聚丙烯酸钠

本Valsler

本周，Kat Arney提供了一个保证白色圣诞节的快速方法——你只需要大量的尿布……

Kat Arney

一次性尿布和假雪之间不太可能有联系:化学物质聚丙烯酸钠，一种由长链重复的丙烯酸亚基连接在一起组成的聚合物。在干粉形态下，带正电的钠离子被紧紧地束缚在聚丙烯酸酯链的笼子里，由聚合物骨架上悬挂的带负电的羧基保持紧密。但是加入水，相互作用就改变了。被正电荷取代氢水中的离子，钠离子可以自由移动紧密组织的聚合物链开始散开。然而，它们不会完全分离和溶解，而是形成坚硬、肿胀的凝胶。这种巧妙的化学反应意味着聚丙烯酸钠可以吸收并锁住大量的水——在自来水(含有其他金属离子与氢离子竞争)的情况下，其质量高达其质量的300倍，或高达无离子蒸馏水质量的800倍。

高吸水性聚合物，如聚丙烯酸钠，是美国农业部在20世纪60年代末为了寻找更有效地保持土壤水分的方法而首次开发出来的。早期的尝试是基于淀粉——一种由葡萄糖糖分子串成长链的天然聚合物，加水后会膨胀。他们在混合物中加入了其他化学物质，如丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺和聚乙烯醇(PVA)，最终完全摆脱了淀粉主干。

最终，研究人员创造了一种聚合物，可以吸收自身重量数百倍的水，并保持在那里。相比于当时可用的卫生纸、海绵、棉絮或蓬松的木浆，这是一个很大的进步，这些纸浆只能吸收约20倍于自身重量的水。而且水很容易又逸出。

到了20世纪70年代，制造商们很快就发现了这种超强吸力聚合物的用途。首先，它们被用于卫生巾和成人失禁垫。80年代初出现了一次性纸尿裤(美国人用的是纸尿裤)，随后出现了用于工业泄漏的吸水性护垫和挡板，甚至还有为繁忙的美国宇航局(NASA)宇航员提供的吸水性套装。

如今，聚丙烯酸钠被用作发胶和其他美容产品的增稠剂，也被用于你放入冰箱的果冻填充冷敷袋。它是无毒的，所以非常安全，尽管如果它进入眼睛会引起刺激和烧伤。它也被混合到一些类型的电线涂层中，以吸走水分并保持干燥。当然，基于上世纪60年代科学家们最初的目标，聚丙烯酸钠和类似的高吸水性聚合物在农业中有很多用途，比如保持土壤或切花的水分。

但是假雪呢?当与水混合时，所得到的凝胶的性质取决于聚合物链之间交联的数量。聚丙烯酸钠和类似化合物的交联相对较少，因此凝胶可以大量膨胀并吸收大量水分。但另一种被称为“多晶硅”(polynow™)的产品有更多的交联，膨胀后会形成更紧密、更干燥的薄片，看起来更像雪，而不是尿布里那种斑点状的湿凝胶。当在电影屏幕上看到这种假雪时，实际上看起来比真雪更像雪，而且不会融化——这是电影导演在温暖的温度下拍摄冬季场景时的“雪笑话”!

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这是Kat Arney，在假节目和宇航员如厕习惯之间找到了不太可能的联系。下周，基特·查普曼将为我们带来一个不同寻常的素材，灵感来自战争……

装备查普曼

派克把材料交给了蒙巴顿勋爵，蒙巴顿勋爵非常兴奋，赶紧去找温斯顿·丘吉尔。蒙巴顿把那块冰冷的木浆扔进了首相的浴缸，让正在洗澡的首相大吃一惊。

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下周，我们将了解英国政府是如何尝试用木浆和冷冻水建造航空母舰的。在那之前，有任何建议请联系我推特@chemistryworld或电子邮件chemistryworld@rsc.org．我是本·瓦尔斯勒，感谢收看。