superabsorbent polymer lesson plan

Super Absorbent Polymers Polymer is a Greek word that means “many parts” (poly = many, meros = parts) The simplest definition of a polymer is something made of many units Think of a polymer as a chain This can be demonstrated using a long chain of paperclips Super absorbent polymers encompass a number of polymers all having the basic ability to absorb massive quantities of water They soak up water using the process of osmosis (water molecules pass through a barrier from one side to the other) When water comes in contact with the polymer, it moves from outside the polymer to the inside and causes it to swell The polymer chains have an elastic quality, but they can stretch only so far and hold just so much water Four commonly used super absorbent polymers include sodium polyacrylate, polyacrylamide crystals, polyacrylamide plant spikes, and Gro-Creatures While each polymer may have a somewhat different mechanism used to achieve the super-absorbing phenomenon and the rates of absorption can differ, they all effectively absorb water All are essentially hydrophilic (water loving) non-toxic cross-linked polymers that can absorb several hundred times their weight in water, but cannot dissolve because of their three-dimensional polymeric network structure They are fascinating materials and very versatile because of their unique solubility and transport properties The liquid-like properties result from the fact that the polymer is composed almost entirely of water However, the polymer also exhibits solid-like properties due to the network formed by the cross-linking reaction Composed of potassium, carbon, and nitrogen, these polymers are currently being used in many areas such as pharmaceuticals, food packaging, paper production, the horticultural industry, and oil drilling Everyday examples include gelatin, disposable diapers, contact lenses, and even gravy Sodium Polyacrylate The Super Slurper Sodium polyacrylate is nicknamed the "super slurper" because of its ability to absorb as much as 400-800 times its mass in water These polymers were originally developed by The Department of Agriculture from hydrolyzed starch and polyacrylonitrile, but today a much more absorbent, totally synthetic polymer has been developed The powder we find in today’s disposable diapers is made from sodium salts cross-linked with polyacrylic acid to form sodium polyacrylate Polymerization produces a linear molecule that has a very high molecular weight usually greater than one million molecular units LLeessssoonn PPllaann Insta- now Materials Insta-snow Distilled or Deionized water Graduated cylinder Teaspoon or available Insta-snow scoop Cups or bowls Insta-Snow is perfectly safe to touch and squeeze As with any chemical, not put Insta-Snow in your mouth or eyes Flush with generous amount of water if it does get into the eyes or mouth Procedure Let each student take one scoopful (3 grams) of insta-snow and place it in a clear cup or plastic bowl Another way to measure is to use balance and weigh boat Using a graduated cylinder, have them measure out 50-60 ml of distilled water and add to the Insta-snow Watch how they react to the results Explanation Insta-snow is an amazing super absorbent polymer, sodium polyacrylate, which turns ordinary water into a white fluffy substance that looks like real snow! This faux snow is so realistic that it is used on movie sets and indoor snowboarding parks Scientists accidentally created a variation of the diaper polymer that was far more fluffy when it absorbed water Insta-snow soaks up water using the process of osmosis (water passing through a barrier from one side to the other) When water comes in contact with the polymer, it moves from the outside of the polyer to the inside and causes it to swell The polymer chains have an elastic quality, but they can stretch only so far and hold just so much water Add a little water and your Insta-Snow expands to 100 times its original size Let the students feel the insta-snow and acknowledge how cool it feels This is the water evaporating off the polymer that gives it a cooling effect If you allow the insta-snow to dry and all the water has completely evaporated, the original amount of insta-snow should be recovered This proves that the reaction is a physical rather than a chemical reaction To get a reaction from the students, tell them that Insta-Snow is similar to the super-absorbent polymers found in diapers (next activity) When water is added to a diaper, the polymer quickly turns into a gel-like solid Insta-snow, on the other hand, becomes very fluffy when water is added Both polymers look and feel the same before water is added; however, Insta-snow has much higher degree of “cross-linking” between the long chains of molecules This tightly cross-linked network rapidly unfolds when it comes in contact with water which accounts for its greater ability to swell up into a fluffy material Other Activities  Experiment with different mixing ratios of powder to water to find the perfect fluffy snow mixtures  Compare qualities of Insta-snow with polymer found in disposable diapers  Put some Insta-snow in the freezer (should freeze in about hours) Super Absorbent Polymers in Diapers Materials:          diaper (large, disposable and super-absorbent) zip-closing plastic bag (1 qt or gallon size) CAUTION: The powder found in the scissors diaper (sodium polyacrylate) tap water will irritate the nasal distilled water salt water (0.9% NaCl solution) membranes if inhaled Avoid small cups eye contact; if it gets into eyes, clear plastic cups they will become dry and measuring spoons or pipettes/droppers irritated Procedure Let student work in pairs or in groups of three Have each student use a pair of scissors to cut the diaper in half (in the middle) Make sure that both ends remain upright Place the open middle part of the diaper downward into the plastic bag Pull open and separate the cotton, paper, and plastic layers of the diaper and shake the sodium polyacrylate to the bottom of the bag Look at the bottom of the bag as you tilt it to one side You should notice white granules collecting in the corner of the bag 3 Now, remove the first half of the diaper and the same with the second half Try not to shake or pull the cotton out of the diaper If large pies of material or cotton get mixed in with the sodim polyacrylate, close the bag, move the cotton, plastic, or other large pieces of material toward the top of the bag Keep the material up there as you shake the bag again This will allow the granules to fall down to the bottom without getting picked up by the cotton again After you have about teaspoon of granules in the corner of the bag, slowly open the bag and remove the large pieces of material Throw them away Add 1/2 teaspoon of granules to each of the three clear cups labeled, “distilled water”, “tap water”, and “salt water” Mats with circles can be used to place the three cups used for the different solutions The salt water is a 0.9% solution, approximate concentrate of salt in urine Add tablespoon or a specific volume (i.e 10-mL via a syringe) of each type of water to the appropriate cup Watch the granules to see if they will absorb the water Keep adding the same measured amount at a time until it appears that the granules are no longer absorbing the water Record how many tablespoons or total volume of each of the liquid you added To the distilled or deionized water cup, add tablespoon of table salt and stir What happens? Why? The electrolyte concentration in water being absorbed greatly affects the amount of water which can be absorbed per gram of polymer For Example:  The super absorbent will absorb about 800 times its own weight in distilled water  The same polymer will absorb only about 300 times its own weight in tap water  This polymer will absorb only about 60 times its weight of 0.9% sodium chloride solution (Similar to the NaCl concentration of urine.) Explain Sodium polyacrylate is termed a hydrophilic or "water-loving" polymer because of its great affinity for water So how does this polymer work? In the dry powdered state the chains of the polymer are coiled and lined with carboxyl groups or ( -COOH ) When it is put into water, it just breaks apart into positive and negative ions as sodium chloride H2O [ CH2 CH2]n C O- + Na [ CH2 O + Na+ CH2]n C O O- Normal uncharged polymer molecules, when they're in solution tend to be tangled up in what big shot scientists call a random coil, When hydrated with water, the carboxyl groups dissociate into negatively charged carboxylate ions ( COO-1 ) These ions repel one another along the polymer chain thereby widening the polymer coils allowing water to move into contact with more carboxyl groups As the polymer continues to uncoil the ultimate swelling forms a gel-like consistency The polymer does not form a solution because it still has cross-linking due to hydrogen bonding where hydrogen atoms in water are being attracted to the oxygen atom in the carboxylate ions between chains To reliquify the gelled polymer for disposal purposes, common table salt is added When salt is added, each ion of sodium ( Na ) and each ion of chlorine ( Cl- ) is quickly surrounded by six molecules of water which is drawn out from the polymer-water complex The presence of sodium chloride in the solution greatly decreases the ability of polyacrylate to absorb and retain water In the case of a negatively charged polyelectrolyte, the positively charged Na+ ions will get in between the negative charges on the polymer, and cancel them out in effect When this happens, the polymer chain collapses back into random coil again Other ionic compounds such as baking soda or vinegar can also be used Once the gel has been liquefied, it can be safely poured down the drain The practical application for this super absorber was realized in the early 1980's when the Japanese marketed the first successful disposable diaper Later, other applications such as fuel filters and feminine hygiene products followed Other activities The Pouring Test Determine the amount of water a disposable diaper can hold by slowly pouring about 1/4 cup (approximately 50 ml) of warm tap water into the center of the diaper Holding the diaper over a dishpan or sink, and continue to add increments of water Tip the diaper back and forth after adding water each time Record the amount of water the diaper holds before it becomes saturated and steadily leaks Try testing different brands of diapers Polyacrylamide Crystals Polyacrylamide "Spikes" A similar polymer, polyacrylamide, (Soil Moist and Soil Moist Spikes ) is sold in nurseries as a soil conditioner to hold water in the soil Super absorbent crystals are cross-linked polyacrylamide copolymer LLeessssoonn PPllaann Super absorbent crystals Materials are non-hazardous but  Super Absorbent Crystals with every chemical use  Potting Soil caution Flush affected  Bean, grass, radish or other fast-starting seeds area with water Flush  Cups eyes with water for 15 minutes and see a  Plastic Spoons physician Do not ingest Procedure Have the hydrated crystals ready for the students Using plastic spoons have the students fill one cup with just dirt and another cup with half gel crystals mixed with half dirt Using their finger, have them push 2-3 seeds as recommended on the package of seeds and cover the seeds Place cups in a sunny place and have the students record their observations How many days did it take for each of the cups to germinate? Students can measure the height of the plants as they grow and create a chart of days versus inches or millimeters (centimeters) of growth for both cups over a period of time Polyacrylamide is crosslinked with a bisacrylamide and this copolymer is not affected by salts in water or soil A major difference between the sodium polyacrylate polymer and the polyacrylamide polymer is that polyacrylate has a sodium ( Na+ ) while the polyacrylamide has an amide ( NH2 ) The sodium ion works more efficiently and will absorb approximately 800 times its weight in distilled water while the amide ion is considerably less efficient in its water absorbing ability and will only absorb around 40-200 times its weight in water This lack of ionic strength in the polyacrylamide polymer greatly reduces its water absorbing characteristics Demonstration A very common demo is for a teacher to grow some of the "ghost crystals" in water Carefully insert a needle with thread through the hydrated crystal and lower the crystal into the water Ask the students what they see They should only be able to see the thread hanging in the water Gently rise the crystal out of the water and watch their reactions! An interesting physics application created by polyacrylamide is its ability to effectively mimic the optical qualities of water Because the crystals of the polyacrylamide when hydrated are made up almost entirely of water, they essentially "look" like water and light will pass from the surrounding water into the crystal without being refracted at all These crystals are sometimes referred to as "ghost crystals" because when hydrated the crystal is almost invisible in a glass of water A fully-grown hydrated crystal contains so much water that optically it behaves like water Light does not bend or become distorted as it passes from water into the crystal However, when the crystal is lifted into air, it becomes visible because the speed of light in the crystal is different from the speed of light in air Other Uses Polyacrylamide "spikes" are used commercially in the horticulture industry to absorb and release water or fertilizer to individual plants and thus are a favorite of gardeners who not have a green thumb Much like the crystal, the spike has a limited ability to absorb vast quantities of water Its value is that it can be hydrated and dehydrated a seemingly unlimited amount of times over the course of from 2-3 years according to the manufacturer This quality also makes it a favorite of teachers on a budget to investigate diffusion and for students to practice measurement skills with the hydrated and dehydrated spikes A growing biological application is the controlled release of pharmaceutical agents or even fertilizer from the matrix Cold crystals: Place a zipper lock bag of jelly-like crystals in the freezer and examine it after 12 hours Compare how long the crystals stay cold as oppose to a same size bag of ice The polymer crystals should hold the cold 2.5 times longer than ordinary ice Gro-Creatures Gro-Creatures are toys shaped like dinosaurs, alligators, lizards, and other assorted animals that increase in size when placed in water These interesting creatures are made up of two polymers: One is poly (vinyl acetate) which keeps the original proportions and the color of the "creature" and the other is polyacrylamide which is the super absorbent material These critters can be dried out and rehydrated over and over again since the super absorbing material is polyacrylamide They have a number of classroom activities connected with science such as observations, data collection, graphing, making hypotheses, following a time sequence, drawing conclusions, and measurement using linear, mass, and volume Included in the kit are an alligator that was hydrated in tap water and another in distilled or deionized water These can be rehydrated for demonstration As a classroom activity, leave one fresh alligator and/or lizard to be used for measurement in the classroom Measure and record the length of your alligator and/or lizard in inches and in centimeters Place the alligator and/or lizard in large plastic containers filled with distilled, deionized or filtered water (i.e Brita filtered water) Hard water has minerals that will interfere with the growth of the alligator and/or lizard Measure and your alligator and/or lizard every day and record the measurement If you have both, you can compare growth daily Make a graph of your measurement If comparing both, see how long each takes to finish growing After growing, take your alligator and/or lizard out of the water and allow it/them to shrink Measure your alligator and/or lizard as it shrinks How many days does it take your alligator and/or lizard to get back to its normal size? Which occurred faster (growth or shrinkage)? Place your alligator and/or lizard back into the water Does it grow to the same size as it did before? Did it grow faster or slower Can you figure out why? Some words of caution relating to the use of these creatures include: Don’t allow the critters to remain in the water once they have reached their maximum size Placing the critters in boiling water will cause the creature to disintegrate A Hydrocarbon Stabilization Polymer Lesson Although Enviro-Bond 403 is not classified as a super-absorbent polymer since it does not absorb 25 times its weight on a weight to weight ratio, it has been added to the kit to demonstrate a hydrophobic, oil absorbing polymer Oil is a major source of ground water contamination and waste management problems The vast majority of this oil enters the ocean from ship oil spills during petroleum transport or from land manufacturing operations Oil can also seep into the ocean naturally from cracks in the sea floor Oil well and oil tanker accidents can have lasting effects Oil stabilizing polymer called Enviro-Bond 403 is especially formulated to bond quickly and safely to many types of hydrocarbon liquids including crude oil, diesel fuel and gasoline The bonding is complete that it literally encapsulates the liquid hydrocarbons in just minutes Hydrocarbon Time Temperature Ratio by Weight (minutes) (ºF) (Polymer:Hydrocarbon) Crude Oil 70 1:1 Diesel Fuel 70 1:6 Gasoline 70 1:15 Hydrocarbon (crude oil, diesel fuel, gasoline, etc.) consists of three basic components: Paraffinics, naptinics, and aromatics The polymer is specifically formulated to bond to these components The mechanism is three dimensional with cross-link bonding, and the polymer structures are referred to as dieblock, triblock, branched, radial and linear When the polymer comes into contact with the liquid hydrocarbon, the free hydrocarbons bond to the polymer forming a solid mass The hydrophobic properties of the polymer cause it to float on the water, there is no need for mixing since the density of the polymer is great enough to allow it to sink through the hydrocarbon and maximize the bonding potential Suggested Demonstration Materials 600-ml beaker Wax paper Marvel Mystery Oil ENVIRO-BOND 403 polymer Gloves, spoon, scoop This demonstration is greatly enhanced if you not show your students the polymer until they are given the opportunity o come up with their own oil spill cleaning solution Fill a 600-ml beaker with 500-ml of tap water Add approximately 50 ml of Marvel Mystery Oil or enough to form a thin layer on the surface of the water Discuss oil spills and how it affects the environment like birds, fish, and recreational areas When oil gets onto the feathers of a bird, it makes it harder for the birds to stay warm because it makes the bird less water proof Oil on the fir of sea mammals, such as otters or seals, also reduces their ability to stay warm If they ingest the oil, it will weaken the animal Ask them what they would use to clean up the oil spill Discuss some of the traditional ways to clean up oil spills: Placing a ring of floating devices around the spill to prevent it from spreading and then siphoning the oil off by using pumps or skimming devices Sheets or particles of floating oil absorbing material such as saw dust and spun fabrics can be used to recover spilled oil These however may cause serious land fill problems Burning the oil cleans up the spill but in turn causes air pollution Detergents help break up or disperse the oil spills but can cause harm to marine life High pressure hoses with 140ºF water heated on barges are used to blast oil from the surface of rocks This unfortunately kills shoreline bacteria useful to the environment The use of microorganisms to “eat” the oil Add just enough of the polymer to completely cover the oil The polymer will form a sponge-like matrix that floats on the surface of the water When all the oil is absorbed and bonded, remove using your gloved hand, spoon or scoop and place it on a piece of wax paper As the polymer dries, it becomes firm and rubbery The free molecules find bonding sites and become three dimensionally entangled with the polymer structure This material can be shaped into a ball and bounced On a large-scale crude oil clean-up, the solidified oil can be recovered and turned into a solid fuel source This polymer will not work on other types of oil such as motor oil or vegetable oil since these oils not have the necessary hydrocarbon components as mentioned above Tying in the hydrocarbon stabilization polymer and super-absorbent polymers: Demonstrate the absorbing properties of sodium polyacrylate in conjunction with the oil polymer bonding characteristics Sodium polyacrylate, a super absorbent water polymer that has no affinity for liquid hydrocarbons Similarly, the oil polymer has no affinity for water Fill the 600-ml beaker with 300 ml of water and 50 ml of Marvel Mystery Oil Add teaspoons of sodium polyacrylate and watch the polymer absorb the water, leaving the oil untouched After the polyacrylate absorbs the water, add just enough oil absorbing polymer to bond to the Marvel Mystery oil During the demonstration, stress the difference between the superabsorbent polymer and the hydrocarbon stabilization polymer Major oil spills…  June 1979, an oil well blew out off the east coast of Mexico and spilled about 130 million gallons of oil  March 1978, a tanker ran aground off the coast of France, spilling 68 million gallons of oil  March 1989 a tanker ran aground off Alaska and leaked more than 10 million gallons of oil References: Buchholz and Peppas, Super absorbent Polymers, ACS Symposium Series, 1994 Buchholz and Graham, Modern Super absorbent Polymer Technology, John Wiley & Sons, 1998 Absorbent Polymers: AMCOL International, 1996 Flory, Principles of Polymer Chemisty, Cornell U Press, 1953 American Chemical Society, November 18, 2003 Diapers – The inside story http://science.howstuffworks.com/question 581.htm www.SteveSpanglerScience.com Polyme siêu thấm Polymer từ tiếng Hy Lạp có nghĩa "nhiều phận" (poly = nhiều, meros = phần) Định nghĩa đơn giản polymer làm nhiều đơn vị.Hãy nghĩ polyme chuỗi Điều chứng minh chuỗi dài ghim giấy Siêu polymer thấm bao gồm số polyme tất có khả để hấp thụ lượng nước khổng lồ Họ hấp thụ nước cách sử dụng trình thẩm thấu (các phân tử nước qua rào cản từ bên sang bên khác) Khi nước tiếp xúc với polymer, di chuyển từ bên polymer vào bên trong, khiến cho sưng lên Các chuỗi polymer có chất lượng đàn hồi, họ kéo dài giữ nhiều nước Bốn thường sử dụng polyme siêu hấp thụ bao gồm natri polyacrylate, tinh polyacrylamide, gai polyacrylamide, Gro-Creatures Trong polymer có chế khác sử dụng để đạt tượng siêu hấp thụ tỷ lệ hấp thu khác nhau, tất họ có hiệu hấp thụ nước Tất chất ưa nước (nước yêu thương) polyme liên kết ngang không độc hại mà hấp thụ vài trăm lần trọng lượng chúng nước, hòa tan cấu trúc mạng lưới polyme ba chiều họ Họ vật liệu hấp dẫn linh hoạt độ hòa tan vận chuyển tài sản họ Các tính chất giống chất lỏng dẫn từ thực tế polymer bao gồm gần hoàn toàn từ nước Tuy nhiên, polymer có đặc tính rắn mạng lưới hình thành phản ứng liên kết ngang Gồm kali, carbon nitơ, polyme sử dụng nhiều lĩnh vực dược phẩm, bao bì thực phẩm, sản xuất giấy, ngành công nghiệp làm vườn, khoan dầu ví dụ ngày bao gồm gelatin, tã dùng lần, kính áp tròng, chí nước thịt natri polyacrylate Super slurper Natri polyacrylate mệnh danh "siêu slurper" khả hấp thụ nhiều 400-800 lần khối lượng nước Các polyme ban đầu phát triển Sở Nông nghiệp từ tinh bột thủy phân polyacrylonitrile, ngày nhiều thấm hơn, polyme hoàn toàn tổng hợp phát triển Bột thấy tã dùng lần làm từ muối natri liên kết ngang với axit polyacrylic để tạo thành natri polyacrylate Trùng hợp tạo phân tử tuyến tính có trọng lượng phân tử cao thường lớn triệu đơn vị phân tử Kế hoạch học Insta- Nguyên vật liệu Insta-tuyết Nước cất nước khử Ion hóa xi lanh Tốt nghiệp Thìa cà phê có sẵn muỗng Insta-tuyết Chén bát phương pháp Hãy để học sinh lấy scoopful (3 gram) insta-tuyết đặt cốc nhựa bát rõ ràng Một cách khác để đo lường sử dụng cân cân nặng thuyền Sử dụng xi lanh tốt nghiệp, cho họ đo 50-60 ml nước cất thêm vào Insta-tuyết Xem cách họ phản ứng với kết Giải trình Insta-tuyết tuyệt vời siêu thấm polymer, natri polyacrylate, mà biến nước bình thường thành chất mịn màu trắng trông giống tuyết thật! tuyết giả thực tế sử dụng phim khu trượt tuyết nhà Các nhà khoa học vô tình tạo biến thể polymer tã nhiều lông hấp thụ nước Insta-tuyết thấm nước cách sử dụng trình thẩm thấu (nước qua rào cản từ bên sang bên khác) Khi nước tiếp xúc với polymer, di chuyển từ bên polyer vào bên trong, khiến cho sưng lên Các chuỗi polymer có chất lượng đàn hồi, họ kéo dài giữ nhiều nước Thêm nước Insta-Tuyết bạn mở rộng đến 100 lần kích thước ban đầu Hãy để học sinh cảm thấy insta-tuyết thừa nhận mát cảm thấy Đây nước bay polymer cung cấp cho hiệu ứng làm mát Nếu bạn cho phép insta-tuyết khô tất nước hoàn toàn tan biến, số tiền ban đầu insta-tuyết nên phục hồi Điều chứng minh phản ứng vật lý phản ứng hóa học Để có phản ứng từ sinh viên, nói với họ Insta-Tuyết tương tự polyme siêu thấm tã (hoạt động tiếp theo) Khi nước thêm vào tã, polymer nhanh chóng biến thành dạng gel rắn Insta-tuyết, mặt khác, trở nên mịn cho nước vào Cả hai polyme xem cảm nhận trước nước thêm vào; Tuy nhiên, Instatuyết có độ cao nhiều "liên kết ngang" chuỗi dài phân tử mạng lưới chặt chẽ liên kết ngang nhanh chóng mở tiếp xúc với nước chiếm khả lớn sưng lên thành vật liệu xốp Các hoạt động khác  Thử nghiệm với tỷ lệ pha trộn khác bột vào nước để tìm hỗn hợp tuyết mịn hoàn hảo  So sánh chất lượng Insta-tuyết với polymer tìm thấy tã dùng lần  Đặt số Insta-tuyết tủ lạnh (nên đóng băng khoảng giờ) Polyme siêu thấm tã Nguyên vật liệu: • tã (lớn, dùng lần siêu thấm) • zip đóng túi nhựa (1 qt kích thước gallon) • kéo • nước máy • nước cất • Nước muối (0,9% dung dịch NaCl) • chén nhỏ • cốc nhựa rõ ràng • đo thìa ống hút / ống nhỏ giọt phương pháp Hãy để học sinh làm việc theo cặp theo nhóm ba Yêu cầu học sinh sử dụng kéo để cắt tã nửa (ở giữa) Hãy chắn hai đầu đứng thẳng Đặt phần mở tã xuống vào túi nhựa Kéo mở tách lớp bông, giấy nhựa tã lắc polyacrylate natri để túi Nhìn túi bạn nghiêng sang bên Bạn nhận thấy hạt trắng thu góc túi Bây giờ, loại bỏ nửa tã làm tương tự với nửa thứ hai Cố gắng không để lắc kéo khỏi tã Nếu bánh lớn vật liệu trộn lẫn với polyacrylate SODIM, đóng túi, di chuyển bông, nhựa, miếng lớn khác vật liệu phía túi Giữ vật liệu lên bạn lắc túi lần nữa.Điều cho phép hạt rơi xuống đáy mà không nhận chọn lần Sau bạn có khoảng muỗng cà phê hạt góc túi, từ từ mở túi loại bỏ mảnh vật liệu lớn Vứt Thêm 1/2 muỗng cà phê hạt với ba ly rõ ràng có nhãn, "nước cất", "vòi nước", "nước muối" Mats với vòng tròn sử dụng để đặt ba ly sử dụng cho giải pháp khác Các nước muối giải pháp 0,9%, tập trung gần muối nước tiểu Thêm muỗng khối lượng cụ thể (tức 10 ml qua ống tiêm) loại nước vào cốc thích hợp Xem hạt để xem họ hấp thụ nước Tiếp tục bổ sung lượng đo lúc xuất hạt không hấp thụ nước Ghi thìa tổng khối lượng chất lỏng bạn thêm Để cốc nước cất nước khử ion, thêm muỗng canh muối ăn khuấy đều.Chuyện xảy ra? Tại sao? Nồng độ chất điện phân nước hấp thụ ảnh hưởng lớn đến lượng nước hấp thụ gram polymer Ví dụ: • Các thấm siêu hấp thụ khoảng 800 lần khối lượng nước cất • Các polymer hấp thụ khoảng 300 lần khối lượng nước máy • polymer hấp thụ khoảng 60 lần trọng lượng 0,9%, dung dịch natri clorua (Tương tự nồng độ NaCl nước tiểu) Giải thích Natri polyacrylate gọi polyme ưa nước "nước yêu" sức lôi tuyệt vời nước Vì vậy, làm polymer làm việc? Trong trạng thái bột khô chuỗi polymer cuộn xếp hàng với nhóm carboxyl (COOH) Khi đưa vào nước, phá vỡ thành ion dương âm natri clorua phân tử polymer không tích bình thường, họ giải pháp có xu hướng bị rối lên nhà khoa học bắn lớn gọi cuộn ngẫu nhiên, Khi ngậm nước với nước, nhóm carboxyl phân tách thành ion mang điện tích âm carboxylate (COO-1) Những ion đẩy dọc theo chuỗi polymer qua mở rộng cuộn dây polymer cho phép nước di chuyển vào tiếp xúc với nhóm carboxyl Khi polymer tiếp tục tháo dây hình thức sưng cuối quán giống gel Các polyme không tạo thành giải pháp có liên kết ngang liên kết hydro mà nguyên tử hydro nước thu hút vào nguyên tử oxy ion carboxylate chuỗi Để reliquify polymer gel hóa cho mục đích xử lý, muối ăn thông thường thêm vào Khi muối thêm vào, ion natri (Na) ion Clo (Cl) nhanh chóng bao quanh sáu phân tử nước rút từ phức tạp polymer-nước Sự có mặt natri clorua dung dịch làm giảm khả polyacrylate để hấp thụ giữ nước Trong trường hợp polyelectrolyte mang điện tích âm, ion Na + tích điện dương nhận điện tích âm polymer, hủy bỏ chúng có hiệu lực Khi điều xảy ra, chuỗi polymer sụp đổ trở lại vào cuộn ngẫu nhiên lần hợp chất ion khác baking soda giấm sử dụng Một gel hóa lỏng, an toàn đổ xuống cống Các ứng dụng thực tế cho hấp thụ siêu thực vào đầu năm 1980 Nhật Bản thị trường tã lót dùng lần thành công Sau đó, ứng dụng khác lọc nhiên liệu sản phẩm vệ sinh phụ nữ theo sau Các hoạt động khác Các rót thử nghiệm xác định lượng nước tã dùng lần giữ cách từ từ rót khoảng 1/4 ly (khoảng 50 ml) vòi nước ấm vào trung tâm tã Giữ tã dishpan bồn rửa, tiếp tục thêm gia nước Mẹo tã lại sau thêm nước lần Ghi lượng nước tã giữ lại trước trở nên bão hòa ổn định rò rỉ Hãy thử kiểm tra nhãn hiệu khác tã Crystal polyacrylamide Polyacrylamide "Spikes" Một polymer tương tự, polyacrylamide, (đất ẩm đất ẩm Spikes) bán vườn ươm điều đất để giữ nước đất Siêu tinh thể thấm liên kết ngang polyacrylamide copolymer Kế hoạch học Nguyên vật liệu • Crystal siêu thấm • Bầu đất • Bean, cỏ, củ cải hạt nhanh bắt đầu khác • Cup • Thìa nhựa phương pháp Có tinh thể ngậm nước sẵn sàng cho sinh viên Sử dụng thìa nhựa có sinh viên điền vào cốc với bụi bẩn cốc với tinh gel nửa trộn với nửa bụi bẩn Sử dụng ngón tay họ, họ đẩy 2-3 hạt giống theo khuyến cáo bao bì hạt giống bao gồm hạt giống Đặt chén nơi đầy nắng có sinh viên ghi lại quan sát họ Bao nhiêu ngày cho cốc nảy mầm? Sinh viên đo chiều cao nhà máy chúng lớn lên tạo biểu đồ ngày so inch mm (cm) tăng trưởng cho hai ly khoảng thời gian Polyacrylamide crosslinked với bisacrylamide copolymer không bị ảnh hưởng muối nước đất Một khác biệt lớn polymer natri polyacrylate polyacrylamide polymer polyacrylate có natri (Na +) polyacrylamide có amide (NH2) Các ion natri hoạt động hiệu hấp thụ khoảng 800 lần trọng lượng nước cất ion amide đáng kể hiệu khả hấp thụ nước hấp thụ khoảng 40200 lần trọng lượng nước Điều thiếu sức mạnh ion polyacrylamide polymer làm giảm đáng kể đặc tính nước hấp thụ biểu tình Một demo phổ biến để giáo viên để phát triển số "tinh thể ma" nước Cẩn thận chèn kim sợi xuyên suốt tinh thể ngậm nước hạ thấp tinh thể vào nước Yêu cầu sinh viên họ nhìn thấy Họ nhìn thấy sợi treo nước Nhẹ nhàng tăng tinh thể khỏi nước xem phản ứng họ! Một ứng dụng vật lý thú vị tạo polyacrylamide khả bắt chước cách hiệu phẩm chất quang học nước Bởi tinh thể polyacrylamide ngậm nước thực gần hoàn toàn nước, họ "nhìn" nước ánh sáng chuyển từ nước xung quanh vào tinh thể mà không bị khúc xạ tất Những tinh thể gọi "tinh thể ma" ngậm nước tinh thể gần vô hình ly nước Một tinh thể ngậm nước thục có chứa nhiều nước mà mặt quang học cư xử giống nước.Ánh sáng không uốn cong trở nên méo mó từ nước vào tinh thể Tuy nhiên, tinh thể dỡ bỏ vào không khí, nhìn thấy tốc độ ánh sáng tinh thể khác với tốc độ ánh sáng không khí Sử dụng khác Polyacrylamide "gai" sử dụng thương mại ngành công nghiệp làm vườn để hấp thụ giải phóng nước phân bón cho trồng cá nhân yêu thích người làm vườn ngón tay màu xanh Cũng giống tinh thể, cành có khả hạn chế hấp thụ lượng lớn nước Giá trị nó ngậm nước nước số lượng dường không giới hạn thời gian trình 2-3 năm theo nhà sản xuất Chất lượng làm cho yêu thích giáo viên ngân sách để điều tra khuếch tán cho sinh viên thực hành kỹ đo lường với gai ngậm nước nước.Một ứng dụng sinh học phát triển phát hành kiểm soát đại lý dược phẩm chí phân bón từ ma trận tinh thể lạnh: Đặt túi khóa dây kéo tinh thể thạch giống tủ đá kiểm tra sau 12 So sánh tinh thể lại lạnh phản đối túi kích thước băng Các tinh thể polymer nên giữ lạnh lâu gấp 2,5 lần so với băng thông thường Gro-Creatures Gro-Creatures đồ chơi có hình dáng khủng long, cá sấu, thằn lằn động vật loại khác làm tăng kích thước đặt nước Những sinh vật thú vị tạo thành từ hai polyme: Một poly (vinyl axetat) mà giữ tỷ lệ ban đầu màu sắc "con vật" khác polyacrylamide vật liệu siêu hấp thụ Những sinh vật sấy khô hydrat từ siêu vật liệu hấp thụ polyacrylamide Họ có số hoạt động lớp kết nối với khoa học quan sát, thu thập liệu, đồ họa, làm cho giả thuyết, theo trình tự thời gian, rút kết luận, đo lường sử dụng tuyến tính, khối lượng, khối lượng Bao gồm dụng cụ cá sấu ngậm nước nước máy nước cất nước khử ion Đây hydrat lại cho trình diễn Là hoạt động lớp học, để lại cá sấu tươi / thằn lằn sử dụng để đo lường lớp học Đo ghi lại chiều dài cá sấu / thằn lằn bạn inch cm Đặt cá sấu / thằn lằn thùng nhựa lớn chứa đầy nước cất, khử ion nước lọc (ví dụ: Brita lọc nước) Nước cứng có khoáng chất gây trở ngại cho phát triển cá sấu / thằn lằn Đo lường cá sấu bạn / thằn lằn ngày ghi lại phép đo Nếu bạn có hai, bạn so sánh tốc độ tăng trưởng hàng ngày Thực đồ thị đo lường bạn Nếu so sánh hai, xem cần để hoàn thành phát triển Sau trồng, chăm cá sấu / thằn lằn bạn khỏi nước cho phép / họ để thu nhỏ Đo cá sấu / thằn lằn bạn co lại Bao nhiêu ngày cá sấu / thằn lằn bạn để có trở lại kích thước bình thường nó? Xảy nhanh (tăng trưởng co rút)? Đặt cá sấu bạn / thằn lằn trở lại vào nước Liệu phát triển đến kích thước tương tự trước đây? Ý phát triển nhanh chậm Bạn tìm lý sao? Một số lời cảnh báo liên quan đến việc sử dụng sinh vật bao gồm: Không cho phép sinh vật để giữ lại nước họ đạt đến kích thước tối đa họ Đặt sinh vật nước sôi gây sinh vật phân huỷ Envioro trái phiếu 403A Hydrocarbon Stabilization Polymer Bài học Mặc dù Enviro-Bond 403 không phân loại loại polymer siêu thấm không hấp thụ 25 lần trọng lượng trọng lượng tỷ lệ trọng lượng, thêm vào để chứng minh một, dầu hấp thụ polymer kỵ Dầu nguồn quan trọng vấn đề ô nhiễm nước ngầm quản lý chất thải.Phần lớn loại dầu vào đại dương từ cố tràn dầu tàu vận chuyển dầu mỏ từ hoạt động sản xuất đất Dầu thấm vào đại dương cách tự nhiên từ vết nứt đáy biển giếng dầu tai nạn tàu chở dầu có hiệu lâu dài Dầu ổn định polymer gọi Enviro-Bond 403 công thức đặc biệt để gắn kết cách nhanh chóng an toàn với nhiều loại chất lỏng hydrocacbon bao gồm dầu thô, nhiên liệu diesel xăng Các liên kết hoàn thành theo nghĩa đen đóng gói hydrocarbon lỏng vài phút hydrocarbon Time (Phút) Nhiệt độ (ºF) Tỷ lệ Trọng lượng (Polymer: Hydrocarbon) Dầu thô 70 1: Nhiên liệu diesel 70 1: Xăng 70 01:15 Hydrocarbon (dầu thô, nhiên liệu diesel, xăng, vv) bao gồm ba thành phần bản: Paraffinics, naptinics, chất thơm Các polyme đặc biệt xây dựng để liên kết thành phần Cơ chế ba chiều với cross-link liên kết, cấu trúc polymer gọi dieblock, triblock, phân nhánh, xuyên tâm tuyến tính Khi polymer tiếp xúc với hydrocarbon lỏng, trái phiếu hydrocarbon miễn phí cho polymer tạo thành khối vững Các tính chất kỵ nước polyme nguyên nhân mặt nước, nhu cầu để pha chế từ mật độ polymer đủ lớn phép chìm qua hydrocarbon tối đa hóa tiềm liên kết Trình diễn đề nghị Nguyên vật liệu 600 ml cốc Giấy sáp không thấm nước Marvel dầu bí ẩn Enviro-BOND 403 polymer Găng tay, thìa, muỗng trình diễn tăng cường nhiều bạn không thấy sinh viên polymer họ trao hội o đến với giải pháp làm dầu tràn riêng Điền vào cốc thủy tinh 600 ml với 500 ml nước máy Thêm khoảng 50 ml Marvel Dầu Bí ẩn đủ để tạo thành lớp mỏng bề mặt nước Thảo luận cố tràn dầu làm ảnh hưởng đến môi trường chim, cá, khu vực vui chơi giải trí Khi dầu dính vào lông chim, làm cho khó khăn cho chim để giữ ấm làm chứng nước chim hơn.Dầu thông động vật có vú biển, rái cá hay hải cẩu, làm giảm khả họ để giữ ấm Nếu họ ăn dầu, làm suy yếu động vật Hãy hỏi họ họ sử dụng để làm dầu tràn Thảo luận số cách truyền thống để làm dầu tràn: Đặt nhẫn thiết bị xung quanh tràn để ngăn chặn lan rộng sau bòn rút dầu khỏi cách sử dụng máy bơm lướt thiết bị Tấm hạt dầu vật liệu hấp thụ mùn cưa loại vải quay sử dụng để thu hồi dầu tràn Tuy nhiên, vấn đề gây lấp nghiêm trọng Đốt dầu dọn dẹp tràn gây ô nhiễm không khí Chất tẩy rửa giúp ngăn chặn giải tán cố tràn dầu gây nguy hại cho sinh vật biển Ống áp lực cao với nước 140ºF nóng sà lan sử dụng để blast dầu từ bề mặt đá Đây không may giết chết vi khuẩn bờ hữu ích cho môi trường Việc sử dụng vi sinh vật để "ăn" dầu Thêm vừa đủ polymer để hoàn toàn bao gồm dầu Các polymer tạo thành ma trận giống bọt biển, trôi mặt nước Khi tất dầu hấp thụ ngoại quan, loại bỏ sử dụng bàn tay đeo găng bạn, thìa muỗng đặt vào miếng giấy sáp Khi polymer khô, trở nên vững cao su Các phân tử miễn phí tìm trang web liên kết trở thành ba chiều vướng víu với cấu trúc polymer Tài liệu hình thành bóng bị trả Trên quy mô lớn dầu thô làm sạch, dầu kiên cố phục hồi trở thành nguồn nhiên liệu rắn polymer không làm việc loại dầu khác dầu động dầu thực vật từ loại dầu thành phần hydrocarbon cần thiết đề cập Ràng buộc việc ổn định hydrocarbon polymer polymer siêu thấm: Chứng minh tính chất hấp thụ natri polyacrylate kết hợp với đặc tính kết dính dầu polymer Natri polyacrylate, polyme siêu hấp thụ nước mà lực hydrocarbon lỏng Tương tự vậy, polymer dầu lực với nước Điền vào cốc thủy tinh 600 ml với 300 ml nước 50 ml Marvel Bí ẩn dầu.Thêm muỗng cà phê natri polyacrylate xem polymer hấp thụ nước, để lại dầu bị ảnh hưởng Sau polyacrylate hấp thụ nước, thêm vừa đủ polymer dầu hấp thụ để liên kết với dầu bí ẩn Marvel Trong biểu tình, nhấn mạnh khác biệt polymer siêu thấm ổn định hydrocarbon polymer cố tràn dầu lớn  tháng năm 1979, giếng dầu bị nổ khơi bờ biển phía đông Mexico đổ khoảng 130 triệu gallon dầu  Tháng năm 1978, tàu chở dầu bị mắc cạn khơi bờ biển Pháp, làm tràn 68 triệu gallon dầu  Tháng Ba 1989 tàu chở dầu bị mắc cạn tắt Alaska bị rò rỉ 10 triệu gallon dầu Tài liệu tham khảo: Buchholz Peppas, Super Polyme hấp thụ, ACS hội nghị chuyên đề, năm 1994 Buchholz Graham, đại siêu hấp thụ công nghệ Polymer, John Wiley & Sons, 1998 Polyme thấm: AMCOL quốc tế năm 1996 Flory, Nguyên lý Polymer Chemisty, Cornell U Press, 1953 American Chemical Society, 18 tháng 11 2003 Tã - Câu chuyện bên http://science.howstuffworks.com/question 581.htm www.SteveSpanglerScience.com