Блог компании ua-hosting.company. Далеко не все исследования ученых, на которые уходят годы скрупулезного труда, понятны простому обывателю или даже нужны ему. Кто-то даже считает, что многие ученые тратят время и деньги впустую. Когда же дело доходит до разработки чего-то полезного в бытовой среде, то неугомонные критики называют такие новшества несерьезными и также остаются крайне недовольны. Как говорится, и так не так, и эдак не так.

Это вопрос понимания (а точнее его отсутствия) того, что многие разработки, какими бы странными или смешными на первый взгляд они ни казались, являются вполне себе серьезной работой, в основе которой лежит тонкое понимания аспектов многих точных наук. Сегодня речь пойдет об одном из таких трудов. Ученые, используя свои знания в химии и физике, создали абсорбирующий материал, способный впитывать жидкость с невероятной эффективностью. Из чего сделана «чудо-тряпка» и как она работает? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

Ситуации, в которых может понадобиться материал для впитывания влаги, могут возникнуть и во время готовки еды на кухне, и во время ремонта протекающего крана, и во время операции в стенах больницы. Подобные материалы очень полезны, а потому не удивительно, что их вариации использовались людьми на протяжении тысячелетий. Не стоит забывать, что абсорбирующие материалы стали крайне полезны и прекрасной половине человечества.

В наши дни вариаций абсорбентов очень много, как и материалов, из которых они изготавливаются: полотенца из ткани (натуральной или синтетической), бумажные полотенца, салфетки, губки и т. д. Идеальный абсорбент должен обладать высокой способностью абсорбции жидкости, высокой скоростью абсорбции и хорошими механическими свойствами (он должен быть прочным, но гибким) как в сухом состоянии, так и в наполненном жидкостью состоянии. Для поглощения водных жидкостей материал также должен обладать гидрофильными свойствами.

Изображение №1

Хотя ткань и бумага являются наиболее распространенными абсорбентами, их водопоглощающая способность ограничена (1А). Гораздо более высокая степень абсорбции может быть достигнута за счет использования гидрогелей, изготовленных из сверхабсорбирующих полимеров. Примером тому являются подгузники, обычно содержащие SAP в виде микрошариков, упакованных между слоями ткани или бумаги. Гидрогели представляют собой трехмерные сети полимерных цепей, сшитых ковалентными связями. Гидрогели SAP могут набухать более чем в 100 раз по сравнению с их сухим состоянием. Однако, когда объемный SAP гель высыхает, он обычно становится хрупким и твердым телом. Поэтому для использования SAP в подгузниках их изготавливают в виде микрошариков. Небольшие размеры этих шариков обеспечивают адекватные механические свойства, а также высокую скорость впитывания. Тем не менее ученые отмечают, что подгузник сильно отличается от ткани или бумажного полотенца. В подгузнике необходимость в разных слоях для связывания гранул SAP означает, что материал более толстый, а не гибкий и не складывается как полотенце.

В последние годы исследователи стремились интегрировать SAP гели в волокна (например, путем покрытия волокон гелевыми шариками) для достижения сочетания гибкости, подобной ткани, и высокой поглощающей способности. Однако достичь желаемого результата пока не удалось, ввиду сложности синтеза такого материала. Альтернативным путем было добавление пор в сами SAP гели. Наиболее распространенной стратегией для достижения этого является «шаблонирование пены», когда раствор мономера вспенивается, а затем вокруг пузырьков в пене проводится полимеризация. Проблема в том, что полученные образцы оказываются твердыми и хрупкими, а их максимальный размер не превышает нескольких миллиметров (1B). Те же проблемы присущи и другим абсорбирующим материалам, таким как аэрогели, криогели и электропряденые нановолокна. Из вышесказанного можно сделать вполне ожидаемый вывод, что нынешние разработки абсорбирующих материалов не могут достичь желаемых физических (гибкость, прочность) и абсорбирующих характеристик.

В рассматриваемом нами сегодня труде ученые продемонстрировали новый материал, который можно изготовить в форме гибких листов толщиной несколько миллиметров, сохраняя при этом их способность быстро и эффективно впитывать жидкости в большом объеме. Процесс создания этих абсорбентов достаточно прост и поддается масштабированию. Сухие листы гибкие и мягкие, а потому их можно складывать и сворачивать, как ткань (1С). Также они обладают высокой прочностью, так как выдерживают напряжение на растяжение до 2 кПа и сжатие до 85 % без повреждений.

Результаты исследования

Изображение №2

Первым этапом синтеза гелевых листов является получение стабильной пены, содержащей мономеры, которая затем полимеризуется под действием ультрафиолетового света (схема выше).