Kwas poliakrylowy to wyjątkowy polimer o wysokiej zdolności wchłaniania wody. Związek ten jest biologicznie obojętny, dzięki czemu znajduje szerokie zastosowanie w produkcji wyrobów higienicznych i kosmetycznych, a także jako materiał pomocniczy w medycynie. Poliakrylany (sole kwasów), które mają ulepszone właściwości fizyczne i mechaniczne, mają jeszcze szerszy zakres.
Opis
Kwas poliakrylowy jest substancją wielkocząsteczkową, której jednostką monomeryczną jest związek CH2=CH−COOH (kwas akrylowy lub propenowy, etenokarboksylowy). Polimer ten nie ma toksyczności, ma dobrą rozpuszczalność w wodzie i wysoką odporność na alkalia.
Wzór chemiczny kwasu poliakrylowego to (C2H3COOH) . Wzór strukturalny związku pokazano na poniższym rysunku.
Kwas poliakrylowy jest typowym słabym polikwasem. Jego makrocząsteczki mają grupy funkcyjne, które mają zdolność:do dysocjacji elektrolitycznej. Wygląda jako klarowny bursztynowy płyn lub biały ziarnisty proszek.
Właściwości
Główne właściwości fizyczne i chemiczne kwasu poliakrylowego to:
- Temperatura, w której polimer staje się stały, z pominięciem fazy krystalizacji (stan szklisty) - 106°C.
- Pod wpływem ogrzewania powstają bezwodniki, a jeśli temperatura przekroczy 250 °C, to rozpoczyna się reakcja eliminacji dwutlenku węgla z grupy karboksylowej - COOH oraz sieciowania makrocząsteczek, co prowadzi do powstania polimerów o strukturze przestrzennej i zwiększeniu stopnia polimeryzacji.
- Sole tego polimeru mają większą stabilność termiczną. Ta właściwość jest wykorzystywana do produkcji mocnych włókien szczepionych kwasem poliakrylowym.
- Podczas interakcji z zasadami (C2H3COOH) tworzy sole, w reakcja z alkoholami - estrami.
- Po polimeryzacji w rozpuszczalnikach polimer staje się twardy i kruchy i zachowuje te właściwości nawet w temperaturze 240 °C.
- Gdy alkohole o niskiej masie cząsteczkowej reagują z tym kwasem, powstają estry o różnej strukturze przestrzennej.
- Gwałtowna zmiana właściwości polimeru następuje przy bardzo niskim stopniu konwersji grup funkcyjnych (do usieciowania cząsteczek o masie 50 kDa wystarczy tylko 0,1% glikolu etylenowego).
Jedną z właściwości wodnego roztworu kwasu poliakrylowego jest to, że kiedywzrost masy cząsteczkowej danego polimeru zwiększa również lepkość roztworu, co wiąże się ze wzrostem makrocząsteczek i ich wpływem na wodę. Jednocześnie lepkość roztworu nie zależy od zastosowanego naprężenia ścinającego i jest wartością stałą w szerokim zakresie pomiarowym, w przeciwieństwie do innych polimerów polielektrolitowych. Gdy zmienia się kwasowość roztworu, włókna kwasu poliakrylowego ulegają skurczeniu lub wydłużeniu w wyniku zamiany energii chemicznej na energię mechaniczną.
Rozpuszczalność
(C2H3COOH) dobrze rozpuszcza się w następujących substancjach:
- woda;
- dwutlenek dietylenu;
- alkohol metylowy i etylowy;
- Amid kwasu mrówkowego;
- dimetyloformamid.
Roztwór wodny kwasu poliakrylowego ma działanie polielektrolitowe (zdolne do dysocjacji elektrolitycznej), które wzrasta liniowo wraz ze wzrostem stopnia neutralizacji.
Substancja jest nierozpuszczalna w związkach, takich jak:
- monomer kwasu akrylowego;
- aceton;
- etoksyetan;
- węglowodory.
W przypadku roztworów kationowych i środków powierzchniowo czynnych substancja może tworzyć nierozpuszczalne sole.
Odbierz
Synteza kwasu poliakrylowego jest przeprowadzana przez polimeryzację monomeru. Reakcja zachodzi w środowisku wodnym, do którego dodaje się środek sieciujący, lub w rozpuszczalnikach organicznych. Mieszanie odbywa się zwykle w reaktorze łopatkowym i powierzchni sprzętuschłodzone do 70 °C ciekłym czynnikiem chłodniczym. Produktem końcowym jest żel – hydrofilowy polimer, który aktywnie absorbuje wilgoć.
Bardziej stabilny wodny roztwór kwasu można uzyskać przez działanie nadtlenku wodoru i dodanie niewielkiej ilości para-dihydroksybenzenu z tioglikolanem sodu, stosowanego do kontrolowania masy cząsteczkowej. Produkt końcowy reakcji jest stosowany w stomatologii.
Zastosowanie kwasu poliakrylowego
Ten polimer jest najczęściej stosowany jako superabsorbent (do wychwytywania i zatrzymywania cieczy) w wypełniaczach pieluch dla niemowląt i dorosłych, podpaskach higienicznych, pieluchach jednorazowych i innych podobnych produktach.
Inne obszary, w których stosuje się kwas poliakrylowy to:
- rolnictwo jest materiałem do ulepszania gleby;
- przemysł - stabilizatory i flokulanty roztworów koloidalnych;
- garbowanie i produkcja tekstyliów - substancje zmniejszające elektryfikację w wyprawianiu skóry i produkcji włókien;
- elektronika - element łączący w akumulatorach litowo-jonowych;
- przemysłowe - w układach chłodzenia i klimatyzacji jako inhibitor osadów i składnik jednorodności (elektrownie, rafinerie stali i ropy naftowej, nawozy).
Ta substancja jest również stosowana jako dodatek do produkcji folii, który poprawia ich zdolność do barwienia i przyleganiaz innymi materiałami.
Medycyna
Kwas i jego sole są używane w medycynie do następujących celów:
- nośnik substancji czynnych;
- składnik maści hemostatycznych, materiałów tkanych i nietkanych stosowanych przy oparzeniach i stanach zapalnych w celu przyspieszenia gojenia się ran;
- spoiwo w materiałach wypełniających w stomatologii.
Zaletą tego materiału jest to, że jest biologicznie obojętny i może być używany razem ze związkami bioaktywnymi (enzymami, antybiotykami, czynnikami wzrostu itp.).
Poliakrylany
Sole kwasu poliakrylowego są polimerami estrów tego związku. Z wyglądu przypominają parafiny. Charakteryzują się następującymi właściwościami:
- odporność na rozcieńczone zasady i kwasy, światło i tlen;
- rozkład roztworami alkalicznymi jest obserwowany w temperaturze 80–100 °C, z wytworzeniem kwasu poliakrylowego;
- podgrzane powyżej 150°C ulegają termicznej destrukcji, cząsteczki poliakrylanu sieciują, uwalniają się monomer (około 1%) i produkty lotne;
- poliakrylany są dobrze rozpuszczalne w monomerach, eterach, węglowodorach i acetonie.
Sole kwasu poliakrylowego są wytwarzane w procesie polimeryzacji emulsyjnej lub suspensyjnej, w produkcji na małą skalę metodą polimeryzacji blokowej.
Zastosowanie poliakrylanów
Te związki są używane do produkcji następujących materiałów:
- szkło organiczne;
- różne filmy;
- włókna syntetyczne;
- materiały malarskie (emalie, lakiery, żywice);
- kompozycje klejące i impregnujące (emulsje) do tkanin, papieru, skóry, drewna.
Lakiery na bazie poliakrylanów mają wysoką wydajność:
- wysoka przyczepność do powierzchni metalowych i porowatych;
- dobre walory dekoracyjne;
- odporność na wodę, promieniowanie UV, warunki atmosferyczne, alkalia;
- długotrwałe zachowanie właściwości dekoracyjnych (połysk i elastyczność) - do 10 lat.
Służą do barwienia produktów takich jak:
- samochody, samoloty i inny sprzęt;
- sortowany metal;
- tworzywa sztuczne;
- produkty poligraficzne;
- produkty przemysłu elektronicznego;
- przemysł spożywczy (produkcja puszek).
Poliakrylan sodu
Poliakrylan sodu jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie i nie zmienia swojej struktury nawet w 240 °C. Związek ten stosuje się do przygotowania świeżych lub słonych roztworów w celu zmniejszenia ich lepkości. Poliakrylan sodu jest zdolny do emulgowania mikrokryształów, mikropiasków z węglanów, siarczanów i fosforanów.
Substancja jest stosowana w następujących gałęziach przemysłu:
- przemysł naftowy - przygotowanie płuczki wiertniczej;
- przemysł chemiczny - produkcjadetergenty, sztuczny śnieg, a także jako zagęszczacz do farb i lakierów;
- rolnictwo - produkcja nawozów;
- przemysł papierniczy i celulozowy - produkcja serwetek, papieru toaletowego;
- produkcja wyrobów sanitarnych.
Płyny wiertnicze sformułowane z użyciem tego związku mają następujące zalety:
- niska gęstość;
- dokładność;
- dobra rozpuszczalność kwasu wymagana podczas wiercenia;
- odporny na wysokie temperatury (do 240°C);
- bezpieczeństwo środowiskowe.
Kosmetologia
W przemyśle kosmetycznym poliakrylan sodu jest używany jako zagęszczacz w produkcji takich produktów jak:
- lakier do włosów;
- żele pod prysznic;
- kremy;
- szampon;
- maski na twarz;
- pianka do kąpieli.
Wyjątkowość właściwości tego suplementu polega na tym, że każda najmniejsza cząsteczka poliakrylanu sodu pęcznieje w wodzie i tworzy na skórze uczucie aksamitności i gładkości. Ponieważ substancja ma strukturę elastomerową podobną do silikonu, jest dobrym środkiem teksturującym. Zaletą kosmetyków z jego dodatkiem jest to, że nie sklejają się, mogą dawać matowy lub satynowy efekt. Niektórzy producenci dodają poliakrylan sodu do kosmetyków kolorowych.
