Acidul poliacrilic este un polimer unic cu capacitate mare de absorbție a apei. Acest compus este inert din punct de vedere biologic, deci este utilizat pe scară largă la fabricarea produselor de igienă și cosmetice, precum și un material auxiliar în medicină. Poliacrilații (săruri acide), care au proprietăți fizice și mecanice îmbunătățite, au un domeniu de aplicare și mai larg.
Descriere
Acidul poliacrilic este o substanță macromoleculară, a cărei unitate monomerică este compusul CH2=CH−COOH (acid acrilic sau propenoic, etencarboxilic). Acest polimer nu are toxicitate, solubilitate bună în apă și rezistență ridicată la alcalii.
Formula chimică a acidului poliacrilic este (C2H3COOH) . Formula structurală a compusului este prezentată în figura de mai jos.
Acidul poliacrilic este un poliacid slab tipic. Macromoleculele sale au grupe funcționale care au capacitatea de ala disocierea electrolitică. Apare sub formă de lichid chihlimbar limpede sau pulbere granulară albă.
Proprietăți
Principalele proprietăți fizice și chimice ale acidului poliacrilic sunt:
- Temperatura la care acest polimer devine solid, ocolind faza de cristalizare (stare sticloasa) - 106 °C.
- La încălzire, se formează anhidride, iar dacă temperatura depășește 250 °C, începe reacția de eliminare a dioxidului de carbon din grupa carboxil - COOH, precum și reticulare a macromoleculelor, ceea ce duce la formarea a polimerilor cu structură spațială și o creștere a gradului de polimerizare.
- Sărurile acestui polimer au stabilitate termică mai mare. Această proprietate este folosită pentru a produce fibre grefate cu acid poliacrilic puternic.
- Când interacționează cu alcalii (C2H3COOH) formează săruri, în reacție cu alcooli - esteri.
- După polimerizarea în solvenți, polimerul devine dur și fragil și își păstrează aceste calități chiar și la o temperatură de 240 °C.
- Când alcoolii cu greutate moleculară mică reacţionează cu acest acid, se obţin esteri cu structuri spaţiale diferite.
- O schimbare bruscă a proprietăților polimerului are loc la un grad foarte scăzut de conversie a grupărilor funcționale (este necesar doar 0,1% etilen glicol pentru a lega moleculele cu o masă de 50 kDa).
Una dintre proprietățile unei soluții apoase de acid poliacrilic este aceea cândo creștere a greutății moleculare a unui polimer dat crește, de asemenea, vâscozitatea soluției, care este asociată cu creșterea macromoleculelor și cu efectul acestora asupra apei. În același timp, vâscozitatea soluției nu depinde de efortul de forfecare aplicat și este o valoare constantă pe un domeniu larg de măsurare, spre deosebire de alți polimeri polielectroliți. Când aciditatea soluției se modifică, fibrele de acid poliacrilic suferă contracție sau alungire ca urmare a conversiei energiei chimice în energie mecanică.
Solubilitate
(C2H3COOH) se dizolvă bine în următoarele substanțe:
- apă;
- dioxid de dietilenă;
- alcool metilic și etilic;
- Amida acidului formic;
- dimetilformamidă.
Soluția apoasă de acid poliacrilic are efect polielectrolitic (capabil de disociere electrolitică), care crește liniar odată cu creșterea gradului de neutralizare.
Substanța este insolubilă în compuși precum:
- monomer acid acrilic;
- acetonă;
- etoxietan;
- hidrocarburi.
Cu soluțiile cationice și agenții tensioactivi, substanța poate forma săruri insolubile.
Primire
Sinteza acidului poliacrilic se realizează prin polimerizarea monomerului. Reacția are loc într-un mediu apos, unde se adaugă un agent de reticulare, sau în solvenți organici. Amestecarea se realizează de obicei într-un reactor cu palete și pe suprafața echipamentuluirăcit la 70 °C cu agent frigorific lichid. Produsul final este un gel - un polimer hidrofil care absoarbe în mod activ umiditatea.
O soluție apoasă acidă mai stabilă poate fi obținută prin acțiunea peroxidului de hidrogen și prin adăugarea unei cantități mici de para-dihidroxibenzen cu tioglicolat de sodiu, utilizat pentru controlul greutății moleculare. Produsul final al reacției este utilizat în stomatologie.
Aplicarea acidului poliacrilic
Acest polimer este utilizat pe scară largă ca superabsorbant (pentru a capta și reține lichidul) în umpluturi pentru scutece pentru copii și adulți, șervețele sanitare, scutece de unică folosință și alte produse similare.
Alte zone în care este utilizat acidul poliacrilic sunt:
- agricultura este un material pentru îmbunătățirea solului;
- industrie - stabilizatori și floculanti ai soluțiilor coloidale;
- tăbăcire și producție de textile - substanțe pentru reducerea electrizării în îmbrăcămintea pielii și producția de fibre;
- electronics - componenta de conectare a bateriilor litiu-ion;
- industrial - în sistemele de răcire și aer condiționat ca inhibitor al depunerilor și componentă de omogenitate (centrale electrice, rafinării de oțel și petrol, îngrășăminte).
Această substanță este, de asemenea, folosită ca aditiv în producția de filme care le îmbunătățesc capacitatea de a fi colorate și de a aderacu alte materiale.
Medicina
Acidul și sărurile sale sunt folosite în medicină în următoarele scopuri:
- purtător de substanțe active;
- o componentă a unguentelor hemostatice, materiale țesute și nețesute utilizate pentru arsuri și inflamații pentru a accelera vindecarea rănilor;
- liant în materiale de obturație în stomatologie.
Avantajul acestui material este că este inert biologic și poate fi utilizat împreună cu compuși bioactivi (enzime, antibiotice, factori de creștere etc.).
Poliacrilați
Sărurile acidului poliacrilic sunt polimeri ai esterilor acestui compus. În aparență, seamănă cu parafinele. Acestea sunt caracterizate de următoarele proprietăți:
- rezistenta la alcalii si acizi diluati, lumina si oxigen;
- descompunerea cu soluții alcaline se observă la o temperatură de 80–100 °C, cu formare de acid poliacrilic;
- atunci când sunt încălzite peste 150 °C, sunt supuse distrugerii termice, se eliberează molecule de poliacrilat, monomer (aproximativ 1%) și produse volatile;
- poliacrilații sunt foarte solubili în monomeri, eteri, hidrocarburi și acetonă.
Sărurile acidului poliacrilic sunt produse prin polimerizare în emulsie sau suspensie, în producție la scară mică prin polimerizare în bloc.
Utilizarea poliacrilaților
Acești compuși sunt utilizați la producerea următoarelor materiale:
- sticlă organică;
- diverse filme;
- fibre sintetice;
- materiale de pictură (emailuri, lacuri, rășini);
- compoziții adezive și impregnante (emulsii) pentru țesături, hârtie, piele, lemn.
Lacurile pe bază de poliacrilați au performanțe ridicate:
- aderență ridicată pe metal și suprafețe poroase;
- calități decorative bune;
- apă, UV, intemperii, rezistent la alcali;
- conservarea pe termen lung a proprietăților decorative (strălucire și elasticitate) - până la 10 ani.
Sunt folosite pentru a vopsi produse precum:
- mașini, avioane și alte echipamente;
- metal sortat;
- plastic;
- produse de imprimare;
- produse din industria electronică;
- industria alimentară (producția de conserve).
Poliacrilat de sodiu
Poliacrilatul de sodiu este foarte solubil în apă și nu își schimbă structura nici la 240 °C. Acest compus este utilizat la prepararea soluțiilor proaspete sau sărate pentru a le reduce vâscozitatea. Poliacrilatul de sodiu este capabil să emulsioneze microcristale, micronisip din carbonați, sulfați și fosfați.
Substanța este utilizată în următoarele industrii:
- industria petrolieră - pregătirea fluidului de foraj;
- industrie chimică - producțiedetergenți, zăpadă artificială și, de asemenea, ca agent de îngroșare pentru vopsele și lacuri;
- agricultura - producția de îngrășăminte;
- industria hârtiei și a celulozei - fabricarea de șervețele, hârtie igienică;
- fabricarea articolelor sanitare.
Lichidele de foraj formulate cu acest compus au următoarele beneficii:
- densitate scăzută;
- finete;
- solubilitate bună în acid este necesară la foraj;
- rezistent la temperaturi ridicate (până la 240°C);
- siguranța mediului.
Cosmetologie
În industria cosmetică, poliacrilatul de sodiu este folosit ca agent de îngroșare la fabricarea de produse precum:
- fixativ;
- geluri de duș;
- creme;
- șampon;
- măști de față;
- spumă de baie.
Unicitatea proprietăților acestui supliment constă în faptul că fiecare cea mai mică particule de poliacrilat de sodiu se umflă în apă și creează o senzație de catifelare și netezime pe piele. Deoarece substanța are o structură elastomerică asemănătoare siliconului, este un bun agent de texturare. Avantajele produselor cosmetice cu adaosul său este că nu devin lipicioase, pot da un rezultat mat sau satinat. Unii producători adaugă poliacrilat de sodiu la produsele cosmetice colorante.
