婴儿自从出生一直到学会自理大小便之前,尿布始终是不可缺少的生活用品 。 在目前的尿布市场上,一次性尿布占据了相当大的市场份额 。 与传统的重复使用的布尿布相比,一次性尿布不需清洗,使用方便,因此受到年轻父母的广泛欢迎 。 不过可能许多人并不清楚,一次性尿布虽然早在20世纪40年代就已经出现,但是今天它们能够展现出优越的性能,很大程度上得益于三十多年前被应用于一次性尿布的一种独特的化合物 。 这种化合物就是聚丙烯酸钠(sodium polyacrylate) 。
聚丙烯酸钠是由丙烯酸钠制备得到的一种高分子 。 丙烯酸钠外观上和厨房中常见的食盐(氯化钠)和小苏打(碳酸氢钠)没什么两样,都是白色的粉末,实际上它们也确实同属于离子化合物,也就是我们通常说的盐 。 不过丙烯酸钠的独特之处在于,它的分子中有一个不太稳定的结构——碳碳双键 。 所以丙烯酸钠分子总是希望摆脱掉这个碳碳双键让自己变得更稳定,那么有什么好的办法呢?正像不同的人之间可以互相拉起手排成长队一样,在适当的条件下,成百上千个丙烯酸钠分子能够互相之间发生反应得到很长的分子,这就是聚丙烯酸钠 。
不过这样得到的聚丙烯酸钠还不能直接用于生产一次性尿布,因为还缺少了一道关键的工序——交联 。 我们刚才已经看到了,丙烯酸钠互相反应得到的聚丙烯酸钠是一个线型分子, 。 如果我们在反应中加入称为交联剂的特殊分子,这些分子的两端分别可以和一个聚丙烯酸钠分子反应,那么这两个聚丙烯酸钠分子就被连接到了一起 。 如果交联剂足够多,许许多多的聚丙烯酸钠分子就被互相连接到一起得到了一个网状结构,就像许多根毛线被织成毛衣一样 。 这个过程我们称之为交联 。 稍后我们将看到,为什么交联是一道非常关键的工序 。
那么聚丙烯酸钠是如何在一次性尿布中发挥关键作用呢?让我们来做一个简单的实验:在杯子中加入一小勺粉末状的聚丙烯酸钠,然后再加入水并且搅拌 。 用不了多长时间我们就会惊奇地发现,杯中的聚丙烯酸钠粉末和水都不见了,取而代之的是一整块像果冻一样的固体 。 如果把杯子倒过来,不仅不会有水流下来,整块果冻一样的固体都会牢牢贴在杯子底部不会移动 。 原来,聚丙烯酸钠在一次性尿布中的作用就是牢牢地吸收住尿液中的水分,使得婴儿的皮肤和衣服能够保持清洁干爽 。 在目前的一次性尿布生产过程中,聚丙烯酸钠一般会先和木浆等纤维物质混合形成一个夹层,木浆的作用在于帮助聚丙烯酸钠保持一个固定的形状 。 之后含有聚丙烯酸钠的夹层会被合适的织物面料包裹起来,其中面向婴儿皮肤那一面的通常会选用多孔的面料,而另外一面的织物则使用不透水的材料 。 这样,婴儿的尿液流到尿布上之后会经过织物上的孔洞渗透下去,然后被聚丙烯酸钠吸收 。
那么聚丙烯酸钠为什么能够吸收水分呢?
我们都有这样的生活体验:把一小勺氯化钠投入水中,只要稍加搅拌,氯化钠的粉末就会消失不见,这是因为氯化钠或碳酸氢钠在水中能很快地解离成带正电的钠离子和带负电的氯离子,它们和水分子有着非常强的亲和力,所以氯化钠以及许多类似的盐类都非常容易溶解在水中 。 聚丙烯酸钠虽然是高分子化合物,但它同样保持了类似的特性 。 当它与水接触时,也会发生解离,钠离子很快与水分子打成了一片,剩下了长长的带负电的聚丙烯酸钠分子骨架 。 它也自然希望像钠离子一样“自由行动”分散到水中 。 可是不要忘了,它们早已经通过交联反应互相连在一起形成了一个网络 。 正如一捆铁丝会被水流冲散,但把它们互相焊接起来形成的铁笼却能保持形状一样,经过交联的聚丙烯酸钠的分子骨架没办法像钠离子那样完全分散到水中,于是就有了一个折中的办法:聚丙烯酸钠的分子骨架具有一定的弹性,干燥的时候它们处于收缩的状态,而一旦和水分子发生了接触,它们会不断的舒展开来,就像是蜷缩起来的一团毛线不断被拉直 。 这样的结果是整个网络不断地膨胀,而水分子则不断地进来占据网络膨胀后新形成的空间 。