Permettez-moi de vous présenter le polymère superabsorbant (SAP), qui suscite un intérêt croissant ces derniers temps ! Le SAP est un nouveau type de polymère fonctionnel. Doté d'une capacité d'absorption d'eau exceptionnelle, il peut absorber une quantité d'eau plusieurs centaines, voire plusieurs milliers de fois supérieure à sa propre masse, et présente d'excellentes propriétés de rétention d'eau. Une fois saturé d'eau et transformé en hydrogel, il est difficile d'en extraire l'eau, même sous pression. De ce fait, il trouve de nombreuses applications dans divers domaines tels que les produits d'hygiène personnelle, la production industrielle et agricole, et le génie civil.
La résine superabsorbante est une macromolécule contenant des groupes hydrophiles et une structure réticulée. Elle a été initialement produite par Fanta et d'autres entreprises, par greffage d'amidon avec du polyacrylonitrile suivi d'une saponification. Selon les matières premières utilisées, on distingue plusieurs catégories de résines superabsorbantes : amidon (greffé, carboxyméthylé, etc.), cellulose (carboxyméthylée, greffée, etc.) et polymères synthétiques (acide polyacrylique, alcool polyvinylique, polyoxyéthylène, etc.). Comparée à l'amidon et à la cellulose, la résine superabsorbante à base d'acide polyacrylique présente de nombreux avantages : faible coût de production, procédé simple, rendement élevé, forte capacité d'absorption d'eau et longue durée de conservation. Elle constitue aujourd'hui un axe de recherche majeur dans ce domaine.
Quel est le principe de ce produit ? Actuellement, l’acide polyacrylique représente 80 % de la production mondiale de résines superabsorbantes. Ces résines sont généralement des polymères électrolytiques contenant un groupe hydrophile et une structure réticulée. Avant l’absorption d’eau, les chaînes polymères sont proches et enchevêtrées, réticulées pour former un réseau, assurant ainsi une fixation globale. Au contact de l’eau, les molécules d’eau pénètrent dans la résine par capillarité et diffusion, et les groupes ionisés des chaînes s’ionisent. La répulsion électrostatique entre les ions identiques provoque l’étirement et le gonflement des chaînes polymères. La neutralité électrique empêchant la migration des contre-ions vers l’extérieur de la résine, la différence de concentration ionique entre la solution à l’intérieur et à l’extérieur de la résine génère une pression osmotique inverse. Sous l’effet de cette pression, l’eau pénètre davantage dans la résine pour former un hydrogel. Parallèlement, la structure réticulée et les liaisons hydrogène de la résine limitent l'expansion illimitée du gel. En présence d'une faible quantité de sel, la pression osmotique inverse diminue et, simultanément, l'effet de protection des contre-ions entraîne un rétrécissement de la chaîne polymère, réduisant considérablement la capacité d'absorption d'eau de la résine. Généralement, la capacité d'absorption d'eau d'une résine superabsorbante dans une solution de NaCl à 0,9 % est environ dix fois inférieure à celle de l'eau déminéralisée. L'absorption et la rétention d'eau sont deux aspects d'un même phénomène. Lin Runxiong et al. les ont étudiés sous l'angle de la thermodynamique. À une température et une pression données, la résine superabsorbante absorbe l'eau spontanément ; l'eau pénètre dans la résine, réduisant l'enthalpie libre du système jusqu'à l'atteinte de l'équilibre. Si l'eau s'échappe de la résine, augmentant l'enthalpie libre, le système est déstabilisé. L'analyse thermique différentielle montre que 50 % de l'eau absorbée par la résine superabsorbante reste emprisonnée dans le réseau de gel au-dessus de 150 °C. Par conséquent, même sous pression à température ambiante, l'eau ne s'échappe pas de la résine superabsorbante, ce qui est dû aux propriétés thermodynamiques de cette dernière.
La prochaine fois, précisez l'objectif de SAP.
Date de publication : 8 décembre 2021