Poliakrilna kislina je edinstven polimer z visoko sposobnostjo vpijanja vode. Ta spojina je biološko inertna, zato se pogosto uporablja pri izdelavi higienskih in kozmetičnih izdelkov, pa tudi kot pomožni material v medicini. Poliakrilati (kislinske soli), ki imajo izboljšane fizikalne in mehanske lastnosti, imajo še širši obseg.
Opis
Poliakrilna kislina je makromolekularna snov, katere monomerna enota je spojina CH2=CH-COOH (akrilna ali propenojska, etenkarboksilna kislina). Ta polimer nima strupenosti, ima dobro topnost v vodi in ima visoko alkalno odpornost.
Kemična formula poliakrilne kisline je (C2H3COOH) . Strukturna formula spojine je prikazana na spodnji sliki.
Poliakrilna kislina je tipična šibka polikislina. Njegove makromolekule imajo funkcionalne skupine, ki imajo sposobnostdo elektrolitske disociacije. Videti je kot bistra jantarna tekočina ali bel zrnat prah.
Lastnosti
Glavne fizikalne in kemijske lastnosti poliakrilne kisline so:
- Temperatura, pri kateri ta polimer postane trden, mimo kristalizacijske faze (steklasto stanje) - 106 °C.
- Pri segrevanju nastanejo anhidridi, in če temperatura preseže 250 °C, se začne reakcija izločanja ogljikovega dioksida iz karboksilne skupine - COOH ter navzkrižno povezovanje makromolekul, kar vodi do tvorbe polimerov prostorske strukture in povečanje stopnje polimerizacije.
- Soli tega polimera imajo večjo toplotno stabilnost. Ta lastnost se uporablja za proizvodnjo močnih vlaken, cepljenih s poliakrilno kislino.
- Pri interakciji z alkalijami (C2H3COOH) tvori soli, v reakcija z alkoholi - estri.
- Po polimerizaciji v topilih polimer postane trd in krhek ter ohrani te lastnosti tudi pri temperaturi 240 °C.
- Ko alkoholi z nizko molekulsko maso reagirajo s to kislino, nastanejo estri različnih prostorskih struktur.
- Ostra sprememba lastnosti polimera se pojavi pri zelo nizki stopnji pretvorbe funkcionalnih skupin (za navzkrižno povezovanje molekul z maso 50 kDa je potrebno le 0,1 % etilen glikola).
Ena od lastnosti vodne raztopine poliakrilne kisline je, dapovečanje molekulske mase danega polimera poveča tudi viskoznost raztopine, kar je povezano z rastjo makromolekul in njihovim učinkom na vodo. Hkrati pa viskoznost raztopine ni odvisna od uporabljene strižne napetosti in je konstantna vrednost v širokem merilnem območju, v nasprotju z drugimi polielektrolitskimi polimeri. Ko se kislost raztopine spremeni, se vlakna poliakrilne kisline skrčijo ali raztegnejo zaradi pretvorbe kemične energije v mehansko energijo.
Topnost
(C2H3COOH) se dobro raztopi v naslednjih snoveh:
- voda;
- dietilen dioksid;
- metilni in etilni alkohol;
- amid mravljične kisline;
- dimetilformamid.
Vodna raztopina poliakrilne kisline ima polielektrolitski učinek (sposoben elektrolitske disociacije), ki se linearno povečuje s povečanjem stopnje nevtralizacije.
Snov je netopna v spojinah, kot so:
- monomer akrilne kisline;
- aceton;
- etoksietan;
- ogljikovodiki.
S kationskimi raztopinami in površinsko aktivnimi snovmi lahko snov tvori netopne soli.
Prejmi
Sinteza poliakrilne kisline poteka s polimerizacijo monomera. Reakcija poteka v vodnem mediju, kjer je dodano sredstvo za zamreženje, ali v organskih topilih. Mešanje se običajno izvaja v lopatičnem reaktorju in na površini opremeohladimo na 70 °C s tekočim hladilnim sredstvom. Končni izdelek je gel - hidrofilni polimer, ki aktivno absorbira vlago.
Bolj stabilnejšo vodno raztopino kisline lahko dobimo z delovanjem vodikovega peroksida in dodatkom majhne količine para-dihidroksibenzena z natrijevim tioglikolatom, ki se uporablja za nadzor molekulske mase. Končni produkt reakcije se uporablja v zobozdravstvu.
Nanos poliakrilne kisline
Ta polimer se najpogosteje uporablja kot superabsorbent (za zajemanje in zadrževanje tekočine) v polnilih za otroške in odrasle plenice, higienskih vložkih, plenicah za enkratno uporabo in drugih podobnih izdelkih.
Druga področja, kjer se uporablja poliakrilna kislina, so:
- kmetijstvo je material za izboljšanje tal;
- industrija - stabilizatorji in flokulanti koloidnih raztopin;
- strojenje in proizvodnja tekstila - snovi za zmanjšanje elektrifikacije pri obdelavi usnja in proizvodnji vlaken;
- elektronika - povezovalna komponenta v litij-ionskih baterijah;
- industrijski - v sistemih za hlajenje in klimatizacijo kot zaviralec usedlin in komponenta homogenosti (elektrarne, rafinerije jekla in nafte, gnojila).
Ta snov se uporablja tudi kot dodatek pri proizvodnji filmov, ki izboljšajo njihovo sposobnost obarvanja in oprijemaz drugimi materiali.
Medicina
Kislina in njene soli se uporabljajo v medicini za naslednje namene:
- nosilec učinkovin;
- komponenta hemostatskih mazil, tkanih in netkanih materialov za opekline in vnetja za pospeševanje celjenja ran;
- vezivo v polnilnih materialih v zobozdravstvu.
Prednost tega materiala je, da je biološko inerten in se lahko uporablja skupaj z bioaktivnimi spojinami (encimi, antibiotiki, rastni faktorji itd.).
poliakrilati
Soli poliakrilne kisline so polimeri estrov te spojine. Po videzu so podobni parafinom. Zanje so značilne naslednje lastnosti:
- odpornost na razredčene alkalije in kisline, svetlobo in kisik;
- opazimo razgradnjo z alkalnimi raztopinami pri temperaturi 80–100 °C s tvorbo poliakrilne kisline;
- pri segrevanju nad 150 °C se toplotno uničijo, sproščajo se molekule poliakrilata, monomer (približno 1%) in hlapni produkti;
- poliakrilati so zelo topni v monomerih, etrih, ogljikovodikih in acetonu.
Soli poliakrilne kisline se proizvajajo z emulzijsko ali suspenzijsko polimerizacijo, v majhni proizvodnji z blok polimerizacijo.
Uporaba poliakrilatov
Te spojine se uporabljajo pri proizvodnji naslednjih materialov:
- organsko steklo;
- različni filmi;
- sintetična vlakna;
- slikarski materiali (emajli, laki, smole);
- lepilne in impregnacijske sestavke (emulzije) za tkanine, papir, usnje, les.
Laki na osnovi poliakrilatov imajo visoko zmogljivost:
- visok oprijem na kovinske in porozne površine;
- dobre dekorativne lastnosti;
- voda, UV, vremenske razmere, odporne na alkalije;
- dolgotrajno ohranjanje dekorativnih lastnosti (sijaj in elastičnost) - do 10 let.
Uporabljajo se za barvanje izdelkov, kot so:
- avtomobili, letala in druga oprema;
- razvrščena kovina;
- plastika;
- tiskarski izdelki;
- izdelki elektronske industrije;
- živilska industrija (proizvodnja pločevink).
Natrijev poliakrilat
Natrijev poliakrilat je zelo topen v vodi in ne spremeni svoje strukture niti pri 240 °C. Ta spojina se uporablja pri pripravi svežih ali solnih raztopin za zmanjšanje njihove viskoznosti. Natrijev poliakrilat lahko emulgira mikrokristale, mikropesek iz karbonatov, sulfatov in fosfatov.
Snov se uporablja v naslednjih panogah:
- naftna industrija - priprava vrtalne tekočine;
- kemična industrija - proizvodnjadetergenti, umetni sneg in tudi kot zgoščevalec za barve in lake;
- kmetijstvo - proizvodnja gnojil;
- papirna in celulozna industrija - proizvodnja prtičkov, toaletnega papirja;
- proizvodnja sanitarne keramike.
Vrtalne tekočine, formulirane s to spojino, imajo naslednje prednosti:
- nizka gostota;
- finost;
- pri vrtanju je potrebna dobra topnost v kislini;
- odporno na visoke temperature (do 240°C);
- varnost okolja.
Kozmetologija
V kozmetični industriji se natrijev poliakrilat uporablja kot zgoščevalec pri izdelavi izdelkov, kot so:
- lak za lase;
- geli za tuširanje;
- kreme;
- šampon;
- obrazne maske;
- kopalna pena.
Edinstvenost lastnosti tega dodatka je v tem, da vsak najmanjši delček natrijevega poliakrilata nabrekne v vodi in na koži ustvari občutek žametnosti in gladkosti. Ker ima snov silikonu podobno elastomerno strukturo, je dobro teksturirno sredstvo. Prednosti kozmetike z njenim dodatkom so, da ne postanejo lepljive, lahko dajejo mat ali saten rezultat. Nekateri proizvajalci dodajajo natrijev poliakrilat barvni kozmetiki.
