Model absorption polymères super-absorbants (SAP)
SCIENCES ET TECHNIQUES
+ DE 2 ANS
Le 01/05/2013 à 09h53
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Question d'origine :
Bonjour,
je suis récemment tombé sur une expérience assez intéressent. Par contre, je ne suis pas parvenus a trouver d'explications quantifiées ou de models pour l'absorption.
Je voudrais donc savoir s'il existe des models sur la quantité d'eau absorbable en fonction des concentrations en ions (et si possible et si influant lesquels) ainsi que le volume absorbé en fonction du temps.
Merci d’avance
Sandro
Réponse du Guichet
bml_sci
- Département : Sciences et Techniques
Le 04/05/2013 à 07h52
Bonjour,
Ce sont des polymères qui peuvent absorber et conserver de très grandes quantités d'un liquide en comparaison avec leur propre masse (jusqu’à cent fois leur masse en liquide). Quand les superabsorbants sont déshydratés, ils se présentent généralement sous forme de poudre blanche.
Le liquide absorbé peut être de l’eau ou un liquide organique (dans le cas de l’eau, les polymères superabsorbants sont surtout des polyélectrolytes comme les polyacrylates de sodium).
Les polymères superabsorbants sont utilisés dans différents domaines comme :
- l’hygiène : ils sont employés comme absorbant de liquides dans des garnitures de couches pour bébés, les produits d’hygiène féminine et les produits absorbants pour l’incontinence.
– l’horticulture : comme dessiccateur et humidificateur.
Ils peuvent être utilisés comme agent de contrôle de l’humidité dans l’emballage alimentaire, ou comme agent d’étanchéité pour l’enrobage des câbles.
Et inversement, une fois chargés d’eau, ils peuvent être utilisés comme humidificateurs de tabac.
– la décoration, l’art floral : les polymères peuvent être chargés de colorants, ce qui permet des effets décoratifs très variés. Ils peuvent servir de réserve d’eau pour des plantes permanentes (bonsaï, orchidée) ...
L’élasticité du polymère tend à s’opposer au gonflement, et conduit finalement à un équilibre. Par ailleurs, l’effet peut être contrebalancé par la pression osmotique : si le liquide ambiant est chargé d’ions qui ne peuvent migrer dans le réseau de polymères, la pression osmotique créée par la différence de concentration empêche l’eau de pénétrer dans le réseau : le polymère absorbe moins l’eau chargée de sels qu’il n’absorbe l’eau pure.
L’absorption est donc maximale pour de l’eau distillée. Elle est bien moindre pour de l’eau du robinet ou du liquide physiologique (absorption des couches).
Lorsqu’on peut obtenir du polyacrylate de sodium superabsorbant pur, l’expérience est vraiment impressionnante ! (le polymère utilisé ici est en fait un copolymère spécialement réticulé d’acide acrylique et d’acrylate de sodium). Avec une seule spatule de poudre, on peut verser un verre entier d’eau et l’ensemble se fige en quelques secondes.
Il est possible de faire la même expérience avec de l’eau contenant du sel en même proportion que dans l’urine (quelques g/L) : la vitesse d’absorption sera beaucoup plus lente car les ions contenus dans l’eau vont gêner les fonctions carboxylate R−COO– du polymère de capter l’eau. Il faut donc utiliser plus de poudre que prévu dans une couche-culotte afin d’absorber l’urine rapidement.
On peut noter que la réaction est réversible (avec de l’eau distillée) : si on laisse sécher lentement le gel dans un four à basse température (50°C), pendant quelques heures, on peut réutiliser la poudre pour une nouvelle expérience.
Cela vient du fait que l’eau est simplement emprisonnée, mais ne réagit pas chimiquement avec le polymère : c’est une absorption réversible.
(Extrait de Superabsorbants)
Et encore d'autres récits d'expériences :
- Un film associé à un texte explicatif vous présente des expériences sur les polymères superabsorbants et leur intérêt, pour les couches pour bébé ou l'isolation des câbles électriques, par exemple... : les polymères superabsorbants, par Romain Barber et Yvon Stortz (ENS Lyon).
- Effet des paramètres physico-chimiques sur le gonflement du polyacrylate de sodium en milieux aqeux, publié sur ScienceLib.
Cette grande aptitude à se gonfler a été évaluée en fonction de diffèrents paramètres physico-chimiques tels que la température, le pH du milieu, la composition et la concentration en éléments chimiques de la solution absorbée. Les résultats expérimentaux ont montré que PA-Na est capable de retenir entre ses chaînes macromoléculaires 300 fois sa masse en eau. La quantité d’eau retenue diminue avec l’accroissement de la concentration du sel. La présence des cations métalliques cause une chute importante du taux de gonflement du gel. Cet effet est plus accentué en présence des cations divalents et trivalents. En milieu acide, l’augmentation de la valeur du pH favorise la pénétration de l’eau dans le gel et augmente son taux de gonflement. L’accroissement de la température augmente la capacité de gonflement du gel qui passe de 105 à 203, respectivement, à 25°C et 70°C.
- Les superabsorbants ou comment les couches pour bébé retiennent les liquides, par le Lycée Champollion (Grenoble).
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