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高吸水性ポリマーガイド(2024年)

January 18, 2024

    概要

    SAP(高吸水性ポリマー)は機能性高分子素材です。自重の数百倍もの水を吸収することができます。

    歴史

    高吸水性ポリマー化学の起源は、米国農務省が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。

    化学成分

    SAPは高吸水性ポリマーの総称であり、SAPの種類によって化学組成が異なります。

    高吸水性ポリマーは通常、水酸化ナトリウムとアクリル酸を重合させて生成されるポリアクリル酸ナトリウムです。

    高吸水性ポリマーは、その組成や製造方法を変えることにより、吸水速度、吸水量、遠心分離保水率などのさまざまな指標に大きな差が生じます。

    たとえば、農業のニーズを満たすために、原料が水酸化ナトリウムから水酸化カリウムに変更され、生成物はポリアクリル酸カリウムを形成します。 タイプの吸水性樹脂。これにより、その分解生成物であるナトリウムイオンによって引き起こされる土壌の塩類化のリスクが防止されるだけでなく、土壌中のカリウムの含有量も増加します。

    要約すると、高吸水性ポリマーはポリアクリル酸ナトリウムと同等ではありません。これは、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の場合があり、分解目的で生物学的デンプングラフト吸水性ポリマーに特別に使用されるものなど、さまざまなグラフト化吸水性ポリマーを指すこともあります。


    高吸水性ポリマーの種類

    この章では高吸水性ポリマーの分類について説明します。

    分類は、化学組成と品質の観点に従って行われます。

    SAPの化学組成

    SAP は主に 2 つのクラスに分かれています。

    主な使用上の注意点を以下に示します。

    ポリアクリル酸カリウム系SAP

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

    ポリアクリル酸ナトリウム系SAP

    • 衛生用品(おむつ、生理用タオルなど)
      1. 吸収率;
      2. 加圧下での吸収と遠心分離後の保持能力。
      3. 液体透過性。
      4. 残留モノマー。
    • ケーブルの防水テープ
      1. 拡張高さ;
      2. 粒状サイズ。
    • アイスバッグ
      1. 価格;
      2. 粒状サイズ。
    • 浸水防止バッグ
      1. 吸収率;
      2. 光分解耐性。
    • 穴あけ加工時の漏れ止め
      1. 粘度;
      2. 凝固時間。

    SAP の品質グレード

    ご存知の通り、SAPとは吸水性ポリマーの総称です。最も一般的なポリアクリル酸ナトリウムに加えて、ポリアクリル酸カリウムおよびグラフト化 SAP も含まれます。

    SAPの改善

    SAP の改善 – 以下のような側面が改善されました。

    • デンプンベースのグラフト SAP – 生分解性タイプの SAP。
    • ミネラルベースのグラフト 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)。
    • カチオン型SAP – コンクリート添加剤。

    共通 SAP

    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。

    高吸水性ポリマーの用途

    水を素早く大量に吸収し、ハイドロゲルに変化する素材です。

    この章では高吸水性ポリマーの用途について紹介します。

    この記事の冒頭で述べたように、高吸水性ポリマーは水を素早く大量に吸収し、その後ハイドロゲルに変化する素材です。その特性を活かして、以下のように用途を分類してみます。

    • 無機液体に対する超強力吸収材。 実は、これまでに存在した無機液体の吸収率が最も高い吸水材です。純水の吸収効率は、自重の数千倍に達することがあります。
    • 無毒で環境に優しいゲル素材。 新しいアイスパックに広く使用されています。さらに、 変性ポリアクリル酸ナトリウムは水を吸収して球状のヒドロゲルを形成し、 屋内景観の鉢植えやおもちゃの銃の弾丸などに広く使用されています。
    • 特殊用途向けの防水素材。 ポリアクリル酸ナトリウムが水を吸収した後のヒドロゲルは水に不溶であり、水を効果的に隔離できます。ケーブル外装の防水材や軽量防水土のうの止水材として広く使用されています。
    • 酸素バリア消火材。 ポリアクリル酸ナトリウムは水を素早く吸収し、水と接触すると体積が膨張します。この原理によれば、 消火器の効率的な冷却および酸素バリア材料として使用できます。

    高吸水性ポリマーの用途は非常に多く、この記事ですべてを紹介することはできないため、この記事では一般的に使用される用途の一部のみを列挙し、詳しくは紹介しません。

    植物向けSAP

    通常、高吸水性ポリマーが水を吸収した後に形成されるハイドロゲルは水をしっかりと保持し、ハイドロゲルから水を逃がすことができなくなります。しかし、高吸水性高分子ハイドロゲルの浸透圧は、加工により植物の根の吸水浸透圧よりも低く設定することができます。

    このようにして、非常に魔法のような「土壌の小さな貯水池」が得られ、次のことが可能になります。

    • 灌漑後 灌漑または降雨後、水を強く吸収し、ヒドロゲルを形成して余分な水を土壌に蓄えます。
    • 土壌が比較的乾燥すると、ヒドロゲル内の水分が植物の根に放出されます。

    植物用の高吸水性ポリマーの一種として、植物に水分の利用可能性を高める働きをするユニークな高吸水性顆粒です。

    高吸水性ポリマーは植物に対して具体的に何をできるのでしょうか?

    農業グレードの SAP (ポリアクリル酸カリウム) は、土壌保水剤、種子など、農業、林業、園芸に広く使用できます。コーティング、無土栽培、人工芝など

    • 種子の発芽と出芽を改善し、植物が早期に健康にスタートできるようにします。
    • 灌漑を節約し、作物や果物の収量を増やし、
    • カリ、リン、窒素を含み、ゆっくりと肥料効果を発揮します。

    重要な指標は次のとおりです。

    • 土壌の吸収能力。土壌中の吸水能力は比較的高く、高圧および高イオン濃度下での吸水が伴います。同時に、 土壌の温度も吸水能力に影響します。
    • 粒度。粒子サイズは、土壌中のポリアクリル酸カリウムの保水能力も決定します。たとえば、粒子が大きいほど粘度は強くなり、土壌の圧力に耐えることができますが、 最大吸水量は減少します。
    • 光分解耐性。アクリル酸カリウムは通常、土壌中で長期間にわたって光分解を受けます。光分解耐性は、土壌中でのポリアクリル酸カリウムの寿命を決定します。
    • 有効期間。ポリアクリル酸カリウムは通常、使用前の有効期間が非常に長いです。そのため、 本商品を大量にご購入の場合は、 船便での輸送をお勧めいたします。

    農業での利用

    申請方法

    • 乾式塗布
      • 肥料と土を均一に混ぜ合わせ、施肥機を使って地面に散布します。
      • 狭いエリア(20平方メートル未満)の場合は、手動で適用することをお勧めします。
      • 耕耘機を使用して地面を完全にひっくり返します(深さ20cmが必要です)。
      • 地面を踏みにじる。
      • 地面に水をまく。
    • ウェットアプリケーション
      • SAPに200倍の水を吸収させてゲル状にします。
      • 播種溝に投入します。
      • 狭いエリア(20平方メートル未満)の場合は、手動で適用することをお勧めします。
      • 植え付ける前に表土を整えておきましょう。

    たとえば、天水サトウキビの栽培では、収量が約 500 億ドルの大幅に増加しました。 25%が観察されています。

    • 畑に植え替えるときは、サトウキビの芽を植える溝にSAPを入れます。
    • SAP は肥料と同時に施用することもできます。
    • 苗条を土寄せして土で覆います。

    樹木栽培に使用

    • 根系の体積の約3倍の穴を掘ります。
    • 1 m3 あたり 1 ~ 2 kg の SAP を土の中に混ぜます。
    • 植物の根鉢を穴の底に置き、処理した土で穴を埋めます。製品が根の周りに均等に分配されていることを確認してください。次に、紫外線によるポリマーの劣化と表面への水の滞留を防ぐために、表面を未処理の土で 5 cm 覆います。
    • 特に混合していない乾燥した製品を穴の底に置かないように注意してください。水和後、生成物は植物を不安定にします。

    裸根浸漬の用途

    • 1kgのSAPを150〜200リットルの水に混ぜます。 (水の塩分濃度により量は異なります)
    • 水をかき混ぜながらゆっくりと注ぐと粒子が落ちずにドレッシングが完成します。
    • ドレッシングを 15 分間放置します。これは、SAP が最大吸収に達するのに必要な時間です。根に完全に接着するドレッシングを入手することが重要です。熟成時間が長いほど、ドレッシングの厚みが増し、根への密着性が高くなります。
    • 植物を線虫や真菌の攻撃から保護するために、水溶性の殺線虫剤および/または殺菌剤を調製物に添加することもできる。

    裸根浸漬の用途

    ヒドロゲルの形態のSAPは、密封されたプラスチックポーチに入れられてもよい。冷凍したパウチは、切り花などの熱に弱い植物製品の輸送によく使用されます。ハイドロゲルはヒートショック耐性に優れ、解凍後も漏れません。


    ハイドロシーディングへの使用

    SAP のもう 1 つの利点は、乾燥期間中にセルロース マルチが硬くなるのを防ぐことです。マルチは通気された状態を保ち、種子がすぐに発芽するのを可能にします。 SAP を使用すると、マルチの量を減らすこともできます。

    • SAP は、種子、肥料、マルチなどの他のコンポーネントの後に、最後にハイドロシーダータンクに追加する必要があります。
    • 広げる前に少なくとも15分間かき混ぜてください。

    本番用のSAP

    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。

    いくつかのアプリケーションは次のとおりです。

    衛生用品用

    実際、高吸水性ポリマーの植物への応用は、その用途のほんの一部に過ぎません。高吸水性ポリマーの90%以上は吸収体として、おむつや生理用ナプキンなどの生理用品に使用されています。

    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。

    衛生用品の使用において、SAP の製品パラメーターは工場で使用されるものとは異なります。

    重要な指標は次のとおりです。

    • 吸収率;
    • 加圧下での吸収と遠心分離後の保持能力。
    • 液体透過性。
    • 残留モノマー。

    防水ケーブル用

    SAP は水を素早く吸収するだけでなく、水を吸収した後に形成されるゲルが効果的に水をブロックします。そのため、多くの水を遮断する材料の中でも重要な位置を占めています。

    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。

    ケーブルで使用される

    • 微粉、
    • 吸収が早く、
    • ウェルの膨張には圧力がかかっています ≥15mm/1 分 ≥18mm/3 分
    • 光、熱、酸、アルカリに対する安定性が良好です。

    止水テープに使用されています

    • 均一なサイズの微粉末、
    • 寒さにも高温にも強く、
    • 光、熱、酸、アルカリに対する安定性が良好です。

    アイスバッグ用

    一般的な保冷剤と比較して、SAPが製造する保冷剤は、柔らかい質感、迅速な氷の結晶形成、水のオーバーフローの防止など、多くの利点があります。

    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。

    膨張式洪水防止土嚢用

    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。

    コンクリート保護用

    コンクリートは、硬化プロセス中に継続的に水を吸収する必要があります。そうでないと、コンクリートが乾燥し、外観と硬度が損なわれてしまいます。コンクリートを混合するときに特別に配合された SAP を適切に添加すると、SAP ハイドロゲルがコンクリート固化プロセス中の膨張差を緩衝し、コンクリートのひび割れを効果的に防ぎます。

    • 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。

    下水処理用

    SAP は、ポルトランド セメント、キルンダスト、トウモロコシの穂軸、おがくず、その他の日用品吸収剤などの他のバルク固化剤に代わるコスト削減の代替品です。

    SAP のユニークな特性は、圧力下で液体を保持しながら、水または有機流体を吸収し、油を除去し、生分解に抵抗する能力です。このため、埋め立て地での廃棄物処理に理想的な安定化媒体となります。

    産業廃棄物の流れは塩分、温度、化学組成によって異なるため、各産業固化プロジェクトの経済的および性能要件に適合する複数のグレードのポリマーを提供する必要があります。

    利点

    • 水と化学的に結合し、液体を放出しません。
    • 一般的な膨張率は 1% 未満であるため、廃棄物量が最小限に抑えられます。
    • 素早く混合して生産効率を向上させ、
    • 他の増量剤と比較して、廃棄物の輸送および廃棄コストを削減します。

    穴あけ用

    油井またはガス井の掘削では、一般に「泥」として知られる掘削流体が環状部を戻らずに 1 つまたは複数の地層に流入すると、循環損失が発生します。循環の喪失は、油井やガス井の掘削中に深刻な問題となる可能性があります。

    SAP 掘削泥水添加剤は、優れた吸水性と膨潤性を備えた新しい環境保護製品で、循環損失を効果的に防ぎます。

    循環喪失とは何ですか?

    油井またはガス井の掘削では、一般に「泥」として知られる掘削流体が環状部を戻らずに 1 つまたは複数の地層に流入すると、循環損失が発生します。循環の喪失は、油井やガス井の掘削中に深刻な問題となる可能性があります。

    結果

    1. 吹き消す

    循環の喪失(またはその他の理由)により坑井内の流体の量が減少すると、静水圧が低下し、低下した静水圧よりも高圧のガスまたは流体が坑井内に流入する可能性があります。 「キック」として知られる坑井内へのガスまたは流体の流入は、噴出を引き起こす可能性があります。

    1. 乾式穴あけ

    乾式掘削は、実際の掘削が停止することなく、坑井から流体が完全に失われるときに発生します。乾式掘削の影響は、多少の破壊から、新しい坑井の掘削が必要となる坑井への重大な損傷まで、多岐にわたります。乾式掘削では、パイプが折れるなど、ドリルストリングや掘削装置自体に重大な損傷を与える可能性があります。

    循環不全の解決策

    循環不全に対する従来の解決策

    循環喪失が発生した場合は、重症度に応じていくつかのオプションが利用できます。 ベントナイトや他の添加剤(通常は有機植物粒子など)を添加して液体の粘度を高める。

    SAP 掘削泥水添加剤 – 循環損失に対する優れたソリューション

    優れた吸水性、増粘性、膨潤性を備え、血行不良を効果的に防止する新しい環境保護素材です。


    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。


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