ポリアクリル酸ナトリウムはなぜ高吸水性ポリマーなのか?

ポリアクリル酸ナトリウム

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高吸水性ポリマーは、おむつや生理用品、更にはローションなんかに使われている高分子です。

 

名前の通り、圧倒的に水を吸収するんです。

こちらははじめしゃちょーが高吸水性ポリマーに水を吸収させて、ふくらませるという実験をしています。

この実験がどのようにして起きているのかを化学的に説明していこうと思います!

高吸水性ポリマーのモノマーはなんだ?

C=Cに対してカルボキシ基がついた物をアクリル酸といいます。

アクリル酸

こいつのカルボキシ基がナトリウム塩になったものをアクリル酸ナトリウムといいます

アクリル酸ナトリウム

これがモノマーとして働きます。

高吸水性ポリマーの構造とは?

アクリル酸ナトリウムが付加重合することで、ポリアクリル酸ナトリウムになります。

ポリアクリル酸ナトリウム

出典:wikipedia

ただ、これだったら、鎖状のポリマーですので、————————-こういう状態です。

ただの鎖状のポリマーに水を掛けまくっても全く意味が無いと思います。そこで、こういう立体網目状を目指していきます。

立体網目状のポリマー

このように立体網目状のポリマーにしていきます。

 

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幾つかつなぎ合わせればいいのです。

 

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このようにポリマー同士に橋を繋いで

架橋していきます。すると、

だんだん網目状になってきます

 

このポリマーが乾燥しているときは

-COONaという形で電荷が±0の状態です。

しかし、これに水をぶっかけると、、、、、

まず-COOとNa+に電離します

 

するとポリアクリル酸の-COO-同士が反発し合います。

反発します

反発すると、分子が大きくなるので網目状がどんどん大きくなりますよね。この広がったスキマが大きくなることで更に水が中に入り込みやすくなるんです。

ポリアクリル酸ナトリウム

出典:http://donou.jp/question/question.html

このように架橋されたポリアクリル酸ナトリウムに水が入り込むことで膨らみます。

水に接するとカルボン酸ナトリウムがナトリウムと電離してい-COOになり、分子内で反発する。

 

反発し合うと、分子の構造が大きくなるので更に水を分子内に溜め込むことが出来るようになる。

 

という流れです。

高吸水性ポリマーの用途とは?

高吸水性ポリマー

このようにおむつとか生理用ナプキンに使われています。



このように、高吸水性ポリマーがいかに水を吸収するかということがわかりますよね。

なんと1gの粉末から約1Lの水を吸収する能力を持ちます

 

水を留めておく効果がありますので、砂漠緑化のための保水剤や人工雪などの利用法もあります。

砂漠の木の根本にこの高吸水性ポリマーを置いておくと、少々雨がふらなくてもずっと水を止めておける高吸水性ポリマーのお陰で、水を確保し続けることが出来ます。

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2 件のコメント

  • 梶取峰晃 より:

    わたなべ先生、流石です。大変わかりやすい説明、ありがとうございますm(_ _)m

    • 受験化学コーチわたなべ より:

      ありがとうございます!

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