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07 纸尿裤为什么可以大量吸水

我们平常用的抹布可以吸收2~3倍自身重量的水,但纸尿裤可以吸收1000倍自身重量左右的水,这究竟是什么原理呢?

◎高吸水树脂的锁水能力

纸尿裤的吸水部分是用 高吸水树脂(高吸水聚合物,SAP) 这种塑料制作成的。这种树脂多的时候 可以吸收自身重量1000倍左右的水分 ,之所以能吸收如此多的水分,秘密就在于它的分子结构。

同样是树脂(塑料),聚乙烯的分子结构像一条很长的线,但高吸水树脂的分子结构就像是把这条线上的很多点都连在了一起,是连续的立体笼子状结构。因此 被吸收的水分被锁在了“笼子”中,轻易不会滴落 。这就是高吸水树脂锁水能力的秘密之一。

◎扩大“笼子”结构

仅仅如此的话,并不能解释它高达自身重量1000倍左右的锁水能力。高吸水树脂的分子到处连接有COONa这个基团(取代基),树脂吸水后,该原子团分解(电解)成带负电荷的COO - 基团和带正电荷的Na + 基团。

结果就是 树脂中的 COO - 基团之间产生静电排斥力,在静电排斥力的作用下“笼子”的容积不断扩大 。容积越大越能吸收更多的水,就能电解出越多的COO - 基团,从而又能吸收更多的水,不断地重复这个过程,就能不断地吸收水分。

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图1-8 高吸水树脂的吸水原理

高吸水树脂能够不断地吸水是渗透压的缘故。高吸水树脂粒子内部有Na + 离子游移,内部的浓度较高,与外部的水之间有浓度差,因此能够不断地向内部吸收水分。

◎沙漠变绿洲

高吸水树脂不仅仅可以用在纸尿裤上,现在备受瞩目的用途是用它在沙漠里种树,绿化沙漠。在沙漠里埋上高吸水树脂,让树脂吸收水分后再在上面种树。

树木可以靠吸收高吸水树脂积蓄的水分成长,当然这些水早晚会有用完的一天,但至少可以大幅降低浇水的频率,并且树木还可以吸收偶尔的暴风雨天气带来的降水。

现在占地球上陆地面积1/3的地区是水分蒸发量大于降水量的沙漠地带,据悉每年有相当于日本面积1/4的土地成为新的沙漠,希望高吸水树脂能够成为阻止土地沙化的手段之一。

◎日本企业占高份额

2018年全球高吸水树脂的年需求量是300万吨,其中日本生产的触媒类产品约占20%,生产份额位居全球第一。随着各国经济的发展和老龄化的加剧,纸尿裤的需求不断增加,据悉每年以5%~7%的比例持续增长。随着纸尿裤的品质不断提高,不断向轻薄化发展,相信未来SAP的利用率也会越来越高。

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图1-9 SAP的主要用途 wOGSoeRvaCu6E2SxVIxzr0zsrjlHLc9LkVEno3/uZF7NQynUkjxRBFmxRG8AnPmF

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