Superabsorber

Superabsorber Übung

• Nenne die Eigenschaften eines Superabsorbers.

  Tipps

  Der Superabsorber enthält viele Natrium-Ionen.

  Überlege, ob Wasser eine polare oder eine unpolare Flüssigkeit ist.

  Nimmt eine Windel Flüssigkeit aus der Luft auf?

  Lösung

  Superabsorber finden vor allem Anwendung bei Babywindeln. Schaust du mal genau auf die Verpackung, siehst du dort die Abkürzung SAP. Diese steht für Superabsorbent Polymers - die englische Bezeichnung für den Superabsorber.
  Warum ist SAP so gut für Babywindeln geeignet? Der Superabsorber besitzt viele Eigenschaften, die dafür sorgen, dass das Baby die Feuchtigkeit in der Windel nicht mitbekommt und so auch nicht davon aufwachen muss.
  SAP ist ein farbloses, körniges Pulver und besitzt durch die vielen Natrium-Ionen in der Struktur einen starken Salzcharakter. Superabsorber können eine große Menge an polaren Flüssigkeiten aufnehmen ohne sie wieder abzugeben.
  Polare Flüssigkeiten, wie Wasser, sind deshalb polar, da sie einen elektrischen Dipolmoment besitzen, d.h. dass im Molekül an zwei unterschiedlichen Orten entgegengesetzte Teilladungen auftreten. //

• Beschreibe den Aufbau eines Natriumpolyacrylatmoleküls.

  Tipps

  Salze der Acrylsäure sind Acrylate.

  Die gesuchte funktionelle Gruppe findet man vor allem in Carbonsäuren.

  Lösung

  Der Superabsorber, oder auch Natriumpolyacrylat, ist ein Copolymer. Copolymere können auch als Heteropolymere bezeichnet werden. Das sind Polymere, die aus zwei oder mehr verschiedenen Monomeren bestehen. In diesem Fall ist es das Monomer der Acrylsäure und das Natriumacrylat.
  Die langkettigen Polymerketten sind über die sogenannten Crosslinker miteinander vernetzt. Durch die entstandenen chemischen Bindungen wird das Polymer wasserunlöslich.

• Erschließe weitere Verwendungsmöglichkeiten von Natriumpolyacrylat.

  Tipps

  Überlege, was passieren würde, wenn die Lebensmittel beim Transport von ständiger Feuchtigkeit umgeben wären.

  SAP wird z.B. in Ägypten eingesetzt, damit auch dort Landwirtschaft erfolgen kann.

  Lösung

  Es gibt viele Anwendungsmöglichkeiten für das Multitalent Natriumpolyacrylat.
  Eine Anwendung ist in der Verpackungsindustrie zu finden. Dort wird das Polymer dazu eingesetzt, die Flüssigkeit von Lebensmittel aufzunehmen, die diese abgesondert haben. Durch den Einsatz von SAP erreicht man in diesem Bereich eine längere Haltbarkeit der Lebensmittel, wie Fleisch, Fisch oder auch Obst und Gemüse. Auch Lebensmittel wie Reis werden davor geschützt, ungewollt Flüssigkeit aufzunehmen.
  Eine andere Möglichkeit ist die, dass SAP als Feuchtigkeitsregulierer in der Landwirtschaft eingesetzt wird. Anders als bei den Babywindeln, hat man hier eine Möglichkeit gefunden, dass das SAP ganz automatisch die aufgenommene Flüssigkeit langsam wieder an die Wurzeln der Pflanzen abgibt. So kann man viel Wasser einsparen und die Gefahr, dass Pflanzen überwässert werden, sinkt. Außerdem kann das Natriumpolyacrylat auch da eingesetzt werden, wo sonst gar kein oder kaum Wasser in Form von Regen vorhanden ist, wie z.B. in Ägypten oder Israel.
  Zusätzlich wird der Superabsorber in der Kosmetik und Medizin verwendet. Er wird dort als Gel für Haargel oder auch Kühlgel eingesetzt. Er kann auch so z.B. in Verbänden überschüssiges Blut von Wunden aufnehmen und binden.

• Bestimme die Namen der gezeigten Polymere und deren Monomere.

  Tipps

  Zähle zunächst die Anzahl der C-Atome im Monomer.

  Beachte, dass bei Polymeren Doppelbindungen der Monomere gespalten werden.

  Das Polymer setzt sich aus vielen Monomeren zusammen, weshalb der Name des Polymers dem Namen des Monomers ähnelt.

  Lösung

  Neben dem Polymer des Natriumpolyacrylats gibt es noch eine Menge andere Polymere. Die in dieser Aufgabe behandelten Polymere sind nur ein sehr kleiner Teil. Das Polymer Polyethylen besteht aus dem Monomer Ethen, die durch radikalische Polymerisation miteinander verknüpft wurden. Polyethylen ist der meistgenutzte (Standard)-Kunststoff und er befindet sich vor allem in Behältern oder Tüten.
  Beim nächsten Polymer handelt es sich um Polytetrafluorethylen oder kurz Teflon. Teflon ist ein unverzweigtes, linear aufgebautes Polymer. Es wird vor allem bei Pfannen oder in der Raumfahrt aufgrund seiner Reaktionsträgheit eingesetzt, denn dieser Stoff wird nicht mal von Königswasser angegriffen. Es ist hitzebeständig und hat eine geringe Oberflächenspannung.
  Bei Polyvinylchlorid handelt es sich um einen thermoplastischen Kunststoff. Viele bezeichnen ihn nur als PVC. Er wird vor allem bei Fußbodenbelägen, Rohren oder auch für Schallplatten eingesetzt.

• Erkläre, wie das Absorptionsvermögen von Superabsorbern (SAP) zustande kommt.

  Tipps

  Überlege, ob Carboxygruppen polar oder unploar sind?

  Natrium-Ionen sind positiv geladen.

  Lösung

  Superabsorber bestehen aus Acrylsäuremonomeren und Natriymacrylat. Allgemein besteht die Aussage, dass je salzhaltiger die aufzunehmende Lösung ist, desto geringer ist das Absorptionsvermögen. D.h., dass destilliertes Wasser viel besser aufgenommen werden kann als eine 5%-ige Kochsalzlösung, da in dieser schon viele Natrium-Ionen gelöst sind.
  Im destillierten Wasser sind keine Ionen gelöst. Deshalb werden zunächst die Natrium-Ionen aus dem SAP bei Kontakt gelöst. Zurück bleiben Polyanionen. Dies sind Teilchen aus mehreren Atomen desselben Elements, die sich zusammengeschlossen haben und zusammen eine negative Ladung besitzen.

• Bestimme die verschiedenen Namen der Acrylsäure.

  Tipps

  Zähle die Anzahl der C-Atome.

  Überlege, wie die funktionelle Gruppe $R-CH=CH_2$ heißt.

  Am Ende der Namen steht immer „-säure".

  Lösung

  Acrylsäure ist ein sogenannter Trivialname. Das sind Bezeichnungen für Dinge, die nicht einer offiziellen Systematik, wie z.B. IUPAC, entsprechen.
  Acrylsäure heißt demzufolge chemisch richtig Propensäure. prop, weil im Molekül drei C-Atome vorkommen. Das -en im Namen steht dafür, dass es sich um ein Alken handelt, da es eine Doppelbindung besitzt. Das Wort Säure erhält das Molekül aufgrund der Carboxylgruppe $COOH$.
  Ein weiterer Name für die Acrylsäure ist die Ethylencarbonsäure. Die Ethylengruppe ist die $R-CH=CH_2$ Gruppe. Es handelt sich auch hier um eine Carbonsäure aufgrund der Caboxylgruppe.
  Ein weiterer Name ist die Vinylcarbonsäure. Vinyl ist dabei nur ein neuerer Begriff für Ethylen.