一次性尿布是怎樣煉成的?

嬰兒自從出生一直到學會自理大小便之前,尿布始終是不可缺少的生活用品 。 在目前的尿布市場上,一次性尿布占據了相當大的市場份額 。 與傳統的重復使用的布尿布相比,一次性尿布不需清洗,使用方便,因此受到年輕父母的廣泛歡迎 。 不過可能許多人并不清楚,一次性尿布雖然早在20世紀40年代就已經出現,但是今天它們能夠展現出優越的性能,很大程度上得益于三十多年前被應用于一次性尿布的一種獨特的化合物 。 這種化合物就是聚丙烯酸鈉(sodium polyacrylate) 。

聚丙烯酸鈉是由丙烯酸鈉制備得到的一種高分子 。 丙烯酸鈉外觀上和廚房中常見的食鹽(氯化鈉)和小蘇打(碳酸氫鈉)沒什么兩樣,都是白色的粉末,實際上它們也確實同屬于離子化合物,也就是我們通常說的鹽 。 不過丙烯酸鈉的獨特之處在于,它的分子中有一個不太穩定的結構——碳碳雙鍵 。 所以丙烯酸鈉分子總是希望擺脫掉這個碳碳雙鍵讓自己變得更穩定,那么有什么好的辦法呢?正像不同的人之間可以互相拉起手排成長隊一樣,在適當的條件下,成百上千個丙烯酸鈉分子能夠互相之間發生反應得到很長的分子,這就是聚丙烯酸鈉 。
不過這樣得到的聚丙烯酸鈉還不能直接用于生產一次性尿布,因為還缺少了一道關鍵的工序——交聯 。 我們剛才已經看到了,丙烯酸鈉互相反應得到的聚丙烯酸鈉是一個線型分子, 。 如果我們在反應中加入稱為交聯劑的特殊分子,這些分子的兩端分別可以和一個聚丙烯酸鈉分子反應,那么這兩個聚丙烯酸鈉分子就被連接到了一起 。 如果交聯劑足夠多,許許多多的聚丙烯酸鈉分子就被互相連接到一起得到了一個網狀結構,就像許多根毛線被織成毛衣一樣 。 這個過程我們稱之為交聯 。 稍后我們將看到,為什么交聯是一道非常關鍵的工序 。
那么聚丙烯酸鈉是如何在一次性尿布中發揮關鍵作用呢?讓我們來做一個簡單的實驗:在杯子中加入一小勺粉末狀的聚丙烯酸鈉,然后再加入水并且攪拌 。 用不了多長時間我們就會驚奇地發現,杯中的聚丙烯酸鈉粉末和水都不見了,取而代之的是一整塊像果凍一樣的固體 。 如果把杯子倒過來,不僅不會有水流下來,整塊果凍一樣的固體都會牢牢貼在杯子底部不會移動 。 原來,聚丙烯酸鈉在一次性尿布中的作用就是牢牢地吸收住尿液中的水分,使得嬰兒的皮膚和衣服能夠保持清潔干爽 。 在目前的一次性尿布生產過程中,聚丙烯酸鈉一般會先和木漿等纖維物質混合形成一個夾層,木漿的作用在于幫助聚丙烯酸鈉保持一個固定的形狀 。 之后含有聚丙烯酸鈉的夾層會被合適的織物面料包裹起來,其中面向嬰兒皮膚那一面的通常會選用多孔的面料,而另外一面的織物則使用不透水的材料 。 這樣,嬰兒的尿液流到尿布上之后會經過織物上的孔洞滲透下去,然后被聚丙烯酸鈉吸收 。
那么聚丙烯酸鈉為什么能夠吸收水分呢?
我們都有這樣的生活體驗:把一小勺氯化鈉投入水中,只要稍加攪拌,氯化鈉的粉末就會消失不見,這是因為氯化鈉或碳酸氫鈉在水中能很快地解離成帶正電的鈉離子和帶負電的氯離子,它們和水分子有著非常強的親和力,所以氯化鈉以及許多類似的鹽類都非常容易溶解在水中 。 聚丙烯酸鈉雖然是高分子化合物,但它同樣保持了類似的特性 。 當它與水接觸時,也會發生解離,鈉離子很快與水分子打成了一片,剩下了長長的帶負電的聚丙烯酸鈉分子骨架 。 它也自然希望像鈉離子一樣“自由行動”分散到水中 。 可是不要忘了,它們早已經通過交聯反應互相連在一起形成了一個網絡 。 正如一捆鐵絲會被水流沖散,但把它們互相焊接起來形成的鐵籠卻能保持形狀一樣,經過交聯的聚丙烯酸鈉的分子骨架沒辦法像鈉離子那樣完全分散到水中,于是就有了一個折中的辦法:聚丙烯酸鈉的分子骨架具有一定的彈性,干燥的時候它們處于收縮的狀態,而一旦和水分子發生了接觸,它們會不斷的舒展開來,就像是蜷縮起來的一團毛線不斷被拉直 。 這樣的結果是整個網絡不斷地膨脹,而水分子則不斷地進來占據網絡膨脹后新形成的空間 。

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