(SAP) SÜPER EMİCİ POLİMER ÖZELLİKLERİ

Süper Emici Polimer (SAP)

Süper emici polimerler, ağırlıklarının yüz katından fazla sıvıyı çok hızlı emebilen ve basınç altında sıvıyı bırakmayan, toksik olmayan polimerlerdir (Şekil 2.13). Bu polimerler bebek bezi, yetişkin bezleri, kadın hijyen ürünleri, emici tıbbı giysiler, tarımsal uygulamalar ve diğer endüstriyel uygulamalarda kullanılmaktadırlar. Bebek bezlerinde kullanımı ile bezlerin sıvı tutma kapasitesini artırmakta ve selüloz kullanım oranını azaltarak bezin daha ince yapıya sahip olmasını mümkün kılmaktadır.

SAP’ler ilk olarak 1960 yılında Amerika’da geliştirilmiştir. 1970 yılında ilk SAP “superslurpers” adıyla tarım ve bahçecilik alanında kullanılmak üzere piyasaya sürülmüştür. Bebek bezlerinde ilk kez 1982 yılında SAP kullanılmaya başlanmıştır.

Günümüzde büyük pazar payına sahip kullan at hijyenik ürünlerde kısmen nötralize edilmiş poliakrilik asitten elde edilen SAP’ler, kullanım alanlarına ve üretim şekillerine göre farklı partikül büyüklüklerinde elde edilmektedir. Farklı büyüklükteki SAP örneklerinin kuru ve ıslak haldeki görüntüleri Şekil 2.14’te verilmiştir.

SAP üretimini gerçekleştiren firmaların başlıcaları; BASF (Almanya), KAO (Japonya), Nippon (Japonya), Evonik (Almanya), Sumitomo Seika (Japonya), SanDia (Japonya), Degussa AG (Almanya), Formasa Plastics (Tayvan), Arkema (Fransa)’dır.

Bebek bezinde kullanılan SAP’lerin beyaz renkli, 150-600 mikron partikül büyüklüğünde, yüksek emme ve sıvı tutma kapasitesi olan, basınç altında sıvı emme ve tutma özelliği devam eden, pH 6-6,5 ve maksimum % 6 neme sahip olmaları gerektiği bilgilerine ulaşılmıştır.

SAP Genel Özellikleri

SAP’ler hidrofilik (suyu seven) özelliğine sahiptirler. Kuru iken gevşek ve dolaşık haldeki polimer zincirleri, sıvıyla temas ettiklerinde birbirlerinden uzaklaşmakta, ancak zincirler birbirlerine çapraz bağlarla bağlandıkları için tam ayrılma veya çözünme gerçekleşmemektedir. Bu sayede şişerek kendi ağırlıklarının yüzlerce katı kadar sıvı tutabilme özelliği görülmektedir.

Polimerin tutabildiği sıvı miktarı; polimeri oluşturan monomerlerin yapısı, polimerdeki çapraz bağların yoğunluğu ve polimerin elektriksel yükü gibi özelliklere bağlıdır. Ayrıca polimerle temas eden sıvının iyon miktarı da etkilidir. Örneğin SAP ağırlığının 800 katı kadar saf suyu tutabilirken musluk suyuyla temas ettiğinde ağırlığının 300 katı kadar su tutabilmektedir. Süper emici polimerler % 0,9 tuzlu su karışımında ise ağırlığının 50 katı kadar sıvıyı emebilmektedir.

SAP’ler sıvıyı bünyelerine hapsettikçe şişmekte, jelleşmekte ancak hapsettikleri sıvıyı basınç altında dahi geri vermemektedir. Bu özellikleriyle bebek bezlerinde kullanımları oldukça avantajlıdır. Şekil 2.15’te SAP’lerin su ile reaksiyonu görselleri verilmiştir.

SAP Şişme Mekanizması

SAP’in serbest yüzey koşullarında % 0,9 tuzlu suda emme miktarı “şişme kapasitesi” olarak tanımlanmaktadır.

Bebek bezlerinde SAP olarak sodyum poliakrilat kullanılmaktadır. Bu polimerin ana gövdesini suyu seven karboksilik asit (COOH¯) grupları oluşturmaktadır. SAP’a su eklendiğinde, polimer-çözücü etkileşimi meydana gelmekte sonrasında hidrasyon ve hidrojen bağları oluşmaktadır (Elliot 2004). Oluşan SAP ağı Şekil 2.16’da verilmiştir.

Hidrasyon

Hidrasyon, çözünen maddenin iyonları ile çözücü maddenin molekülleri arasında oluşan etkileşim olarak tanımlanmaktadır.

Sodyum poliakrilat polimeri sodyum (Na+ ) ve karboksilat (COOˉ) iyonlarına sahiptir. Nötr olan polimer, su ya da sulu çözeltilerle temas ettiğinde yapısındaki bu artı ve eksi yükler su molekülleriyle etkileşime girmekte, su molekülündeki, artı yüklü hidrojen atomları ile eksi yüklü oksijen atomunun yoğunlaştığı bir moleküle dönüşmektedir (Bilgici 2016). Şekil 2.17’de COOˉ ile Na+ iyonlarının polar su moleküllerini çekmesi şematik olarak görülmektedir.

Hidrojen Bağları

Hidrojen bağları moleküller arası elektrostatik etkileşimler olarak tanımlanmaktadır. Moleküllerdeki hidrojen atomlarının N, F, O gibi hafif elektronegatif atomlara bağlanmasından meydana gelmekte, hidrojen atomları komşu elektronegatif atomlar üzerindeki serbest elektron çiftlerini etkilemektedir.

Su içerisinde hidrojen elektronlarını çeken elektronegatif oksijen atomları molekül içerisinde dipol bağlarını oluşturmakta; pozitif yüklü hidrojen atomları diğer su molekülündeki serbest oksijen çiftlerini çekmektedirler. Su molekülü içinde oluşan hidrojen bağları Şekil 2.18’de şematik olarak görülmektedir.

SAP’lerin Suda Çözünmeden Şişmesi

Suyun oksijen atomuyla etkileşime giren Na+ iyonları suda çözünerek zincirden ayrılmakta, polimer zincirleri üzerinde kalan COOiyonları aynı yüklü oldukları için elektrostatik kuvvetle birbirlerini itmeye başlamaktadır. Böylece polimer yumağı genişlemekte ancak zincirler arasında ağ oluşumunu sağlayan çapraz bağlar sayesinde polimer suda çözünmemektedir. Genişleyen polimer yumağı, içine daha fazla su alabilmekte, zincir üzerindeki COOiyonları su molekülleriyle etkileşime girdiği için polimer zincirleri arasına giren su polimer tarafından tutulup hapsedilmektedir.

Osmotik Basınç ve İyonik Sıvı İçinde Şişme

Süper emici polimerin iyonik sıvıda şişmesi daha farklı gerçekleşmektedir. Polimer zincirinden ayrılan Na+ iyonları polimer ağı içinde serbest olarak hareket ederken zayıf da olsa polimer zincirlerindeki COO tarafından çekildikleri için polimer ağını terk edememektedirler. Bu nedenle polimer ağındaki iyon yoğunluğu, polimerin bulunduğu ortamdaki yoğunluktan daha yüksek olmakta, bu yoğunluk farkına bağlı olarak da su az yoğun ortamdan çok yoğun ortama hareket etmekte ve polimer zincirlerinin arasına girmekte, böylece polimer şişmektedir.

Çapraz Bağların ve Nötralizasyonun Şişmeye Etkisi

Çapraz bağ yoğunluğu azaldıkça polimerin şişme kapasitesi artmaktadır. Nötralizasyon derecesinin (Dn) artışı da şişme kapasitesini artırmaktadır (Şekil 2.20).

SAP’lerde Çapraz Bağlanma

Süper emici polimer üretiminde çapraz bağlama kitlesel çapraz bağlama ve yüzey çapraz bağlama olmak üzere iki türlü yapılmaktadır.

Kitlesel Çapraz Bağlama

Çapraz bağlanma iki veya daha fazla küçük moleküllü makromolekülü birbirine bağlamak için uygulanmakta olup polimerizasyon aşamasında yapılmaktadır.

SAP üretiminde yaygın olarak kovalent çapraz bağ kullanılmaktadır. Çapraz bağlar, iki veya daha fazla polimerleşebilen çift bağ içeren organik moleküllerdir. Bu moleküller polimer zincirinin omurgasına dahil edilmekte ve polimerizasyon reaksiyonu boyunca büyümektedirler (Şekil 2.21).

Yüzey Çapraz Bağlama

SAP’nin şişme hızı ve basınç altında sıvı tutması partiküllerin dış yüzeyine çapraz bağlayıcı uygulayarak geliştirilmiştir. Yüzey çapraz bağlayıcılar kurutulmuş, öğütülmüş ve boyutlandırılmış SAP partikülleri üzerine son işlem olarak uygulanmaktadır. Partiküllere çapraz bağlayıcı görevi gören solüsyon uygulanıp ısıl işleme tabi tutulmaktadırlar. Bu işlem sonucunda partikülün dış yüzeyinde çapraz bağlayıcı yoğunluğu artmakta ve merkez-kabuk şeklinde adlandırılabilmektedir. Partikülün merkezinde düşük yoğunlukta çapraz bağlanma görülürken yüzeyindeki kabuk bölgesinde yüksek yoğunlukta çapraz bağlayıcı görülmektedir (Şekil 2.22).

SAP partiküllerinin yüzeyine çapraz bağlama, ürüne istenen özellikleri vermede çok önemlidir. İyi kalitede bir polimere farklı kaplama çözeltisi ve çapraz bağlayıcı ile farklı performans karakteristikleri kazandırılabilmektedir.

SAP Kullanımının Güvenliliği ve Yararları

Yapılan kapsamlı testler ve araştırmalar sonucunda hijyen ürünlerinde SAP kullanılması güvenli ve etkili bulunmuştur. Doktorlar ve bilim insanları yapılan araştırmaları incelemiş ve SAP’lerin güvenliği olduğunu teyit etmişlerdir.

SAP kullanımının güvenliği ve kullanım yararları toksikoloji, genel tıp, hemşirelik ve pediatri tarafından onaylanmıştır. Kişisel hijyen ürünlerinde SAP kullanımı sağlık, hijyen, çevre ve kullanım rahatlığı açısından bakıcı ve kullanıcılara büyük yarar sağlamıştır.

Bebek bezlerinde SAP kullanımı üzerine yapılan araştırmalarda SAP kullanımının avantajları çok sayıda çalışmada yayınlanmıştır.

Yapılan bir araştırmada bebek bezlerinde SAP kullanımı ile bebeklerde görülen pişik oranı ve şiddetinin azalması arasında bir korelasyon olduğu kanıtlanmıştır. Bebek bezlerinde SAP kullanımı öncesinde ve sonrasında yapılan klinik çalışma sayıları karşılaştırıldığında SAP kullanımı sonrasında bebek bezi kaynaklı pişiklerinin %50 azaldığı bilgisine ulaşılmıştır.

Başka bir araştırmada kullan at bebek bezlerinde SAP kullanımının bebeklerde görülen cilt tahrişi şiddetini ve pişik oranını azalttığı ayrıca bez tasarımı ve üretimindeki mühendislik yaklaşımıyla gerçekleştirilen yeniliklerin cilt tahrişi ve pişik oranını ciddi oranda düşürdüğü ifade edilmiştir. Bebek bezi yapısındaki yeniliklerle kumaş bebek bezinden başlayarak selüloz içerikli ilk kullan at bebek bezi, SAP içeren ilk kullan at bebek bezi, SAP içeren tasarımına ve üretimine yenilikler eklenen kullan at bebek bezi (1987-1993 ve 1993-1996) dönemlerinde bebeklerde görülen cilt tahrişi şiddeti ve pişik oranındaki düşüşler Şekil 2.23’teki grafikte verilmiştir.

Başka bir araştırmada bebek bezlerinde SAP kullanımıyla bebeğin kuru hissetmesi ve bezin kalınlığı incelerek daha konforlu bir kullanım sağlandığı ifade edilmiş, bu durumun bebeklerin gece uykularının bölünmesinde ciddi oranda azalma sağladığı bilgisine ulaşılmıştır.

Günümüzde bebek bezlerinde kullanılan SAP idrarı emip bünyesine hapsetmekte ve basınç altında bile sıvıyı geri vermeyerek cildin kuru kalmasını sağlamaktadır. Yapılan çalışmalarda da bebek bezlerinde SAP kullanımıyla bebek cildinin ıslak kalmasının ciddi oranda azalma gösterdiği ispatlanmıştır. Ayrıca SAP’lerin sıvıyı emip hapsederek yüksek basınç altında bile geri vermemesi bebeklerin hareketliyken bile ıslak hissetmemesini sağlamaktadır.

Bebek cilt sağlığında pH değerinin önemli rolü bulunmaktadır. Bebek bez bölgesinde idrar ve dışkı karışımının pH değeri epidermal koruyucuya zarar veren enzim aktivasyonunda önemli bir etkendir. Yapılan araştırmalarda eski tip kumaş bebek bezi ve SAP içermeyen kullan at bebek bezlerinin bebek cilt yüzeyinde daha yüksek pH değerine neden olduğu bilgisine ulaşılmıştır. SAP içeren bebek bezlerinin ise daha düşük pH değerine ulaşılmıştır. Buradan SAP’ lerin pH değerini düşürmeye yardımcı olarak daha sağlıklı cilt yüzeyi sağladığı bilgisine varılmaktadır. Tablo 2.1’de farklı bebek bezlerinde bezli ve bezsiz bölgelerin pH değer farkları verilmiştir.

Bebek bezi tipi	Bezli ve bezsiz bölge arası pH farkı
Eski tip kumaş bebek bezi	+1,16
SAP içermeyen eski tip kullan at bebek bezi	+0,90
SAP içeren kullan at bebek bezi	+0,59

Yapılan başka bir araştırmada bebeklerde bez kullanılan bölgelerde yüksek pH ve hidrasyon görüldüğüne ulaşılmıştır. Yenidoğan bebeklerde bezli bölge 6,2-6,8 pH değeri verirken bezin dışındaki bacak bölgesinde 5,2-5,5 pH değeri görüldüğü rapor edilmiştir. pH değerindeki bu artış cilt tahrişi, pişik ve egzamaya neden olmaktadır. Emici ürün cildi kuru bırakıp ıslak hissettirmezse daha sağlıklı, yani düşük pH değerleri gözlenmekte olduğu ifade edilmiştir. Ayrıca bu araştırmada süper emici polimerlerin bebek bezlerinde kullanılmaya başlanmasıyla büyük bir adım atıldığı ve yüksek emicilik ve sağlıklı cilt sağlandığı belirtilmiştir.

SAP Süper Emici Polimer Kullanım Alanları

• Çevre düzenlemesi, çimlendirme yapay torf üretiminde
• Köklendirme, fidecilikte
• Toprak+gübre karışımlarında
• Topraksız tarımda ve dekoratif amaçlı
• Çelenk ve buketlerdeki kesilmiş çiçeklerin uzun süre canlı tutulmasında
• Bebek bezi, kadın bağı, günlük ped, yaşlı-hasta bezlerinde
• Ameliyathanelerde, emici tamponlarda
• Bandajlarda, kanı absorbe etmede, yavaş salınımlı ilaçlarda
• Soğutucularda, buz kaplarında
• Petrokimyada,
• Madencilikte,
• Atık suların absorbe edilmesi, ağır metal iyonlarının saklanmasında
• Tünel, havuz gibi su yalıtımı gerektiren yerlerde
• Yangın geciktiricilerde,
• Elektrik kablolarının su ve alev yalıtımı
• Et ve deniz ürünlerinin paketlerindeki su ve kanın emilmesinde,
• Sebzelerin nemli tutulmasında,
• Çeşitli kozmetik ürünlerinde.