Το πολυακρυλικό οξύ είναι ένα μοναδικό πολυμερές με υψηλή ικανότητα απορρόφησης νερού. Αυτή η ένωση είναι βιολογικά αδρανής, επομένως χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή προϊόντων υγιεινής και καλλυντικών, καθώς και ως βοηθητικό υλικό στην ιατρική. Τα πολυακρυλικά (άλατα οξέος), τα οποία έχουν βελτιωμένες φυσικές και μηχανικές ιδιότητες, έχουν ακόμη ευρύτερο πεδίο εφαρμογής.
Περιγραφή
Το πολυακρυλικό οξύ είναι μια μακρομοριακή ουσία, η μονομερής μονάδα της οποίας είναι η ένωση CH2=CH−COOH (ακρυλικό ή προπενοϊκό, αιθενοκαρβοξυλικό οξύ). Αυτό το πολυμερές δεν έχει τοξικότητα, καλή υδατοδιαλυτότητα και υψηλή αντοχή στα αλκάλια.
Ο χημικός τύπος του πολυακρυλικού οξέος είναι (C2H3COOH) . Ο συντακτικός τύπος της ένωσης φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Το πολυακρυλικό οξύ είναι ένα τυπικό ασθενές πολυοξύ. Τα μακρομόριά του έχουν λειτουργικές ομάδες που έχουν την ικανότητα ναστην ηλεκτρολυτική διάσταση. Εμφανίζεται ως διαυγές κεχριμπαρένιο υγρό ή λευκή κοκκώδη σκόνη.
Ιδιότητες
Οι κύριες φυσικές και χημικές ιδιότητες του πολυακρυλικού οξέος είναι:
- Η θερμοκρασία στην οποία αυτό το πολυμερές γίνεται στερεό, παρακάμπτοντας τη φάση κρυστάλλωσης (υαλώδης κατάσταση) - 106 °C.
- Όταν θερμαίνονται, σχηματίζονται ανυδρίτες και εάν η θερμοκρασία ξεπεράσει τους 250 °C, τότε αρχίζει η αντίδραση της αποβολής του διοξειδίου του άνθρακα από την καρβοξυλομάδα - COOH, καθώς και η διασταύρωση μακρομορίων, η οποία οδηγεί στο σχηματισμό πολυμερών χωρικής δομής και αύξηση του βαθμού πολυμερισμού.
- Τα άλατα αυτού του πολυμερούς έχουν μεγαλύτερη θερμική σταθερότητα. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται για την παραγωγή ισχυρών εμβολιασμένων ινών πολυακρυλικού οξέος.
- Όταν αλληλεπιδράτε με αλκάλια (C2H3COOH) σχηματίζει άλατα, στο αντίδραση με αλκοόλες - εστέρες.
- Μετά τον πολυμερισμό σε διαλύτες, το πολυμερές γίνεται σκληρό και εύθραυστο και διατηρεί αυτές τις ιδιότητες ακόμη και σε θερμοκρασία 240 °C.
- Όταν οι αλκοόλες χαμηλού μοριακού βάρους αντιδρούν με αυτό το οξύ, λαμβάνονται εστέρες διαφορετικών χωρικών δομών.
- Μια απότομη αλλαγή στις ιδιότητες του πολυμερούς συμβαίνει σε πολύ χαμηλό βαθμό μετατροπής των λειτουργικών ομάδων (μόνο 0,1% αιθυλενογλυκόλη απαιτείται για τη διασύνδεση μορίων με μάζα 50 kDa).
Μία από τις ιδιότητες ενός υδατικού διαλύματος πολυακρυλικού οξέος είναι ότι ότανμια αύξηση στο μοριακό βάρος ενός δεδομένου πολυμερούς αυξάνει επίσης το ιξώδες του διαλύματος, το οποίο σχετίζεται με την ανάπτυξη μακρομορίων και την επίδρασή τους στο νερό. Ταυτόχρονα, το ιξώδες του διαλύματος δεν εξαρτάται από την εφαρμοζόμενη διατμητική τάση και είναι σταθερή τιμή σε ένα ευρύ φάσμα μετρήσεων, σε αντίθεση με άλλα πολυμερή πολυηλεκτρολύτη. Όταν η οξύτητα του διαλύματος αλλάζει, οι ίνες πολυακρυλικού οξέος υφίστανται συστολή ή επιμήκυνση ως αποτέλεσμα της μετατροπής της χημικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια.
Διαλυτότητα
(C2H3COOH) διαλύεται καλά στις ακόλουθες ουσίες:
- νερό;
- διοξείδιο του διαιθυλενίου;
- μεθυλική και αιθυλική αλκοόλη;
- αμίδιο μυρμηκικού οξέος;
- διμεθυλοφορμαμίδιο.
Υδατικό διάλυμα πολυακρυλικού οξέος έχει πολυηλεκτρολυτική δράση (δυνατή ηλεκτρολυτικής διάστασης), η οποία αυξάνεται γραμμικά με την αύξηση του βαθμού εξουδετέρωσης.
Η ουσία είναι αδιάλυτη σε ενώσεις όπως:
- μονομερές ακρυλικού οξέος;
- ασετόνη;
- αιθοξυαιθάνιο;
- υδρογονάνθρακες.
Με κατιονικά διαλύματα και τασιενεργά, η ουσία μπορεί να σχηματίσει αδιάλυτα άλατα.
Λήψη
Η σύνθεση του πολυακρυλικού οξέος πραγματοποιείται με πολυμερισμό του μονομερούς. Η αντίδραση λαμβάνει χώρα σε ένα υδατικό μέσο, όπου προστίθεται ένας παράγοντας διασύνδεσης ή σε οργανικούς διαλύτες. Η ανάμιξη πραγματοποιείται συνήθως σε αντιδραστήρα με πτερύγια και στην επιφάνεια του εξοπλισμούψύχεται στους 70 °C με υγρό ψυκτικό μέσο. Το τελικό προϊόν είναι ένα τζελ - ένα υδρόφιλο πολυμερές που απορροφά ενεργά την υγρασία.
Μπορεί να ληφθεί πιο σταθερό υδατικό διάλυμα οξέος με τη δράση υπεροξειδίου του υδρογόνου και την προσθήκη μικρής ποσότητας παρα-διυδροξυβενζολίου με θειογλυκολικό νάτριο, που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του μοριακού βάρους. Το τελικό προϊόν της αντίδρασης χρησιμοποιείται στην οδοντιατρική.
Εφαρμογή πολυακρυλικού οξέος
Αυτό το πολυμερές χρησιμοποιείται ευρέως ως υπεραπορροφητικό (για δέσμευση και συγκράτηση υγρού) σε πληρωτικά πάνας για βρέφη και ενήλικες, σερβιέτες, πάνες μίας χρήσης και άλλα παρόμοια προϊόντα.
Άλλες περιοχές όπου χρησιμοποιείται πολυακρυλικό οξύ είναι:
- η γεωργία είναι ένα υλικό για τη βελτίωση του εδάφους,
- βιομηχανία - σταθεροποιητές και κροκιδωτικά κολλοειδών διαλυμάτων;
- βυρσοδεψία και παραγωγή κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων - ουσίες για τη μείωση της ηλεκτροδότησης στην επικάλυψη δέρματος και την παραγωγή ινών;
- ηλεκτρονικά - συνδετικό εξάρτημα σε μπαταρίες ιόντων λιθίου;
- βιομηχανικό - σε συστήματα ψύξης και κλιματισμού ως ανασταλτικό εναποθέσεων και συστατικό ομοιογένειας (ηλεκτρικοί σταθμοί, διυλιστήρια χάλυβα και πετρελαίου, λιπάσματα).
Αυτή η ουσία χρησιμοποιείται επίσης ως πρόσθετο στην παραγωγή μεμβρανών που βελτιώνουν την ικανότητά τους να χρωματίζονται και να προσκολλώνταιμε άλλα υλικά.
Ιατρική
Το οξύ και τα άλατά του χρησιμοποιούνται στην ιατρική για τους ακόλουθους σκοπούς:
- φορέας δραστικών ουσιών;
- ένα συστατικό αιμοστατικών αλοιφών, υφασμένων και μη υφασμένων υλικών που χρησιμοποιούνται για εγκαύματα και φλεγμονές για την επιτάχυνση της επούλωσης πληγών.
- συνδετικό σε υλικά πλήρωσης στην οδοντιατρική.
Το πλεονέκτημα αυτού του υλικού είναι ότι είναι βιολογικά αδρανές και μπορεί να χρησιμοποιηθεί μαζί με βιοδραστικές ενώσεις (ένζυμα, αντιβιοτικά, αυξητικούς παράγοντες κ.λπ.).
Πολυακρυλικά
Τα άλατα πολυακρυλικού οξέος είναι πολυμερή εστέρων αυτής της ένωσης. Στην εμφάνιση μοιάζουν με παραφίνες. Χαρακτηρίζονται από τις ακόλουθες ιδιότητες:
- αντοχή σε αραιωμένα αλκάλια και οξέα, φως και οξυγόνο;
- παρατηρείται αποσύνθεση με αλκαλικά διαλύματα σε θερμοκρασία 80–100 °C, με σχηματισμό πολυακρυλικού οξέος.
- όταν θερμαίνονται πάνω από 150 °C, υφίστανται θερμική καταστροφή, διασταυρώνονται πολυακρυλικά μόρια, μονομερές (περίπου 1%) και πτητικά προϊόντα.
- πολυακρυλικά είναι εξαιρετικά διαλυτά σε μονομερή, αιθέρες, υδρογονάνθρακες και ακετόνη.
Τα
Τα άλατα πολυακρυλικού οξέος παράγονται με πολυμερισμό γαλακτώματος ή εναιωρήματος, σε μικρής κλίμακας παραγωγή με πολυμερισμό κατά συστάδες.
Χρήση πολυακρυλικών
Αυτές οι ενώσεις χρησιμοποιούνται στην παραγωγή των ακόλουθων υλικών:
- οργανικό γυαλί;
- διάφορες ταινίες;
- συνθετικές ίνες;
- υλικά βαφής (σμάλτα, βερνίκια, ρητίνες);
- κολλητικές και εμποτιστικές συνθέσεις (γαλακτώματα) για υφάσματα, χαρτί, δέρμα, ξύλο.
Τα βερνίκια με βάση πολυακρυλικά έχουν υψηλή απόδοση:
- υψηλή πρόσφυση σε μεταλλικές και πορώδεις επιφάνειες;
- καλές διακοσμητικές ιδιότητες;
- νερό, UV, καιρικές συνθήκες, ανθεκτικό στα αλκάλια;
- μακροχρόνια διατήρηση των διακοσμητικών ιδιοτήτων (λάμψη και ελαστικότητα) - έως και 10 χρόνια.
Χρησιμοποιούνται για τη βαφή προϊόντων όπως:
- αυτοκίνητα, αεροσκάφη και άλλος εξοπλισμός;
- ταξινομημένο μέταλλο;
- πλαστικά;
- προϊόντα εκτύπωσης;
- προϊόντα ηλεκτρονικής βιομηχανίας;
- βιομηχανία τροφίμων (παραγωγή κουτιών).
Πολυακρυλικό νάτριο
Το πολυακρυλικό νάτριο είναι πολύ διαλυτό στο νερό και δεν αλλάζει τη δομή του ακόμη και στους 240 °C. Αυτή η ένωση χρησιμοποιείται στην παρασκευή νωπών ή αλατιού διαλυμάτων για τη μείωση του ιξώδους τους. Το πολυακρυλικό νάτριο μπορεί να γαλακτωματοποιεί μικροκρυστάλλους, μικροάμμο από ανθρακικά, θειικά και φωσφορικά άλατα.
Η ουσία χρησιμοποιείται στις ακόλουθες βιομηχανίες:
- βιομηχανία πετρελαίου - προετοιμασία υγρού γεώτρησης;
- χημική βιομηχανία - μεταποίησηαπορρυπαντικά, τεχνητό χιόνι, καθώς και ως πυκνωτικό για χρώματα και βερνίκια,
- γεωργία - παραγωγή λιπασμάτων;
- βιομηχανία χαρτιού και χαρτοπολτού - κατασκευή χαρτοπετσετών, χαρτιού υγείας;
- κατασκευή ειδών υγιεινής.
Τα υγρά γεώτρησης που παρασκευάζονται με αυτήν την ένωση έχουν τα ακόλουθα οφέλη:
- χαμηλή πυκνότητα;
- λεπτότητα;
- απαιτείται καλή διαλυτότητα σε οξύ κατά τη διάτρηση;
- ανθεκτικό σε υψηλές θερμοκρασίες (έως 240°C);
- περιβαλλοντική ασφάλεια.
Κοσμετολογία
Στη βιομηχανία καλλυντικών, το πολυακρυλικό νάτριο χρησιμοποιείται ως πυκνωτικό στην κατασκευή προϊόντων όπως:
- λακ μαλλιών;
- αφρόλουτρα;
- κρέμες;
- σαμπουάν;
- μάσκες προσώπου;
- αφρός μπάνιου.
Η μοναδικότητα των ιδιοτήτων αυτού του συμπληρώματος έγκειται στο γεγονός ότι κάθε μικρότερο σωματίδιο πολυακρυλικού νατρίου διογκώνεται στο νερό και δημιουργεί μια αίσθηση βελούδου και απαλότητας στο δέρμα. Δεδομένου ότι η ουσία έχει ελαστομερή δομή που μοιάζει με σιλικόνη, είναι ένας καλός παράγοντας υφής. Τα πλεονεκτήματα των καλλυντικών με την προσθήκη τους είναι ότι δεν κολλάνε, μπορούν να δώσουν ένα ματ ή σατέν αποτέλεσμα. Μερικοί κατασκευαστές προσθέτουν πολυακρυλικό νάτριο σε έγχρωμα καλλυντικά.
