I polimeri dell’acido acrilico
Con poliacrilato si indica un polimero ottenuto dai sali o dagli esteri dell’acido acrilico, o del suo derivato metilico. Non è quindi una sostanza sola: è un gruppo, e i due rami che lo compongono danno materiali che non si somigliano affatto.
Dagli esteri nascono le resine acriliche, materiali trasparenti ed elastici che in campo tecnico compaiono soprattutto come adesivi, leganti e addensanti. Dai sali nasce invece un polimero che con l’acqua fa una cosa sola e la fa molto bene: la trattiene. Il sale più diffuso è quello di sodio, il poliacrilato di sodio, ed è il materiale che in ambito sanitario si incontra quasi sempre quando compare la parola.
Come è fatto un poliacrilato superassorbente
Il punto di partenza è l’acido acrilico, che viene neutralizzato in parte con soda: una frazione dei gruppi carbossilici, di solito la maggioranza, passa da acido a sale di sodio. Il monomero così preparato si polimerizza e durante la polimerizzazione si aggiunge un reticolante, cioè una molecola con due estremità reattive che cuce le catene fra loro.
La reticolazione è la condizione che rende il materiale utile. Un poliacrilato di sodio lineare, non reticolato, si scioglie in acqua e diventa una soluzione densa, ed è così che viene impiegato quando serve un addensante. Cucite fra loro, le stesse catene non possono più allontanarsi: l’acqua entra, la rete si gonfia, ma non si disfa. Il risultato è un gel, e il materiale prende il nome di polimero superassorbente.
Il grado di reticolazione è una manopola con due estremi sbagliati. Poco reticolante dà una rete che assorbe molto ma resta molle e cede il liquido appena viene compressa; molto reticolante dà un gel sodo che sotto pressione tiene, ma che assorbe di meno.
Il meccanismo osmotico dell’assorbimento
Quando il granulo secco incontra un liquido acquoso succedono due cose insieme.
La prima è che i gruppi carbossilato, carichi negativamente, si respingono l’un l’altro e distendono la catena: la rete si apre da sola, come una molla che si allunga.
La seconda è osmotica, ed è quella che sposta il grosso del liquido. Gli ioni sodio sono liberi di muoversi ma non possono allontanarsi dalle cariche fisse della rete, e restano confinati dentro il gel. Nel reticolo si trova quindi una concentrazione di ioni molto maggiore che nel liquido esterno, e l’acqua migra verso l’interno finché il rigonfiamento non viene bilanciato dall’elasticità della rete stessa. Il liquido non sale per capillarità, come fa in una fibra di cotone: viene richiamato da una differenza di concentrazione.
Perché il sale abbassa la resa del poliacrilato
Da quel meccanismo discende il limite più importante del materiale, e va detto prima di qualunque numero: un poliacrilato assorbe molto meno un liquido salato di quanto assorba acqua pura.
Se il liquido esterno contiene già sali, la differenza di concentrazione fra dentro e fuori si riduce, la spinta osmotica cala e il gel si gonfia meno. Le fonti riportano per un superassorbente ordini di grandezza intorno a trecento volte il proprio peso in acqua deionizzata, e di poche decine di grammi per grammo in soluzione salina allo 0,9%. Fra le due condizioni corre quasi un ordine di grandezza, e i liquidi corporei stanno dalla parte bassa.
C’è un secondo limite, meccanico: la capacità misurata a rigonfiamento libero non è quella che il materiale mantiene sotto un carico, perché schiacciato il gel restituisce parte del liquido. E c’è un terzo effetto, il blocco del gel, per cui i granuli più esterni che si gonfiano per primi possono saldarsi in una barriera che rallenta l’arrivo del liquido a quelli sottostanti.
Come si misura la capacità di assorbimento
Proprio perché il numero dipende dalle condizioni, esistono metodi che quelle condizioni le fissano.
Sul polimero in granuli la grandezza di riferimento è la ritenzione in centrifuga: una massa nota di superassorbente chiusa in una bustina viene immersa in soluzione salina allo 0,9% per mezz’ora a rigonfiamento libero, poi centrifugata per togliere il liquido non trattenuto, e il risultato si esprime in grammi di liquido per grammo di polimero. Il metodo sta nella ISO 17190-6 e nelle procedure di settore che le corrispondono; la stessa serie, alla parte 7, descrive l’assorbimento sotto pressione.
Sul prodotto finito il riferimento è invece la ISO 11948-1, nota come metodo Rothwell: il prodotto si pesa asciutto, si immerge in una soluzione di cloruro di sodio allo 0,9% a 23 °C, si lascia sgocciolare e si ripesa bagnato, e la differenza fra le due masse è la capacità di assorbimento. L’immersione dura trenta minuti per i prodotti che contengono superassorbente e cinque minuti per quelli che non ne contengono.
Le scale a gocce stampate sulle confezioni non sono grandezze normate e non si confrontano fra fabbricanti diversi: indicano una fascia d’uso, non un valore di prova.
Poliacrilati assorbenti e poliacrilati adesivi
L’altro ramo della famiglia, quello degli esteri, porta a materiali che con l’assorbimento non hanno a che fare.
Gli adesivi acrilici sensibili alla pressione sono la massa collosa stesa sul supporto dei cerotti e delle medicazioni adesive: aderiscono per semplice contatto, senza solventi e senza calore, e sono l’alternativa più diffusa agli adesivi a base di gomma. Altri esteri acrilici danno leganti, addensanti e disperdenti di impiego industriale.
Vanno tenuti distinti anche due nomi vicini. La poliacrilammide è un altro polimero, che deriva dall’acrilammide e non dall’acido acrilico. I metacrilati, come il polimetilmetacrilato, portano un gruppo metilico in più sul carbonio della catena e danno un materiale rigido e trasparente, non un gel. E la parola acrilico da sola, sulle etichette tessili, indica una fibra ottenuta da acrilonitrile: un terzo ramo ancora.
