超吸水布的秘密武器 :分子水牢! Sodium Polyacrylate 聚丙烯酸鈉

對水或液的體處理跟生活一點都分不開,市面上有賣一種超級吸水布, 不管什麼液體只要一碰就會被吸到布裡面去, 同樣的原理也用在尿片跟衛生棉上. 其實主宰這種性能的是一種分子層次的水分子牢籠設計, 同時運用了物理跟化學作用來達成的. 一般對水的吸收有兩種機制, 一種是利用對水親合的化學分子基團, 另一種是利用物理的滲透壓讓水自己跑到高濃度的地方(利用"亂度"(熵)增加). 這影片展示的就是把水加入聚丙烯酸鈉Sodium Polyacrylate 後, 這種高分子把水抓入自己內部的網狀構造後自己膨脹起來的樣子.

上圖聚丙烯酸鈉Sodium Polyacrylate, 可以看到這種高子聚合物加水之後一方面把金屬鹽離子放出, 內部的滲透壓上升,因為高分子鏈上帶有相反電荷, 所以這些金屬離子只能在高分子聚合物內部, 一方面鏈上也有親水的基團. 這樣一來保證水接觸以後, 水就會因為為了增加亂度跟降低化學能, 進入這種網狀高分子的內部. 影片中可以看出吸水後膨脹的體積遠大於水加高分子聚合物的體積, 這說明了本來攤陷的高分子聚合物在加水之後,因為分子鏈有交聯, 內部會自己產生很多立體的結構作為水牢, 所以這種高分子可以吸收數百倍自己體積的水, 也因為這種精巧的設計, 才讓超級吸水材料能被實現.