Zwellende polyacrylaten en polyacrylamiden

Het vochtabsorberende vermogen van luiers werd vroeger gecreëerd met behulp van ‘fluff’ dat afkomstig was van houtpulp. Maar kort na de Tweede Wereldoorlog begon het Amerikaanse ministerie van Landbouw proeven te doen met waterminnende kunststoffen om water beter vast te houden in de bodem. Al snel werden door de chemische industrie ook tal van andere toepassingen ontdekt.

De superabsorberende polymeren (SAP’s) die tegenwoordig in de meeste luiers het vocht uit urine en ontlasting opnemen, zijn voor het overgrote deel zogeheten polyacrylaten (PA). Dat zijn polymeren (lange molecuulketens) die zijn opgebouwd uit korte acrylaten. Acrylaten zijn bepaalde verbindingen van koolstof (C), waterstof (H) en zuurstof (O), met aan één uiteinde een variabel molecuul (R):

-[H₂C=CH]-

            │

            C=O

            │

            O-R

Bij de productie van SAPS voor luiers wordt uitgegaan van acrylzuur, waarbij de R gevormd wordt door een waterstofatoom. Om een ideale werking te krijgen wordt dat H-atoom eerst vervangen door natruim (NA). Je krijgt dan een natriumacrylaat-zout en daarvan worden er vele aan elkaar geplakt tot lange natrium-polyacrylaatketens. Dat gebeurt met behulp van katalisatoren, stoffen die een chemische reactie mogelijk maken zonder dat ze er zelf deel van uitmaken.

Polyacrylaten hebben een spiraalvorm als ze droog zijn, maar in water rekken ze zich uit tot lange slierten, omdat het ‘aanhangsel, de licht negatief geladen carboxylgroep O=C-O-R, zich graag bindt aan het omringende water. Van die bindingsdrang maken fabrikanten handig gebruik, door eerst de gemaakte polyacrylaatketens met dwarsverbanden aan elkaar te knopen. Cross-linking heet dat.

Breng je nu ge-crosslinkte polyacrylaten in water dan willen ge ketens zich strekken maar door alle schuinse dwarsverbindingen lukt dat niet goed. Het resultaat is een soort holle kluwen van PA-ketens. De omringende watermoleculen, bijvoorbeeld van urine in een luier, wordt in die waterminnende kluwen naar binnen gezogen door de mazen die overblijven tussen de cross-links. Eigenlijk is een halfdoorlatend vliesje (semipermeabel membraan) ontstaan, dat vele malen zijn eigen gewicht aan water kan opnemen.

In zuiver water is de opnamecapaciteit wel 200 tot 300 keer die van het eigen molecuulgewicht. Maar in zoutige oplossingen, zoals urine, wordt dat minder: in plaats van aan watermoleculen, willen de negatief geladen carboxylgroep-uiteinden van de keten zich hechten aan positieve ionen in de zoutoplossing. Het zout remt dus de wateropname tot slechts circa 50 keer het gewicht van de PA-kluwen zelf.

Polyacrylaten zijn overigens niet de enige gebruikte superslurpers. Polyacrylamiden worden in luiers ook wel gebruikt. Verder bestaan er verschillende productiewijzen, die enigszins uiteenlopen qua efficiency, restproducten en energiegebruik, lees: CO₂-voetafdruk.

Het luierproject van Eos Magazine kwam tot stand met de steun van het Fonds Pascal Decroos voor Bijzondere Journalistiek.