اندازه‌گيري ظرفيت جذب سوپر جاذب

اندازه‌گيري ظرفيت جذب سوپر جاذب

ظرفيت جذب يك سوپرجاذب، به عنوان نخستين ويژگي تورمي آن هميشه در صدر فهرست خواص آن جاي دارد.

از آنجا كه اين كميت در حالتي اندازه‌گيري مي‌شود كه نمونه، آزادانه متورم مي‌شود و تحت فشار نيست (موسوم به جذب آزاد يا تورم آزاد) ، فقط كميتي تقريبي از كيفيت واقعي نمونه است؛ به ويژه اگر جذب آب مقطر اندازه‌گيري شود.

با اين حال در مراجع، جذب آزاد آب مقطر و همچنين جذب آزاد سالين يا سرم فيزيولوژيك (محلول 9/0 درصد سديم كلرايد) را همواره به عنوان اولين ويژگي مواد سوپرجاذب گزارش مي‌كنند.

• روش كيسه‌چاي

روش كيسه‌چاي (Tea-bag method) ساده‌ترين و متداول‌ترين روش اندازه‌گيري جذب يا تورم سوپر جاذب می باشد.

از این روش  براي وقتي استفاده می شود كه با مقدار اندکی نمونه سوپر جاذب مواجه‌ايم.

در اين روش، مقدار معيني نمونه سوپرجاذب (W₁) در يك كيسه چاي (يا توري با بافت بسيار ريز) قرار مي‌دهند و آن را در مقدار اضافي آب يا محلول مورد نظر مي‌گذارند.

معمولا زمان نيم ساعت براي رسيدن به بيشينة تورم سوپرجاذب (تورم تعادلي) كافي است.

سپس كيسه را از مايع بيرون آورده و مايع اضافي را با آويختن كيسه تا زمان ثابت و معيني كه ديگر مايعي از آن فرو نچكد، يا با چند لايه دستمال كاغذي، خارج و كيسه را وزن مي‌كنند (W₂).

همين مراحل را براي كيسة فاقد نمونه سوپرجاذب انجام مي‌دهند و آن را وزن مي‌كنند (W₀). ظرفيت جذب سوپرجاذب يا تورم تعادلي سوپرجاذب (برحسب g/g) از اين رابطه به دست مي‌آيد:

ظرفيت جذب = (W₂-W₀)/W₁₎

• روش سانتريفوژ

داده‌هاي روش سانتريفوژ (Centrifuge method) بيشتر در گزارش‌هاي فني و پتنت‌ها ديده مي‌شود.

بر اساس دستور كار آزمايشگاه‌هاي پژوهشي شركت ژاپني نيپون، 2/0 گرم (W₁) نمونه سوپرجاذب را به طور يكنواخت در كيسه‌اي از الياف نبافته به ابعاد 60×60 ميلي‌متر قرار داده و آن را در 100 ميلي‌ليتر محلول سديم كلريد 9/0% به مدت نيم ساعت در دماي اتاق مي‌گذارند.

سپس كيسه سوپرجاذب را بيرون آورده و محلول اضافي را با سانتريفوژي كه ته لولة آن صفحة مشبكي قرار دارد، خارج مي‌كنند (سه دقيقه، نيروي G 250، حدود rpm 1200).

آنگاه كيسه سوپرجاذب را وزن مي‌كنند (W₂). همين مراحل را براي كيسة فاقد نمونه انجام مي‌دهند و آن را وزن مي‌كنند (W₀).

ظرفيت جذب سوپرجاذب (برحسب g/g) از رابطة زیر به دست مي‌آيد:

ظرفيت جذب = (W₂-W₀-W₁)/W₁

مقادير حاصل از اين روش، نسبت به روش كيسه چاي، واقعي‌ترند و از مقادير به دست آمده از روش كيسه چاي حدود 15-10 واحد كمترند. زيرا در اين روش، تمامي آب ميان ذرات خارج مي‌شود.

 

• روش اَلَك

استفاده از روش الك براي وقتي كه مقدار نمونه سوپرجاذب محدود نيست، بسيار مناسب است.

در اين روش، مقدار مشخصي نمونة خشك سوپرجاذب(مثلاً يك گرم) را توزين و در مقدار اضافي آب مقطر يا محلول مورد نظر مي‌ريزند تا در زمان كافي (مثلاً يك شب) به بيشينة تورم خود برسد.

آنگاه يك الك آزمايشگاهي ريز (مش 100) و خالي را با آب يا همان محلول، با روشي كه ذيلاً گفته مي‌شود، خيس و وزن مي‌كنند.

نمونة متورم سوپرجاذب را روي الك مي‌ريزند تا از مايع جذب نشده جدا شود.

يك تكه ابر يا اسفنج نرم پلي‌اورتان را از زير به الك مي‌مالند تا آب اضافي را خارج كنند.

آب جذب شده به اسفنج را با فشردن بيرون مي‌ريزند و اين كار را آنقدر تكرار مي‌كنند تا وقتي الك، به صورت ‌عمودي قرار مي‌گيرد، ذرات ژل متورم سوپرجاذب ، تقريباً روي همديگر ليز نخورند و شُره نكنند كه نشانة آن است كه تقريباً تمام آب جذب نشدة واقع در بين ذرات ژل، خارج شده است.

سپس الك حاوي ژل سوپرجاذب را دوباره وزن مي‌كنند و با داشتن وزن الك خالي خيس، ظرفيت جذب سوپرجاذب را بر حسب g/g محاسبه مي‌كنند.

خطاي اين روش 4-3%± است

 

• اندازه‌گيري ظرفیت جذب تحت بار

واقعي‌ترين معيار اندازه‌گيري يك سوپرجاذب، ميزان تورم آن در آب نمك است، در حالتي كه تحت فشار قرار گرفته باشد.

اين معيار را معمولاً با كميتي موسوم به جذب تحت بار(AUL)  در محلول 9/0% سديم‌كلريد اندازه‌گيري مي‌كنند.

فشارهاي اعمال شده معمولاً psi 3/0، 6/0 و 9/0 (به ترتيب معادل 07/2، 13/4 و 2/6 كيلو پاسكال) است.

AUL معياري از استحكام يا مدول ژل متورم نيز هست و با آن نسبت مستقيم دارد.

سامانه‌هاي مختلفي براي سنجش  AUL گزارش شده است كه متداول‌ترين آن‌ها در شكل زير نشان داده شده است.

شکل ‏2‑2: ابزار متداول براي اندازه‌گیری جذب تحت بار (AUL) در سوپرجاذب‌ها

صافي شیشه‌اي (با تخلخل درشت، قطر 80 و ارتفاع mm 7) را درون ظرف پتري قرار داده و يك صافی یا توری پارچه‌ای را توسط بست فلزی به انتهای استوانه شیشه‌ای (به قطر داخلی 63، قطر خارجی 67 و ارتفاع 50 ميلي‌متر) بسته و آن را روی صافي شیشه‌ای قرار مي‌دهند.

سپس 9/0 گرم نمونه با اندازة ذرات مشخص را به طور یکنواخت درون سیلندر، روي توری پارچه‌ای (واقع بر روی صافي شيشه‌اي) توزيع کرده و پیستون تفلونی، به قطر  mm63 را روی ذرات سوپرجاذب  قرار می‌دهند تا فشار psi 3/0 را اعمال کند (براي تامین بار اضافی و اعمال فشارهای psi 6/0 و 9/0، وزنه‌های سربي با وزن مناسب را بر روي پيستون تفلوني قرار مي‌دهند).

در انتها، محلول 9/0%  NaClرا داخل ظرف پتري ریخته به طوری که صافي شيشه‌اي، فقط تا سطح تماس با صافی پارچه‌ای در محلول غوطه‌ور شود.

برای جلوگیری از تبخير سطحي محلول نمکی و تغییر غلظت آن، کل دستگاه را در محفظه دربسته‌اي قرار مي‌دهند.

پس از رسيدن به تورم تعادلي (كه بسته به اندازة ذرات، متفاوت است، مثلاً براي ذرات با مش 60، يك ساعت كافي است)، نمونه متورم شدۀ تحت فشار را وزن کرده و مقدار عددی AUL را از معادله زیر به دست می‌آورند:

در سامانة ديگر، از يك بورت به طور درجا براي سنجش جذب آزاد استفاده مي‌شود.

مؤسسة استاندارد ايران نيز همين روش را در حالتي كه وزنه‌اي بر روي نمونه قرار داده مي‌شود، براي سنجش  AULپيشنهاد كرده است.

مقادير  AULبراي هر نمونه، همواره از مقادير جذب آن در هنگامي كه تحت بار نباشد (جذب آزاد)،‌ كمتر است.