Superabsorbierende Polymere (SAP), auch als superabsorbierende Harze bezeichnet, sind eine Gruppe funktioneller Polymermaterialien, die Wasser in Mengen aufnehmen können, die dem Mehrhundert- bis Mehrtausendfachen ihres Eigengewichts entsprechen. Zu den wichtigsten Typen gehören Stärkederivate, Cellulosederivate und Polymere auf Basis von Polyacrylsäure. Je nach Rohstoffen werden diese Polymere in modifizierte natürliche Polymere und vollsynthetische Harze eingeteilt. Sie finden in zahlreichen Bereichen Anwendung, darunter zur Wasserspeicherung in der Landwirtschaft, in Hygieneprodukten wie Windeln und Damenbinden, in medizinischen Wundauflagen, bei der Lebensmittelkonservierung sowie in zahlreichen industriellen Anwendungen.

Superabsorbierende Polymere sind spezielle Absorberharze, die Wasser in einer Menge aufnehmen können, die mindestens dem Mehrhundertfachen ihres Eigengewichts entspricht. Als wichtige Klasse funktioneller Polymermaterialien verfügen sie über eine außergewöhnliche Wasseraufnahmefähigkeit. Obwohl sie wasserunlöslich sind, können sie große Wassermengen aufnehmen und zu stark hydratisierten Gelen aufquellen. Ihre wichtigsten Eigenschaften sind ihre hervorragende Wasseraufnahme- und Wasserrückhaltefähigkeit.

Klassifizierung superabsorbierender Polymere (SAPs)

1. Klassifizierung nach Rohstoffquelle

Superabsorbierende Polymere lassen sich entsprechend ihrer Rohstoffquellen in sechs Hauptkategorien einteilen:

• Stärkebasierte Reihe: Umfasst Stärke-Pfropfcopolymere, carboxymethylierte Stärke, phosphorylierte Stärke, Stärke-Xanthogenat und weitere Derivate.

• Cellulosebasierte Reihe: Umfasst gepfropfte Cellulose, carboxymethylierte Cellulose, hydroxypropylierte Cellulose, Cellulose-Xanthogenat und verwandte Derivate.

• Synthetische Polymerreihe: Umfasst Polyacrylate, Polyvinylalkohole, Polyalkylenoxide, anorganische Polymere und weitere synthetische Materialien.

• Proteinbasierte Reihe: Umfasst Sojaproteine, Seidenproteine, Gluten und weitere proteinbasierte Materialien.

• Weitere natürliche Stoffe und ihre Derivate: Umfasst Pektin, Alginsäure, Chitosan, Heparin und ähnliche Materialien.

• Mischungen und Verbundwerkstoffe: Umfasst Mischungen verschiedener superabsorbierender Polymere sowie Verbundwerkstoffe aus superabsorbierenden Polymeren und anorganischen Gelen oder organischen Stoffen.

2. Klassifizierung nach der Methode zur Hydrophilierung

Je nach den Methoden zur Einführung oder Verstärkung hydrophiler Eigenschaften werden SAPs in vier Typen eingeteilt:

1. Polymerisation hydrophiler Monomere: Beispiele sind Polyacrylate, Polyacrylamide und Acrylsäure-Acrylamid-Copolymere.

2. Carboxymethylierung oder Carboxyalkylierung hydrophober oder schwach hydrophiler Polymere: Beispiele sind die Carboxymethylierung von Stärke oder Cellulose sowie die Reaktion von Polyvinylalkohol mit Maleinsäureanhydrid.

3. Pfropfpolymerisation hydrophiler Monomere auf hydrophobe oder schwach hydrophile Polymere: Beispiele sind Stärke-graft-Polyacrylat, Stärke-graft-Polyacrylamid, Cellulose-graft-Polyacrylat und Stärke-Acrylsäure-Acrylamid-Pfropfcopolymere.

4. Hydrolyse von Makromolekülen mit Cyano-, Ester- oder Amidgruppen: Beispiele sind die Hydrolyse von Stärke-graft-Polyacrylnitril, Acrylat-Vinylacetat-Copolymeren und Polyacrylamid.

3. Klassifizierung nach Vernetzungsmethode

Auf Grundlage des Vernetzungsmechanismus lassen sich SAPs in vier Typen einteilen:

1. Vernetzung mit Vernetzungsmitteln: Wasserlösliche Polymere werden mit Mitteln vernetzt, die mehrere reaktive funktionelle Gruppen, mehrwertige Metallionen oder polymere Vernetzungsmittel enthalten.

2. Selbstvernetzung: Bestimmte Stoffe, etwa Polyacrylate und Polyacrylamide, unterliegen Polymerisations- oder Reaktionsprozessen, die zur Selbstvernetzung führen.

3. Strahlungsinduzierte Vernetzung: Polymere wie Polyvinylalkohol und Polyalkylenoxide können durch Bestrahlung vernetzt werden.

4. Einführung hydrophober Gruppen oder kristalliner Strukturen in wasserlösliche Polymere: Beispielsweise kann die Veresterung von Polyacrylsäure mit langkettigen Alkoholen mit 12–20 Kohlenstoffatomen unlösliche Polymere mit hoher Wasseraufnahmefähigkeit ergeben.

4. Weitere Klassifizierungsmethoden

Superabsorbierende Polymere können auch nach ihrer physikalischen Form, ihrem Herstellungsverfahren und ihrer Abbaubarkeit klassifiziert werden.

1. Nach physikalischer Form: SAPs können als Pulver, Fasern, Folien oder Platten sowie Mikrokugeln vorliegen.

2. Nach Herstellungsverfahren: Die Klassifizierung richtet sich nach Verfahren wie synthetischer Polymerisation und Vernetzung, Carboxymethylierung, Stärke-Pfropfcopolymerisation und Cellulose-Pfropfcopolymerisation.

3. Nach Abbaubarkeit: SAPs lassen sich in nicht abbaubare und abbaubare Typen einteilen. Zu den nicht abbaubaren Produkten gehören solche auf Basis von Natriumacrylat und Methylmethacrylat, während zu den abbaubaren Produkten Pfropfcopolymere aus natürlichen Polymeren wie Stärke und Cellulose zählen.