這種材料,竟能吸收比自身重百倍甚至上千倍的水!土豆淀粉就可以做!

                          2021年07月27日
                          你看過這樣的魔術嗎?魔術師在杯子中倒入水,然后將杯底朝上,杯子里的水竟然不會流下來。這個小魔術叫作“消失的水” ,那么這個讓水消失的魔術原理究竟是什么?
                          驚奇!能吸比自身重千倍的水
                          魔術中杯子里的水到底去哪了呢?原來杯子里隱藏著一種粉末,叫作高吸水性樹脂(SAPs),這是一種新型功能高分子材料,能吸收比自身重百倍甚至上千倍的水,當它吸水膨脹后與水發生凝固,成為一種水凝膠,鎖水能力超強,因此水無法流出,即使是用力擠壓也不會漏水。
                          高吸水性樹脂
                          紙巾、毛巾和海綿等都是日常生活中用來吸水的材料,它們最多能吸自身重量20倍左右的水,而且保水性不強,用力擠壓就可把水擠出。在高吸水性樹脂面前,它們可都是小巫見大巫。與紙張、棉花和海綿等材料類似,高吸水性樹脂的吸水能力也主要通過羧基、羥基等親水性基因與水分子間強烈的氫鍵作用來實現,不同的是后者可利用的親水性基因含量大大高于前者,且分子鏈網格結構可高度溶脹,進一步將水分子束縛于其中,從而獲得了超強的吸水性能。
                          高吸水性樹脂從何而來?
                          高吸水性樹脂和一顆土豆有什么關系?其實,土豆中富含的淀粉就可以是高吸水性樹脂的來源。淀粉一般不溶于水,但在水中經加熱后,破壞了結晶區弱的氫鍵,結晶區消失,開始水合膨脹,黏度增加,這種現象稱為糊化。
                          土豆淀粉可以用來制備高吸水性樹脂
                          制備高吸水性樹脂的淀粉主要采用玉米淀粉和小麥淀粉,也可采用土豆、紅薯和大米的淀粉為原料。科技總是在根據人類生活需要不斷發展,從淀粉制備高吸水樹脂的方法不斷得到改進,現在已經成為一種比較成熟便捷的技術。不單是淀粉,纖維素、殼聚糖等天然高分子都是良好的SAPs來源。
                          聚丙烯酸的分子結構示意圖
                          高吸水性樹脂還有一個重要的來源是合成聚合物,如聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酰胺(PAM)和聚乙烯醇(PVA)等。聚丙烯酸和聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂是最廣泛使用的保水劑,它們具有優異的吸水性和保水能力。聚乙烯醇(PVA)具有與聚丙烯酸相似的吸水性,還可以在細菌酶的幫助下降解,大大提高了它的應用價值。
                              總體來說,纖維素、淀粉、殼聚糖等天然高吸水性樹脂在降解性和生物相容性方面具有優勢,可避免造成環境污染。但它們的提取和改性過程比較復雜,生產成本比一些合成聚合物高。合成高吸水性樹脂通常比天然聚合物具有成本低、使用壽命長和吸水率高等優點,但降解難度大,容易造成環境污染。因此,科學家不斷探索,試圖將天然聚合物與合成聚合物的優點相結合,以獲得更好的應用前景。
                          隨著物流業的興起,越來越多的生鮮產品在包裝上應用了高吸水性樹脂
                          高吸水性樹脂的其他妙用?
                          基于獨特的強吸水高保水的特性,高吸水性樹脂在很多領域都找到了用武之地。在日常生活和衛生用品中,如嬰兒一次性尿布、婦女衛生用品最為常見,還可以作為增稠劑添加到化妝品中。在食品工業中,尤其是食品保鮮上,高吸水性樹脂可是大大優于聚烯烴薄膜的。在生鮮運輸過程中,保鮮冰袋包裝里面實際上也使用了高吸水性樹脂。目前冰袋的內容物雖然無毒,對環境影響相對較小,但它們大量進入環境后,會破壞土壤和水體的微生態,從而影響其中的生物和生態系統。現階段,該材料目前與生活垃圾一起處置,但焚燒處理時需要考慮很多問題。
                          用高吸水性樹脂作為鮮花店插花的基材,可讓鮮花保鮮長達5天
                          此外,高吸水性樹脂在農業上大有可為。水資源短缺和干旱導致土壤荒漠化和鹽漬化對農業可持續發展和糧食安全構成挑戰。因此,提高水的利用效率在農業中具有重要意義。由于具有超高的吸水和保水能力,高吸水性樹脂可用于有效改善農業用水的利用率,保持土壤水分和減少灌溉用水量。
                             
                          令人稱奇的魔術背后是科學原理的運用,我們被那些奇妙變幻迷住雙眼、驚呼雀躍的快樂時刻背后是科學家們的探索與鉆研。魔術告訴我們,生命可以充滿驚奇和夢想,而科學告訴我們,夢想終會變成現實。
                          來源:知識就是力量公眾號
                          六月婷婷七月丁香