اندازه‌گیری ظرفیت جذب سوپر جاذب

ظرفیت جذب یک سوپرجاذب، به عنوان نخستین ویژگی تورمی آن همیشه در صدر فهرست خواص آن جای دارد.

از آنجا که این کمیت در حالتی اندازه‌گیری می‌شود که نمونه، آزادانه متورم می‌شود و تحت فشار نیست (موسوم به جذب آزاد یا تورم آزاد) ، فقط کمیتی تقریبی از کیفیت واقعی نمونه است؛ به ویژه اگر جذب آب مقطر اندازه‌گیری شود.

با این حال در مراجع، جذب آزاد آب مقطر و همچنین جذب آزاد سالین یا سرم فیزیولوژیک (محلول ۹/۰ درصد سدیم کلراید) را همواره به عنوان اولین ویژگی مواد سوپرجاذب گزارش می‌کنند.

• روش کیسه‌چای

روش کیسه‌چای (Tea-bag method) ساده‌ترین و متداول‌ترین روش اندازه‌گیری جذب یا تورم سوپر جاذب می باشد.

از این روش  برای وقتی استفاده می شود که با مقدار اندکی نمونه سوپر جاذب مواجه‌ایم.

در این روش، مقدار معینی نمونه سوپرجاذب (W_۱) در یک کیسه چای (یا توری با بافت بسیار ریز) قرار می‌دهند و آن را در مقدار اضافی آب یا محلول مورد نظر می‌گذارند.

معمولا زمان نیم ساعت برای رسیدن به بیشینه تورم سوپرجاذب (تورم تعادلی) کافی است.

سپس کیسه را از مایع بیرون آورده و مایع اضافی را با آویختن کیسه تا زمان ثابت و معینی که دیگر مایعی از آن فرو نچکد، یا با چند لایه دستمال کاغذی، خارج و کیسه را وزن می‌کنند (W_۲).

همین مراحل را برای کیسه فاقد نمونه سوپرجاذب انجام می‌دهند و آن را وزن می‌کنند (W_۰). ظرفیت جذب سوپرجاذب یا تورم تعادلی سوپرجاذب (برحسب g/g) از این رابطه به دست می‌آید:

ظرفیت جذب = (W_۲-W_۰)/W_۱)

• روش سانتریفوژ

داده‌های روش سانتریفوژ (Centrifuge method) بیشتر در گزارش‌های فنی و پتنت‌ها دیده می‌شود.

بر اساس دستور کار آزمایشگاه‌های پژوهشی شرکت ژاپنی نیپون، ۲/۰ گرم (W_۱) نمونه سوپرجاذب را به طور یکنواخت در کیسه‌ای از الیاف نبافته به ابعاد ۶۰×۶۰ میلی‌متر قرار داده و آن را در ۱۰۰ میلی‌لیتر محلول سدیم کلرید ۹/۰% به مدت نیم ساعت در دمای اتاق می‌گذارند.

سپس کیسه سوپرجاذب را بیرون آورده و محلول اضافی را با سانتریفوژی که ته لوله آن صفحه مشبکی قرار دارد، خارج می‌کنند (سه دقیقه، نیروی G 250، حدود rpm 1200).

آنگاه کیسه سوپرجاذب را وزن می‌کنند (W_۲). همین مراحل را برای کیسه فاقد نمونه انجام می‌دهند و آن را وزن می‌کنند (W_۰).

ظرفیت جذب سوپرجاذب (برحسب g/g) از رابطه زیر به دست می‌آید:

ظرفیت جذب = (W_۲-W_۰-W_۱)/W_۱

مقادیر حاصل از این روش، نسبت به روش کیسه چای، واقعی‌ترند و از مقادیر به دست آمده از روش کیسه چای حدود ۱۵-۱۰ واحد کمترند. زیرا در این روش، تمامی آب میان ذرات خارج می‌شود.

• روش اَلَک

استفاده از روش الک برای وقتی که مقدار نمونه سوپرجاذب محدود نیست، بسیار مناسب است.

در این روش، مقدار مشخصی نمونه خشک سوپرجاذب(مثلاً یک گرم) را توزین و در مقدار اضافی آب مقطر یا محلول مورد نظر می‌ریزند تا در زمان کافی (مثلاً یک شب) به بیشینه تورم خود برسد.

آنگاه یک الک آزمایشگاهی ریز (مش ۱۰۰) و خالی را با آب یا همان محلول، با روشی که ذیلاً گفته می‌شود، خیس و وزن می‌کنند.

نمونه متورم سوپرجاذب را روی الک می‌ریزند تا از مایع جذب نشده جدا شود.

یک تکه ابر یا اسفنج نرم پلی‌اورتان را از زیر به الک می‌مالند تا آب اضافی را خارج کنند.

آب جذب شده به اسفنج را با فشردن بیرون می‌ریزند و این کار را آنقدر تکرار می‌کنند تا وقتی الک، به صورت ‌عمودی قرار می‌گیرد، ذرات ژل متورم سوپرجاذب ، تقریباً روی همدیگر لیز نخورند و شُره نکنند که نشانه آن است که تقریباً تمام آب جذب نشده واقع در بین ذرات ژل، خارج شده است.

سپس الک حاوی ژل سوپرجاذب را دوباره وزن می‌کنند و با داشتن وزن الک خالی خیس، ظرفیت جذب سوپرجاذب را بر حسب g/g محاسبه می‌کنند.

خطای این روش ۴-۳%± است

• اندازه‌گیری ظرفیت جذب تحت بار

واقعی‌ترین معیار اندازه‌گیری یک سوپرجاذب، میزان تورم آن در آب نمک است، در حالتی که تحت فشار قرار گرفته باشد.

این معیار را معمولاً با کمیتی موسوم به جذب تحت بار(AUL)  در محلول ۹/۰% سدیم‌کلرید اندازه‌گیری می‌کنند.

فشارهای اعمال شده معمولاً psi 3/0، ۶/۰ و ۹/۰ (به ترتیب معادل ۰۷/۲، ۱۳/۴ و ۲/۶ کیلو پاسکال) است.

AUL معیاری از استحکام یا مدول ژل متورم نیز هست و با آن نسبت مستقیم دارد.

سامانه‌های مختلفی برای سنجش  AUL گزارش شده است که متداول‌ترین آن‌ها در شکل زیر نشان داده شده است.

شکل ‏۲‑۲: ابزار متداول برای اندازه‌گیری جذب تحت بار (AUL) در سوپرجاذب‌ها

صافی شیشه‌ای (با تخلخل درشت، قطر ۸۰ و ارتفاع mm 7) را درون ظرف پتری قرار داده و یک صافی یا توری پارچه‌ای را توسط بست فلزی به انتهای استوانه شیشه‌ای (به قطر داخلی ۶۳، قطر خارجی ۶۷ و ارتفاع ۵۰ میلی‌متر) بسته و آن را روی صافی شیشه‌ای قرار می‌دهند.

سپس ۹/۰ گرم نمونه با اندازه ذرات مشخص را به طور یکنواخت درون سیلندر، روی توری پارچه‌ای (واقع بر روی صافی شیشه‌ای) توزیع کرده و پیستون تفلونی، به قطر  mm63 را روی ذرات سوپرجاذب  قرار می‌دهند تا فشار psi 3/0 را اعمال کند (برای تامین بار اضافی و اعمال فشارهای psi 6/0 و ۹/۰، وزنه‌های سربی با وزن مناسب را بر روی پیستون تفلونی قرار می‌دهند).

در انتها، محلول ۹/۰%  NaClرا داخل ظرف پتری ریخته به طوری که صافی شیشه‌ای، فقط تا سطح تماس با صافی پارچه‌ای در محلول غوطه‌ور شود.

برای جلوگیری از تبخیر سطحی محلول نمکی و تغییر غلظت آن، کل دستگاه را در محفظه دربسته‌ای قرار می‌دهند.

پس از رسیدن به تورم تعادلی (که بسته به اندازه ذرات، متفاوت است، مثلاً برای ذرات با مش ۶۰، یک ساعت کافی است)، نمونه متورم شدۀ تحت فشار را وزن کرده و مقدار عددی AUL را از معادله زیر به دست می‌آورند:

در سامانه دیگر، از یک بورت به طور درجا برای سنجش جذب آزاد استفاده می‌شود.

مؤسسه استاندارد ایران نیز همین روش را در حالتی که وزنه‌ای بر روی نمونه قرار داده می‌شود، برای سنجش  AULپیشنهاد کرده است.

مقادیر  AULبرای هر نمونه، همواره از مقادیر جذب آن در هنگامی که تحت بار نباشد (جذب آزاد)،‌ کمتر است.