1.1. GeneralSuperabsorbent polymers

1.1. General
Superabsorbent polymers (SAP) are materials which can absorb
and retain a large amount of water or aqueous solutions. According
to the Global Industry Analysts, Inc. report, it is projected that
the world demand for superabsorbent polymers will reach up to 1.9
millionmetric tons in2015. The fastincrease indemand will be seen
in the developing markets and in new applications (N.A., 2010).
Superabsorbents were first developed in the US Dept. of Agriculture
by grafting acrylonitrile (AN) onto corn starch and saponifying the
product. Although at present superabsorbents consisting of fully
synthetic polyacrylic acid dominate the market because they are
cheaper to produce, research on starch-based superabsorbents is
of growing interest again (Jyothi, 2010; Zohuriaan-Mehr & Kabiri,
2008). Waste disposal concern, increasing prices of petrochemical
feed stocks as well as the desire to use renewable resources
are driving this interest. To become more competitive, high water
absorbency and higher gel strength are of great importance. The
∗ Corresponding author at: Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Chemical
Engineering Department, Groningen University, Nijenborgh 4, 9747 AG
Groningen, The Netherlands. Tel.: [phone]; fax: [phone].
E-mail address: [e-mail] (I.W. Noordergraaf).
main incentive for our research project however was to find new
applications of cassava starch. This is a renewable source of raw
material which is abundantly available and relatively cheap in Asia,
more specifically in Indonesia. Currently, the economic potential of
cassava is not fully exploited which would make the development
of possible industrial applications of particular interest (Witono,
Noordergraaf, Heeres, & Janssen, 2012).
Superabsorbent materials consist of crosslinked hydrophilic
polymer chains forming a 3-dimensional network structure.
Both starch and vinyl monomers like acrylic acid, acrylamide,
acrylonitrile and polyvinyl alcohol (PVA) are of interest as they
contain a number of hydrophilic functionalities in their structure
like hydroxyl and carboxyl groups. Ample literature reports and
both older and recent patents (Chambers, 2010; Masuda, Nishida,
& Nakamura, 1978) can be found on superabsorbent production
based on starches, e.g. from wheat, corn or potato (Athawale & Lele,
2000; Athawale & Lele, 2001; Hashem, Afifi, El-Alfy, & Hebeish,
2005; Masuda et al., 1978; Qunyi & Ganwei, 2005; Weaver et al.,
1977; Wu, Wei, Lin, & Lin, 2003). The use of cassava starch for
this application is relatively novel since only few reports have
appeared so far (Lanthong, Nuisin, & Kiatkamjornwong, 2006;
Parvathy & Jyothi, 2012; Sangsirimongkolying, Damronglerd, &
Kiatkamjornwong, 1999). Also, many papers deal with the indirect
synthesis involving the grafting of starch with acrylonitrile or acrylamide
followed by a hydrolysis reaction. Direct grafting of acrylic
acid onto starch would eliminate the necessity of this second
0144-8617/$ – see front matter © 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.
http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.12.056
326 J.R. Witono et al. / Carbohydrate Polymers 103 (2014) 325–332
Fig. 1. Schematic view of a cross-linked polymer network (Buchholz & Graham,
1998).
process step, thus simplifying the synthetic route considerably.
The process of Sanyo Chemical Industries as patented by Masuda
et al. (1978) was based on this route but has not been a commercial
success probably for economic reasons of the time.
In the present study, direct grafting of acrylic acid onto
gelatinized cassava starch was performed in the presence of a
crosslinker (N,N
-methylenebisacrylamide) using Fenton’s initiation
system (Fe2+/H2O2). This initiator has the advantage of being
cheap, non-toxic and of operating at mild conditions (40 ◦C, atmospheric
pressure). Also, the system is probably easier to scale
up than irradiation initiation methods like those used by Hèrold,
Fouassier, and Cedex (1981) andKiatkamjornwong, Mongkolsawat,
and Sonsuk (2002). Because of the non-selective initiation, formation
of acrylic acid homopolymer is inevitable. It is likely however
that the polymerization crosslinker will incorporate a certain part
of this homopolymer into the grafted network. The hydrogel
product was analyzed to determine the efficiency of the grafting
reaction. Furthermore, product properties like the capacity to
absorb and retain water at different ratios of starch to monomer,
various levels of crosslinking and at various degrees of neutralization
were determined. A large capacity to absorb water is reported
in many papers, but measuring the potential of starch based materials
to retain the absorbed water under conditions that exert
mechanical force on the material is a novel aspect of this work.
Also, no inorganic fillers like clays were used. The method to assess
the retention potential under force was newly developed.
An unexplored aspect of starch based superabsorbents is the
kinetics of water absorption. The mathematical analysis of the
absorption behavior results in valuable insight into the factors that
determine the rate of water penetration into the gel.
1.2. Mechanisms of swelling in hydrogel copolymer
Grafting acrylic acid onto starch in the presence of a polymerization
crosslinker leads to the formation of a polymer network that is
loaded with negative charged –COO− groups, as shown schematically
in Fig. 1. Due to electrostatic repelling interactions, the chains
stretch out thereby providing spaces inside the polymer networks
which can absorb and retain a large volume of water or aqueous
solutions, e.g. human body fluids. Moreover, the hydroxyl groups
from starch and carboxyl groups from acrylic acid are hydrophilic
and have a high affinity for water. The crosslinking of the polymer
chains, e.g. with N,N
-methylenebisacrylamide is essential to the
formation of a network in order to make the copolymer insoluble
in the aqueous environment. It does restrict the expansion capability
of these networks but increases the mechanical strength of
the gel, which are conflicting demands in fact. From literature it is
known (Buchholz & Graham, 1998) that the level of crosslinking
must thus be optimized against these demands.
Neutralization by adding sodium hydroxide replaces H+ ions of
carboxylic groups by Na+. Upon contact with water these sodium
ions are hydrated which reduces their attraction to the carboxylate
ions. This allows the sodium ions to move more freely inside the
network, which contributes to the osmotic driving force for the
diffusion of the water into the gel. As such, neutralization increases
the water absorption capacity.
1.3. Kinetic analysis of water sorption: theory and literature
overview
In relation with the intended application of the product as a
superabsorbent, swelling kinetics is an important part of this work.
When a copolymer gel is immersed in water,the water diffuses into
the polymer matrix and the material starts swelling. The migration
of water into dynamically formed spaces between macromolecule
chains continues until it reaches the equilibrium state. Extensive
reviews have been published on the mechanism of water diffusion
into swellable polymers. Generally, the mathematics that governs
the mass transport phenomena by diffusion is based on Fick’s second
law. The basic form is given by Eq. (1):
∂C(x,t)
∂t = D ∂2C(x,t)
∂x2 (1)
where C is the concentration, x the distance parameter, t the time
and D is the diffusion coefficient of water into the polymer matrix.
For diffusion into a cylinder and sphere, the parameter x in Eq.
(1) is replaced by the radial distance:
∂C
∂t = 1
r
∂
∂r
rD ∂C
∂r
(2)
where r is the radius of cylinder or sphere.
Crank (1975) derived analytical solutions for many materials,
shapes and conditions, based on Fick’s law. However, he indicated
that this model cannot describe the system satisfactory when diffusing
molecules cause an extensive swelling of the material in
which case the ability of the network to swell may become the
limiting factor. That situation is characteristic for many industrial
polymer superabsorbents and foodstuff applications but has not
really been explored yet for starch based absorbents.
An extension of the Fick’s law to compensate for this swelling,
was proposed by Crank (Crank, 1975) and followed by other authors
(Alfrey, Gurnee, & Lloyd, 1966; Camera-Roda & Sarti, 1990; De
Kee, Liu & Hinestroza, 2005; Franson & Peppas, 1983; Frisch, 1980;
Fuhrmann, 1979; Puri, Liu, & De Kee, 2008; Rogers, 1985). The mass
transport in macromolecular material involves a complex process,
which can be influenced among others by the internal structure of
the polymer (De Kee et al., 2005; Franson & Peppas, 1983), glass
transition temperature (Wikipedia, 2011), effects of swelling and
relaxation and the retardation time of the polymer matrix (Puri
et al., 2008),the chemical nature ofthe diffusing molecules (Rogers,
1985) and mechanical deformation (De Kee et al., 2005).
The diffusion behavior of water into polymers networks can be
divided into three basic classes, based on the relative rates of diffusion
and polymer relaxation. Case I: Fickian diffusion in which the
rate of transport is much lower than the relaxation of the polymer
chains. Case II: diffusion is very rapid compared with the relaxation
process. Then the rate of water movement is determined
by this relaxation, or the restrictions imposed by the network
swelling capability. There is also an intermediate case: non-Fickian
or anomalous diffusion, which occurs when the diffusion and relaxation
rates are comparable. To cope with these situations, a more
general model has been proposed (Bajpai & Johnson, 2005; Frisch,
1980; Uzüm, ˝ Kundakci, & Karadag, ˘ 2006) which is in fact a severe
J.R. Witono et al. / Carbohydrate Polymers 103 (2014) 325–332 327
simplification of Eq. (2), in the form of an empirical power law
equation:
Mt
M∞
= ktn (3)
where Mt is the

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

1.1. ทั่วไปโพลิเมอร์ superabsorbent (SAP) เป็นวัสดุที่สามารถดูดซับและรักษาน้ำหรือโซลูชั่นอควีจำนวนมาก ตามรายงานอุตสาหกรรมส่วนกลางนักวิเคราะห์ inc เป็นการคาดการณ์ที่ต้องโลกสำหรับโพลิเมอร์ superabsorbent จะถึงถึง 1.9millionmetric ตัน in2015 จะเห็น fastincrease indemandในประเทศกำลังพัฒนา และ ในการใช้งานใหม่ (N.A., 2010)Superabsorbents ถูกพัฒนาครั้งแรกในเราฝ่ายเกษตรโดย grafting acrylonitrile (AN) ลงบนแป้งข้าวโพด และ saponifyingผลิตภัณฑ์ แม้ว่าในปัจจุบัน superabsorbents ประกอบด้วยทั้งหมดกรดสังเคราะห์ polyacrylic ครองตลาดเนื่องจากมีราคาถูกกว่าการผลิต วิจัยใช้แป้ง superabsorbentsอันเติบโตอีก (โชติ 2010 Zohuriaan Mehr & Kabiri2008) . ความกังวลทิ้งเสีย เพิ่มราคาของปิโตรเคมีหุ้นอาหารตลอดจนความต้องการใช้ทรัพยากรหมุนเวียนกำลังขับรถสนใจนี้ จะเป็น น้ำสูง แข่งขันabsorbency และความแรงเจลสูงมีความสำคัญมาก ที่ผู้เขียน Corresponding ∗ใน: คณะวิชาคณิตศาสตร์และธรรมชาติวิทยา เคมีภาควิชาวิศวกรรม โกรนิงเกนมหาวิทยาลัย Nijenborgh 4, 9747 AGโกรนิงเกน เนเธอร์แลนด์ โทรศัพท์: 31 503638366/4484 โทรสาร: 503634479 31ที่อยู่อีเมล: (I.W. Noordergraaf) ใน [e-mail]หลักการจูงใจสำหรับโครงการวิจัยของเราได้อย่างไรก็ตาม ในการค้นหาใหม่ใช้แป้งมันสำปะหลัง เป็นแหล่งของวัตถุดิบทดแทนวัสดุที่มีอุดมสมบูรณ์ และราคาถูกค่อนข้างในเอเชียอื่น ๆ โดยเฉพาะในอินโดนีเซีย ในปัจจุบัน ศักยภาพทางเศรษฐกิจของมันสำปะหลังจะไม่ทั้งหมดสามารถที่จะทำให้การพัฒนาประยุกต์เป็นอุตสาหกรรมที่สนใจโดยเฉพาะ (WitonoNoordergraaf, Heeres, & Janssen, 2012)ประกอบด้วยวัสดุ superabsorbent crosslinked hydrophilicโซ่พอลิเมอร์ขึ้นรูปโครงสร้างเครือข่าย 3 มิติแป้งและไวนิล monomers เช่นกรดอะคริลิค อะคริลาไมด์acrylonitrile และโพลีไวนิลแอลกอฮอล์ (PVA) ที่น่าสนใจเหล่านั้นประกอบด้วยจำนวนฟังก์ชัน hydrophilic ในโครงสร้างเช่นกลุ่มไฮดรอกซิลและ carboxyl รายงานประกอบการที่กว้างขวาง และสิทธิบัตรล่าสุด และรุ่นเก่า (แชมเบอร์ส 2010 สึดะ Nishidaและมุระ 1978) สามารถพบได้ในการผลิต superabsorbentตามสมบัติ จากข้าวสาลี ข้าวโพด หรือมันฝรั่ง (Athawale & Lele2000 Athawale และ Lele, 2001 Hashem, Afifi เอ Alfy, & Hebeish2005 สึดะ et al., 1978 Qunyi & Ganwei, 2005 ช่างทอผ้า et al.,1977 วู Wei หลิน และ หลิน 2003) การใช้แป้งมันสำปะหลังสำหรับโปรแกรมประยุกต์นี้เป็นนวนิยายค่อนข้างเนื่องจากมีเพียงบางรายงานปรากฏดังไกล (ลานทอง Nuisin, & Kiatkamjornwong, 2006Parvathy และโชติ 2012 Sangsirimongkolying, Damronglerd, &Kiatkamjornwong, 1999) ยัง เอกสารหลายเรื่องที่ทางอ้อมสังเคราะห์สารที่เกี่ยวข้องกับ grafting แป้งด้วย acrylonitrile หรืออะคริลาไมด์ตาม ด้วยปฏิกิริยาไฮโตรไลซ์ ตรง grafting ของอะครีลิคกรดลงบนแป้งจะขจัดความจำเป็นในวินาทีนี้0144-8617 / $ – ดูหน้าเรื่อง © 2013 Elsevier จำกัด สงวนลิขสิทธิ์ทั้งหมดhttp://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.12.056326 J.R. Witono et al. / โพลิเมอร์คาร์โบไฮเดรต 103 (2014) 325-332Fig. 1 ดูมันของเครือข่ายพอลิเมอร์ cross-linked (ลทรีและแกรแฮม1998)กระบวนการขั้นตอน ทำ ให้กระบวนการสังเคราะห์มากกระบวนการอุตสาหกรรมเคมี Sanyo จดสิทธิบัตร โดยสึดะet al. (1978) เป็นไปตามเส้นทางนี้ แต่ไม่ได้เป็นการค้าความสำเร็จคงเหตุผลทางเศรษฐกิจแล้วในการศึกษาปัจจุบัน ตรง grafting ของกรดอะคริลิคบนแป้งมันสำปะหลัง gelatinized ทำหน้าแบบcrosslinker (N, N-methylenebisacrylamide) โดยใช้การเริ่มต้นของ Fentonระบบ (Fe2 + /mts H2O2) อุปกรณนี้มีข้อดีของการราคาประหยัด ไม่เป็นพิษ และปฏิบัติในสภาพอ่อน (40 ◦C บรรยากาศความกดดัน) ยัง ระบบได้ง่ายขึ้นอาจชั่งขึ้นกว่าวิธีการเริ่มต้นวิธีการฉายรังสีเช่นผู้ใช้ HèroldFouassier และ andKiatkamjornwong Cedex (1981) Mongkolsawatและ Sonsuk (2002) เพราะเริ่มต้นไม่ใช้ ผู้แต่งกรดอะคริลิ homopolymer เป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยง เป็นไปได้อย่างไรก็ตามpolymerization crosslinker จะรวมบางส่วนของนี้ homopolymer เป็นเครือข่าย grafted การ hydrogelผลิตภัณฑ์ถูกนำมาวิเคราะห์เพื่อกำหนดประสิทธิภาพของการ graftingปฏิกิริยาการ นอกจากนี้ คุณสมบัติของผลิตภัณฑ์เช่นความสามารถในการดูดซับ และเก็บน้ำที่แตกต่างกันอัตราส่วนของแป้งกับน้ำยาระดับต่าง ๆ ของ crosslinking และ ในองศาต่าง ๆ ของปฏิกิริยาสะเทินได้กำหนด รายงานกำลังการผลิตขนาดใหญ่เพื่อดูดซับน้ำในเอกสารหลาย แต่วัดศักยภาพของแป้งที่ใช้วัสดุการรักษาดูดซึมน้ำภายใต้เงื่อนไขที่แรงกองทัพเครื่องจักรกลบนวัสดุด้านนวนิยายของงานนี้ได้ยัง ไม่ fillers อนินทรีย์เช่น clays ถูกใช้ วิธีการประเมินเพิ่งมีพัฒนาคงเป็นไปได้ภายใต้บังคับข้อมูลด้าน unexplored superabsorbents แป้งที่ใช้เป็นจลนพลศาสตร์ของการดูดซึมน้ำ การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ดูดซึมทำงานเกิดความเข้าใจถึงปัจจัยมีคุณค่าที่กำหนดอัตราของการเจาะน้ำในเจ1.2. กลไกของการบวมในโคพอลิเมอร์ hydrogelอะครีลิคกรดลงบนแป้งในต่อหน้าของการ polymerization graftingcrosslinker นำไปสู่การก่อตัวของเครือข่ายพอลิเมอร์ที่โหลดลบคิดค่าธรรมเนียม-COO− กลุ่ม แสดง schematicallyใน Fig. 1 เนื่องจากงานโต้ตอบ โซ่ต้านทานยืดออกให้ช่องว่างภายในเครือข่ายพอลิเมอร์ซึ่งสามารถดูดซับ และเก็บไว้จำนวนมากน้ำ หรืออควีโซลูชั่น ของเหลวของร่างกายมนุษย์เช่น นอกจากนี้ กลุ่มไฮดรอกซิลจากแป้งและ carboxyl กลุ่มกรดอะคริลิเป็น hydrophilicและมีความสัมพันธ์สูงน้ำ Crosslinking ของพอลิเมอร์โซ่ เช่น มี N, N-methylenebisacrylamide เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อการก่อตัวของเครือข่ายเพื่อให้โคพอลิเมอร์ที่ไม่ละลายน้ำในสภาพแวดล้อมอควี มันจำกัดความสามารถในการขยายของเครือข่าย แต่เพิ่มความแข็งแรงเชิงกลของเจ ซึ่งมีความขัดแย้งในความเป็นจริง จากเอกสารประกอบการเรียกว่า (ลทรีและแกรแฮม 1998) ที่ระดับ crosslinkingต้องจึงปรับให้เหมาะกับความต้องการเหล่านี้เป็นกลาง โดยการเพิ่มโซเดียมไฮดรอกไซด์แทนที่ H + ประจุของกลุ่ม carboxylic โดย Na + เมื่อสัมผัสน้ำโซเดียมเหล่านี้ประจุมี hydrated ซึ่งลดความน่าสนใจ carboxylateประจุ ให้ประจุโซเดียมเพื่อย้ายข้อมูลเพิ่มเติมได้อย่างอิสระภายในเครือข่าย ซึ่งจะเป็นแรงผลักดันการออสโมติกสำหรับการแพร่ของน้ำเข้าเจ เช่น การเพิ่มขึ้นของปฏิกิริยาสะเทินกำลังดูดซึมน้ำ1.3 การดูดน้ำเคลื่อนไหววิเคราะห์: ทฤษฎีและวรรณกรรมภาพรวมในความสัมพันธ์กับแอพลิเคชันวัตถุประสงค์ของผลิตภัณฑ์เป็นการsuperabsorbent บวมจลนพลศาสตร์เป็นส่วนสำคัญของงานนี้เมื่อเจโคพอลิเมอร์จะแช่อยู่ในน้ำ น้ำ diffuses เป็นเมทริกซ์พอลิเมอร์และวัสดุเริ่มบวม การโยกย้ายน้ำในช่องว่างที่มีรูปแบบแบบไดนามิกระหว่าง macromoleculeกลุ่มอย่างต่อเนื่องจนกว่าจะถึงสถานะสมดุล อย่างละเอียดรีวิวได้ถูกเผยแพร่บนกลไกการแพร่ของน้ำในกลุ่มโพลิเมอร์ ทั่วไป คณิตศาสตร์ที่ควบคุมตามปรากฏการณ์ขนส่งมวลชน โดยการแพร่ใน Fickกฎหมาย แบบฟอร์มพื้นฐานถูกกำหนด โดย Eq. (1):∂C(x,t)∂t = D ∂2C(x,t)∂x2 (1)C คือ ความเข้มข้น x ระยะทางพารามิเตอร์ t เวลาและ D คือ สัมประสิทธิ์การแพร่ของน้ำเข้าไปในเมทริกซ์พอลิเมอร์การแพร่เป็นทรงกระบอก และทรงกลม พารามิเตอร์ x ใน Eq.(1) ถูกแทนที่ ด้วยระยะห่างรัศมี:∂C∂t = 1r∂∂rถนน ∂C∂r(2)ที่ถูกคือ รัศมีของทรงกระบอก หรือทรงกลมCrank (1975) ได้รับมาวิเคราะห์โซลูชั่นสำหรับผลิตจำนวนมากรูปร่างและเงื่อนไข ตามกฎหมายของ Fick อย่างไรก็ตาม แสดงของเขาว่า รุ่นนี้ไม่สามารถอธิบายระบบพอเมื่อ diffusingโมเลกุลทำให้เกิดการบวมอย่างละเอียดของวัสดุในซึ่งกรณีความสามารถของเครือข่ายการบวมอาจเป็นปัจจัยจำกัด สถานการณ์ที่มีลักษณะสำหรับอุตสาหกรรมมากมายพอลิเมอร์ superabsorbents และอาหารประยุกต์แต่มีไม่จริง ๆ แล้วอุดมยังสำหรับแป้งที่ใช้ absorbentsส่วนขยายของ Fick กฎหมายการชดเชยนี้บวมนำเสนอ โดย Crank (Crank, 1975) และตาม ด้วยคน(Alfrey, Gurnee และ ลอยด์ 1966 กล้อง Roda & Sarti, 1990 เดอกี หลิว & Hinestroza, 2005 Franson & Peppas, 1983 Frisch, 1980Fuhrmann, 1979 ภูริ หลิว และเดอ กี 2008 โรเจอร์ส 1985) โดยรวมกระบวนการซับซ้อน เกี่ยวข้องกับการขนส่งในวัสดุ macromolecularซึ่งอาจมีผลมาจากผู้อื่น โดยโครงสร้างภายในของพอลิเมอร์ (เดอกี et al., 2005 Franson & Peppas, 1983), แก้วเปลี่ยนอุณหภูมิ (วิกิพีเดีย 2011), ลักษณะพิเศษของบวม และพักผ่อนและเวลาชะลอของเมทริกซ์พอลิเมอร์ (ปูริร้อยเอ็ด al., 2008), ลักษณะทางเคมีของโมเลกุล diffusing (โรเจอร์สปี 1985) และเครื่องจักรกลแมพ (เดอกี et al., 2005)พฤติกรรมการแพร่ของน้ำเข้าไปในเครือข่ายของโพลิเมอร์ได้แบ่งออกเป็นสามชั้นพื้นฐาน ตามราคาสัมพัทธ์ของแพร่และเป็นพอลิเมอร์ I:กรณีแพร่ Fickian ที่การอัตราการขนส่งถูกมากต่ำกว่าผ่อนของพอลิเมอร์โซ่ กรณีที่ II: แพร่ได้อย่างรวดเร็วมากเมื่อเทียบกับการผ่อนคลายกระบวนการ แล้วกำหนดอัตราของการเคลื่อนไหวของน้ำโดยการผ่อนคลายนี้ หรือข้อจำกัดที่กำหนด โดยเครือข่ายความบวม นอกจากนี้ยังมีกรณีกลาง: ไม่ Fickianหรือ แพร่ anomalous ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อการแพร่และผ่อนคลายราคาถูกสามารถเปรียบเทียบได้ เพื่อรับมือกับสถานการณ์เหล่านี้ อื่น ๆรุ่นทั่วไปมีการนำเสนอ (Bajpai & Johnson, 2005 Frisch1980 Uzüm ˝˘ Kundakci, & Karadag, 2006) ซึ่งในความเป็นจริงเป็นความรุนแรงJ.R. Witono et al. / โพลิเมอร์คาร์โบไฮเดรต 103 (2014) 325-332 327รวบ Eq. (2), ในรูปแบบของกฎหมายการใช้พลังงานรวมสมการ:MtM∞= ktn (3)Mt อยู่

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

1.1 ทั่วไปโพลีเมอ superabsorbent (SAP) เป็นวัสดุที่สามารถดูดซับและเก็บรักษาเป็นจำนวนมากน้ำหรือสารละลาย ตามไปที่นักวิเคราะห์อุตสาหกรรมทั่วโลกอิงค์รายงานก็เป็นที่คาดการณ์ว่าความต้องการของโลกสำหรับโพลิเมอร์superabsorbent จะเข้าถึงได้ถึง 1.9 ตัน millionmetric in2015 InDemand fastincrease จะเห็นได้ในการพัฒนาตลาดและในการใช้งานใหม่(NA, 2010). Superabsorbents ถูกพัฒนาขึ้นเป็นครั้งแรกในภาควิชาเกษตรของสหรัฐฯโดยการปลูกถ่ายอวัยวะAcrylonitrile (เป็น) ลงบนแป้งข้าวโพดและ saponifying สินค้า แม้ว่าในปัจจุบัน superabsorbents อย่างเต็มที่ซึ่งประกอบด้วยกรด polyacrylic สังเคราะห์ครองตลาดเพราะพวกเขาจะถูกกว่าการผลิตการวิจัยเกี่ยวกับsuperabsorbents แป้งที่ใช้เป็นของดอกเบี้ยที่เพิ่มขึ้นอีกครั้ง(Jyothi 2010; Zohuriaan-Mehr & Kabiri, 2008) เสียความกังวลกำจัดเพิ่มขึ้นของราคาปิโตรเคมีหุ้นฟีดเช่นเดียวกับความปรารถนาที่จะใช้ทรัพยากรหมุนเวียนกำลังขับรถที่น่าสนใจนี้ ที่จะกลายเป็นแข่งขันมากขึ้นน้ำสูงดูดซับและความแข็งแรงของเจลที่สูงขึ้นมีความสำคัญมาก ผู้เขียนที่สอดคล้องกัน * ที่คณะคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ธรรมชาติของสารเคมีในภาควิชาวิศวกรรมGroningen มหาวิทยาลัย Nijenborgh 4 9747 เอจีGroningen, เนเธอร์แลนด์ Tel .: [phone]; แฟ็กซ์: 31 503634479. ที่อยู่ E-mail: [e-mail] (IW Noordergraaf). แรงจูงใจหลักสำหรับโครงการวิจัยของเราอย่างไรก็ตามก็จะหาใหม่การใช้งานของแป้งมันสำปะหลัง นี้เป็นแหล่งที่มาของวัตถุดิบทดแทนวัสดุซึ่งเป็นพรืดที่มีอยู่และค่อนข้างถูกในเอเชียมากขึ้นโดยเฉพาะในอินโดนีเซีย ปัจจุบันที่มีศักยภาพทางเศรษฐกิจของมันสำปะหลังที่ไม่ได้ใช้ประโยชน์อย่างเต็มที่ซึ่งจะทำให้การพัฒนาของการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมเป็นไปได้ที่น่าสนใจโดยเฉพาะ(Witono, Noordergraaf, Heeres และแจนส์ 2012). วัสดุ superabsorbent ประกอบด้วยน้ำเชื่อมขวางโซ่ลิเมอร์กลายเป็นเครือข่าย3 มิติ โครงสร้าง. ทั้งแป้งและโมโนเมอร์ไวนิลเช่นกรดอะคริลิริลาไมด์, Acrylonitrile และเครื่องดื่มแอลกอฮอล์โพลีไวนิล (PVA) มีความสนใจที่พวกเขามีจำนวนของฟังก์ชันน้ำในโครงสร้างของพวกเขาเช่นเดียวกับไฮดรอกและกลุ่มcarboxyl รายงานวรรณกรรมกว้างขวางและทั้งสิทธิบัตรที่มีอายุมากกว่าและเมื่อเร็ว ๆ นี้ (Chambers, 2010; Masuda, Nishida, และนากามูระ, 1978) สามารถพบได้ในการผลิต superabsorbent ขึ้นอยู่กับแป้งเช่นจากข้าวสาลีข้าวโพดหรือมันฝรั่ง (Athawale และ Lele, 2000; Athawale และ Lele 2001; Hashem, Afifi, El-Alfy และ Hebeish, 2005. มาสุดะ et al, 1978; & Qunyi Ganwei 2005; Weaver, et al. 1977; วูเว่ยหลินและหลิน, 2003) การใช้แป้งมันสำปะหลังสำหรับโปรแกรมนี้เป็นนวนิยายเรื่องที่ค่อนข้างตั้งแต่รายงานเพียงไม่กี่ได้ปรากฏตัวขึ้นเพื่อให้ห่างไกล(Lanthong, Nuisin และ Kiatkamjornwong 2006; Parvathy และ Jyothi 2012; Sangsirimongkolying, Damronglerd และKiatkamjornwong, 1999) นอกจากนี้ยังมีเอกสารจำนวนมากจัดการกับอ้อมสังเคราะห์ที่เกี่ยวข้องกับการรับสินบนของแป้งที่มี Acrylonitrile หรือริลาไมด์ตามด้วยปฏิกิริยาไฮโดรไลซิ การปลูกถ่ายอวัยวะโดยตรงของคริลิคกรดลงบนแป้งจะกำจัดความจำเป็นของการที่สองนี้0144-8617 / $ - เห็นว่าด้านหน้า© 2013 เอลส์ จำกัด สงวนลิขสิทธิ์. http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.12 056 326 JR Witono et al, / คาร์โบไฮเดรตลีเมอร์ 103 (2014) 325-332 รูป 1. มุมมองแผนผังของเครือข่ายพอลิเมอ cross-linked (Buchholz และเกรแฮม, 1998). ขั้นตอนจึงลดความซับซ้อนของเส้นทางสังเคราะห์มาก. กระบวนการของซันโยอุตสาหกรรมเคมีเป็นสิทธิบัตรโดยมาสุดะet al, (1978) มีพื้นฐานอยู่บนเส้นทางนี้ แต่ยังไม่ได้รับการเชิงพาณิชย์ประสบความสำเร็จอาจจะด้วยเหตุผลทางเศรษฐกิจของเวลา. ในการศึกษาปัจจุบันการปลูกถ่ายอวัยวะโดยตรงของกรดอะคริลิบนแป้งมันสำปะหลัง gelatinized ได้รับการดำเนินการในการปรากฏตัวของเชื่อมขวาง(N, N - methylenebisacrylamide) โดยใช้การเริ่มต้นของเฟนตันระบบ(Fe2 + / H2O2) ริเริ่มนี้มีความได้เปรียบของการเป็นราคาถูก, ไม่เป็นพิษและการดำเนินงานในภาวะที่ไม่รุนแรง (40 ◦Cบรรยากาศความดัน) นอกจากนี้ระบบอาจจะเป็นเรื่องง่ายที่จะไต่ขึ้นกว่าวิธีการเริ่มต้นเช่นการฉายรังสีที่ใช้โดยผ้า, Fouassier และ Cedex (1981) andKiatkamjornwong, Mongkolsawat, และ Sonsuk (2002) เพราะการเริ่มต้นไม่ได้รับเลือกการก่อตัวของกรดอะคริลิ homopolymer หนีไม่พ้น มันเป็นไปได้อย่างไรที่เชื่อมขวางพอลิเมอจะรวมเป็นส่วนหนึ่งของhomopolymer นี้เข้าสู่เครือข่ายกราฟต์ ไฮโดรเจสินค้าที่ได้รับการวิเคราะห์เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของการรับสินบนปฏิกิริยา นอกจากนี้คุณสมบัติของผลิตภัณฑ์เช่นความสามารถในการดูดซับและเก็บน้ำในอัตราส่วนที่แตกต่างกันของแป้งที่จะโมโนเมอร์, ระดับต่างๆของการเชื่อมขวางและในองศาต่างๆของการวางตัวเป็นกลางได้รับการพิจารณา ความจุขนาดใหญ่เพื่อดูดซับน้ำมีรายงานในเอกสารจำนวนมากแต่การวัดศักยภาพของแป้งวัสดุที่ใช้ในการเก็บน้ำดูดซึมได้ภายใต้เงื่อนไขที่ออกแรงกลไกบังคับกับวัสดุที่เป็นลักษณะนวนิยายของงานนี้. นอกจากนี้ยังไม่มีสารอนินทรีเช่นดินเหนียวอยู่ ใช้แล้ว วิธีการในการประเมินศักยภาพการเก็บรักษาภายใต้แรงได้รับการพัฒนาขึ้นใหม่. ด้านการสำรวจของแป้งตาม superabsorbents เป็นจลนพลศาสตร์ของการดูดซึมน้ำ การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ของพฤติกรรมการดูดซึมส่งผลให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีคุณค่าเป็นปัจจัยที่กำหนดอัตราของการเจาะน้ำเข้าไปในเจล. 1.2 กลไกของการบวมในลิเมอร์ไฮโดรเจลการปลูกถ่ายอวัยวะกรดอะคริลิบนแป้งในการปรากฏตัวของพอลิเมอที่เชื่อมขวางนำไปสู่การก่อตัวของเครือข่ายพอลิเมอที่เต็มไปด้วยค่าใช้จ่ายที่เป็นลบกลุ่ม-COO- ดังแสดงแผนผังในรูป 1. เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ต้านทานไฟฟ้าสถิตโซ่ยืดออกจึงให้พื้นที่ภายในเครือข่ายลิเมอร์ที่สามารถดูดซับและเก็บปริมาณมากของน้ำหรือน้ำแก้ปัญหาเช่นของเหลวในร่างกายของมนุษย์ นอกจากนี้ยังมีกลุ่มไฮดรอกซิจากกลุ่มแป้งและ carboxyl จากกรดอะคริลิน้ำและมีความสัมพันธ์กันสูงสำหรับน้ำ เชื่อมขวางของพอลิเมอโซ่เช่นด้วย, เอ็น -methylenebisacrylamide เป็นสิ่งสำคัญที่จะก่อตัวของเครือข่ายเพื่อที่จะทำให้ลิเมอร์ที่ไม่ละลายน้ำในสภาพแวดล้อมน้ำ มันไม่ จำกัด ขีดความสามารถในการขยายตัวของเครือข่ายเหล่านี้แต่เพิ่มความแข็งแรงเชิงกลของเจลที่มีความต้องการที่ขัดแย้งกันในความเป็นจริง จากวรรณกรรมมันเป็นที่รู้จักกัน (Buchholz และเกรแฮม, 1998) ว่าระดับของการเชื่อมขวางจึงจะต้องเพิ่มประสิทธิภาพกับความต้องการเหล่านี้. วางตัวเป็นกลางโดยการเพิ่มโซเดียมไฮดรอกไซแทนที่ H + ไอออนของกลุ่มคาร์บอกซินาโดย+ เมื่อได้สัมผัสกับน้ำเหล่านี้โซเดียมไอออนเป็นไฮเดรทซึ่งจะช่วยลดดึงดูดความสนใจของพวกเขาเพื่อ carboxylate ไอออน นี้จะช่วยให้โซเดียมไอออนเพื่อย้ายอย่างอิสระมากขึ้นภายในเครือข่ายซึ่งก่อให้เกิดแรงผลักดันออสโมติกสำหรับการแพร่กระจายของน้ำเข้าไปในเจล เช่นการวางตัวเป็นกลางเพิ่มขีดความสามารถในการดูดซึมน้ำ. 1.3 การวิเคราะห์การเคลื่อนไหวของการดูดซับน้ำ: ทฤษฎีและวรรณกรรมภาพรวมในความสัมพันธ์กับแอพลิเคชันที่ตั้งใจไว้ของผลิตภัณฑ์เป็นที่. superabsorbent จลนพลศาสตร์บวมเป็นส่วนสำคัญของงานนี้เมื่อเจลลิเมอร์จะถูกแช่อยู่ในน้ำน้ำกระจายเข้าไปในเมทริกซ์ลิเมอร์และวัสดุที่เริ่มบวม การย้ายถิ่นของน้ำในพื้นที่ที่เกิดขึ้นแบบไดนามิกระหว่างโมเลกุลโซ่ต่อไปจนกว่าจะถึงรัฐสมดุล กว้างขวางความคิดเห็นที่ได้รับการตีพิมพ์ในกลไกของการแพร่กระจายน้ำเข้ามาโพลีเมอswellable โดยทั่วไปคณิตศาสตร์ที่ควบคุมปรากฏการณ์ขนส่งมวลชนโดยการแพร่จะขึ้นอยู่กับที่สองของ Fick กฎหมาย รูปแบบพื้นฐานจะได้รับจากสมการ (1): ∂C (x, t) ∂t = D ∂2C (x, t) ∂x2 (1) ที่ C มีความเข้มข้น, x พารามิเตอร์ระยะทางทีเวลาและD เป็นค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ของน้ำเข้าไป . เมทริกซ์ลิเมอร์. สำหรับการแพร่กระจายเข้าไปในกระบอกทรงกลมและพารามิเตอร์ x ในสมการ(1) จะถูกแทนที่ด้วยระยะรัศมี: ∂C∂t = 1 อา∂∂r RD ∂C∂r (2) ที่ r คือ รัศมีของทรงกระบอกหรือทรงกลม. ข้อเหวี่ยง (1975) ที่ได้รับการแก้ปัญหาการวิเคราะห์สำหรับวัสดุหลายรูปทรงและเงื่อนไขขึ้นอยู่กับกฎหมายของFick แต่เขาชี้ให้เห็นว่ารุ่นนี้ไม่สามารถอธิบายระบบที่น่าพอใจเมื่อกระจายโมเลกุลทำให้เกิดอาการบวมที่กว้างขวางของวัสดุในกรณีที่ความสามารถของเครือข่ายในการขยายตัวอาจจะกลายเป็นปัจจัยจำกัด สถานการณ์ที่เป็นลักษณะหลายอุตสาหกรรมsuperabsorbents ลิเมอร์และการประยุกต์ใช้อาหาร แต่ยังไม่ได้รับจริงๆสำรวจยังแป้งตามดูดซับ. เป็นส่วนหนึ่งของกฎหมายของ Fick เพื่อชดเชยการบวมนี้ถูกเสนอโดยข้อเหวี่ยง(หมุน, 1975) และตามมาด้วยผู้เขียนอื่น ๆ(Alfrey, กูรนีและลอยด์ 1966; กล้อง Roda & Sarti, 1990; De Kee หลิวและ Hinestroza 2005; Franson และ Peppas 1983; Frisch 1980; Fuhrmann 1979; Puri หลิวและเดคี 2008 ; โรเจอร์ส, 1985) มวลขนส่งวัสดุโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งสามารถจะได้รับอิทธิพลของคนอื่นๆ โดยโครงสร้างภายในของพอลิเมอ(เดอ Kee et al, 2005;. Franson และ Peppas, 1983), แก้วเปลี่ยนอุณหภูมิ(วิกิพีเดีย 2011) ผลกระทบ บวมและการพักผ่อนและเวลาการชะลอของเมทริกซ์ลิเมอร์ที่(Puri et al., 2008) ลักษณะทางเคมี ofthe กระจายโมเลกุล (โรเจอร์ส, 1985) และการเปลี่ยนรูปกล (เดอ Kee et al., 2005). พฤติกรรมการแพร่กระจายของน้ำ ในเครือข่ายโพลิเมอร์สามารถแบ่งออกเป็นสามชั้นพื้นฐานอยู่บนพื้นฐานของความสัมพันธ์ของอัตราการแพร่กระจายและการผ่อนคลายลิเมอร์ กรณี I: แพร่ Fickian ซึ่งในอัตราของการขนส่งมากต่ำกว่าการพักผ่อนของพอลิเมอโซ่ กรณีที่สอง: การแพร่กระจายอย่างรวดเร็วมากเมื่อเทียบกับการพักผ่อนกระบวนการ จากนั้นอัตราการเคลื่อนที่ของน้ำจะถูกกำหนดโดยการผ่อนคลายนี้หรือข้อ จำกัด ที่กำหนดโดยเครือข่ายความสามารถในการบวม นอกจากนี้ยังมีกรณีที่กลาง: non-Fickian หรือการแพร่กระจายที่ผิดปกติซึ่งเกิดขึ้นเมื่อการแพร่กระจายและการผ่อนคลายอัตราที่มีการเทียบเคียง เพื่อรับมือกับสถานการณ์เหล่านี้ขึ้นรูปแบบทั่วไปได้รับการเสนอ (Bajpai และจอห์นสัน, 2005; Frisch, 1980; Uzüm, ˝ Kundakci และ Karadag, ˘ 2006) ซึ่งในความเป็นจริงที่รุนแรงJR Witono et al, / คาร์โบไฮเดรตลีเมอร์ 103 (2014) 325-332 327 ความเรียบง่ายของสมการ (2) ในรูปแบบของพลังงานเชิงประจักษ์กฎหมายสม: Mt M∞ = KTN (3) ที่เป็นภูเขา

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

1.1 . พอลิเมอร์ superabsorbent ทั่วไป
( SAP ) เป็นวัสดุที่สามารถดูดซับ
และรักษาเป็นจำนวนมากของน้ำหรือสารละลาย . ตามที่นักวิเคราะห์อุตสาหกรรมทั่วโลก
ไป , Inc รายงานคาดว่าอุปสงค์โลก
superabsorbent พอลิเมอร์จะสูงถึง 1.9
millionmetric ตัน in2015 . การ fastincrease indemand จะเห็น
ในการพัฒนาตลาด และในการใช้งาน ( ทีมใหม่2010 ) .
ตรวจสอบสมบัติถูกพัฒนาขึ้นครั้งแรกในสหรัฐอเมริกากรมวิชาการเกษตร
อะคริโลไนไตรล์ ( ) โดยการใส่แป้งข้าวโพด และ saponifying
ผลิตภัณฑ์ แม้ว่าปัจจุบันตรวจสอบสมบัติประกอบด้วยเต็มที่
สังเคราะห์กรดโพลีอาครายลิคครองตลาดเพราะพวกเขา
ถูกกว่าการผลิต วิจัยเกี่ยวกับแป้งตามตรวจสอบสมบัติคือ
เติบโตดอกเบี้ยอีก ( jyothi 2010 ;zohuriaan มากกว่า
kabiri & , 2008 ) ปัญหาขยะมูลฝอย การเพิ่มราคาของหุ้นป้อนปิโตรเคมี
เช่นเดียวกับความปรารถนาที่จะใช้
แหล่งพลังงานหมุนเวียน ขับรถที่น่าสนใจนี้ จะกลายเป็นแข่งขันมากขึ้น และความแข็งแรงของเจลดูดซึมน้ำ
สูงที่สูงขึ้นเป็นสำคัญ .
∗ที่ผู้เขียนที่ : คณะคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์ ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์
,แก่มหาวิทยาลัย nijenborgh 4 , 9747 AG
Groningen , เนเธอร์แลนด์ โทร : 31 503638366 / 4484 ; โทรสาร : 31 503634479 .
e - mail address : [e-mail] ( i.w. noordergraaf ) .
หลักแรงจูงใจสำหรับโครงการวิจัยของเรา แต่ต้องหางานใหม่
ของมันสำปะหลัง นี้เป็นแหล่งพลังงานทดแทนที่ใช้วัสดุดิบ
อุดมสมบูรณ์และค่อนข้างราคาถูกในเอเชีย
มากขึ้นโดยเฉพาะในอินโดนีเซีย ปัจจุบันศักยภาพทางเศรษฐกิจของ
มันสำปะหลังไม่ได้อย่างเต็มที่ใช้ประโยชน์ซึ่งจะทำให้การพัฒนาเป็นไปได้
ของอุตสาหกรรมที่น่าสนใจโดยเฉพาะ ( witono
noordergraaf heeres , , , & Janssen , 2012 )
superabsorbent วัสดุประกอบด้วยน้ำหนักน้ำ
พอลิเมอร์โซ่สร้างโครงสร้างเครือข่าย
3 มิติทั้งแป้งและไวนิลมอนอเมอร์ เช่น กรดอะคริลิกอะคริลาไมด์
อะคริโลไนไตรล์ , และ โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ ( PVA ) เป็นประโยชน์ที่พวกเขา
ประกอบด้วยหมายเลขของฟังก์ชันที่มีในโครงสร้างของพวกเขา
ชอบไฮดรอกซิลและกลุ่มคาร์บอกซิล . รายงานวรรณกรรมและเล่นทั้งเก่าและปัจจุบัน
สิทธิบัตร ( Chambers , 2010 ; Masuda , นิชิดะ ,
& นากามูระ , 1978 ) สามารถพบได้บน superabsorbent
ผลิตจากแป้ง เช่น ข้าวสาลี ข้าวโพด และมันฝรั่ง ( athawale & Lele
, 2000 ; athawale & Lele , 2001 ; Hashem afifi , เอล alfy & hebeish
, , 2005 ; ดะ et al . , 1978 ; Qunyi & ganwei , 2005 ; วีเวอร์ et al . ,
1977 ; Wu Wei Lin & , หลิน , 2003 ) การใช้แป้งมันสำปะหลังเพื่อ
โปรแกรมนี้ค่อนข้างใหม่ เพราะรายงานเพียงไม่กี่มี
มาไกล ( ลานทอง nuisin & , ดร , 2006 ;
,parvathy & jyothi , 2012 ; sangsirimongkolying ดำรงค์&
, , ดร , 1999 ) นอกจากนี้ หลายเอกสารจัดการกับทางอ้อม
สังเคราะห์ที่เกี่ยวข้องกับการกับอะคริโลไนไตรล์หรือแป้งอะคริลาไมด์
ตามด้วยการเกิดปฏิกิริยา โดยตรงต่อตาของคริลิค
กรดบนแป้งจะขจัดความจำเป็นในวินาทีนี้
0144-8617 / $ ) เห็นหน้าเรื่องสงวนลิขสิทธิ์ 2013 บริษัทจำกัดสงวนลิขสิทธิ์ .
http : / / DX ดอย . org / 10.1016 / j.carbpol . 2013.12.056
326 เจอาร์ witono et al . 103 / คาร์โบไฮเดรตโพลิเมอร์ ( 2014 ) 325 – 332
รูปที่ 1 ดูแผนผังของเครือข่ายทำให้เกิดพอลิเมอร์ ( Buchholz & Graham

2541 ) . ขั้นตอนกระบวนการ จึงทำให้เส้นทางสังเคราะห์มาก .
กระบวนการเคมีอุตสาหกรรมซันโยที่จดสิทธิบัตรโดย มัตสึดะ
et al .( 1978 ) ใช้เส้นทางนี้ แต่ไม่ได้รับความสำเร็จ อาจจะด้วยเหตุผลทางเศรษฐกิจการค้า

ของเวลา ในการศึกษาครั้งนี้โดยตรงต่อตาของกรดอะคริลิกบน
วุ้นแป้งมันสำปะหลังในการปฏิบัติตนของ
รอบ ( N , N (
-
methylenebisacrylamide ) โดยใช้ระบบการเฟนตัน ( fe2 / แบตเตอรี่ ) ปฏิกิริยานี้ได้เปรียบ
ราคาถูกปลอดสารพิษและดำเนินงานในภาวะที่ไม่รุนแรง ( 40 ◦ C , ความดันบรรยากาศ
) นอกจากนี้ ระบบอาจจะง่ายขนาด
กว่าการฉายรังสีเริ่มต้นวิธีการเช่นเดียวกับที่ใช้โดย H . โรล
, fouassier และเซแด๊กซ์ ( 1981 ) andkiatkamjornwong รัตน์ มงคลสวัสดิ์ และ sonsuk
, , ( 2545 ) เพราะไม่ใช่การเริ่มต้น , การก่อตัวของโฮโมพอลิอะคริลิกแอซิด
เป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ มันมีแนวโน้มอย่างไรก็ตาม