогенат крахмала и другие производные.

• Полимеры на основе целлюлозы: включают привитую целлюлозу, карбоксиметилированную целлюлозу, гидроксипропилированную целлюлозу, ксантогенат целлюлозы и родственные производные.

• Синтетические полимеры: включают полиакрилаты, поливиниловые спирты, полиалкиленоксиды, неорганические полимеры и другие синтетические материалы.

• Полимеры на основе белков: включают белки сои, шелковые белки, глютен и другие материалы белкового происхождения.

• Другие природные вещества и их производные: включают пектин, альгиновую кислоту, хитозан, гепарин и аналогичные материалы.

• Смеси и композиты: включают смеси различных суперабсорбирующих полимеров, а также композиты, сочетающие суперабсорбирующие полимеры с неорганическими гелями или органическими веществами.

2. Классификация по способу придания гидрофильности

В зависимости от способов введения или усиления гидрофильных свойств SAP подразделяются на четыре типа:

1. Полимеризация гидрофильных мономеров: например, полиакрилатов, полиакриламидов и сополимеров акриловой кислоты с акриламидом.

2. Карбоксиметилирование или карбоксиалкилирование гидрофобных или слабогидрофильных полимеров: например, карбоксиметилирование крахмала или целлюлозы и реакция поливинилового спирта с малеиновым ангидридом.

3. Привитая полимеризация гидрофильных мономеров на гидрофобные или слабогидрофильные полимеры: например, привитой сополимер крахмала с полиакрилатом, привитой сополимер крахмала с полиакриламидом, привитой сополимер целлюлозы с полиакрилатом и привитые сополимеры крахмала с акриловой кислотой и акриламидом.

4. Гидролиз макромолекул, содержащих циано-, сложноэфирные или амидные группы: например, гидролиз привитого сополимера крахмала с полиакрилонитрилом, сополимеров акрилата с винилацетатом и полиакриламида.

3. Классификация по способу сшивания

По механизму сшивания SAP подразделяются на четыре типа:

1. Сшивание с использованием сшивающих агентов: водорастворимые полимеры сшивают агентами, содержащими несколько реакционноспособных функциональных групп, многовалентными ионами металлов или полимерными сшивающими агентами.

2. Самосшивание: некоторые вещества, например полиакрилаты и полиакриламиды, в результате полимеризации или реакций самосшиваются.

3. Сшивание под действием излучения: такие полимеры, как поливиниловый спирт и полиалкиленоксиды, можно сшивать путем облучения.

4. Введение гидрофобных групп или кристаллических структур в водорастворимые полимеры: например, этерификация полиакриловой кислоты длинноцепочечными спиртами, содержащими 12–20 атомов углерода, позволяет получать нерастворимые полимеры с высокой водопоглощающей способностью.

4. Другие способы классификации

Суперабсорбирующие полимеры также можно классифицировать по физической форме, способу получения и способности к разложению.

1. По физической форме: SAP подразделяются на порошки, волокна, пленки или листы и микросферы.

2. По способу получения: классификация основана на таких процессах, как синтетическая полимеризация и сшивание, карбоксиметилирование, привитая сополимеризация крахмала и привитая сополимеризация целлюлозы.

3. По способности к разложению: SAP подразделяются на неразлагаемые и разлагаемые. К неразлагаемым относятся продукты на основе акрилата натрия и метилметакрилата, а к разлагаемым — привитые сополимеры, полученные из природных полимеров, таких как крахмал и целлюлоза.