Полиакрилната киселина е уникален полимер с висока водопоглъщаща способност. Това съединение е биологично инертно, така че се използва широко в производството на хигиенни и козметични продукти, както и като спомагателен материал в медицината. Полиакрилатите (киселинни соли), които имат подобрени физични и механични свойства, имат още по-широк обхват.
Описание
Полиакрилната киселина е макромолекулно вещество, мономерната единица на което е съединението CH2=CH-COOH (акрилна или пропенова, етенкарбоксилна киселина). Този полимер няма токсичност, добра разтворимост във вода и висока алкална устойчивост.
Химичната формула на полиакриловата киселина е (C2H3COOH) . Структурната формула на съединението е показана на фигурата по-долу.
Полиакрилната киселина е типична слаба поликиселина. Неговите макромолекули имат функционални групи, които имат способността дадо електролитна дисоциация. Изглежда като бистра кехлибарена течност или бял гранулиран прах.
Свойства
Основните физични и химични свойства на полиакриловата киселина са:
- Температурата, при която този полимер става твърд, заобикаляйки фазата на кристализация (стъклено състояние) - 106 °C.
- При нагряване се образуват анхидриди и ако температурата надвиши 250 °C, тогава започва реакцията на елиминиране на въглеродния диоксид от карбоксилната група - COOH, както и омрежване на макромолекулите, което води до образуването на полимери с пространствена структура и повишаване на степента на полимеризация.
- Солите на този полимер имат по-голяма термична стабилност. Това свойство се използва за производство на силни присадени влакна от полиакрилна киселина.
- При взаимодействие с алкали (C2H3COOH) образува соли, в реакция с алкохоли - естери.
- След полимеризация в разтворители, полимерът става твърд и крехък и запазва тези качества дори при температура от 240 °C.
- Когато алкохоли с ниско молекулно тегло реагират с тази киселина, се получават естери с различни пространствени структури.
- Рязка промяна в свойствата на полимера настъпва при много ниска степен на преобразуване на функционалните групи (необходим е само 0,1% етиленгликол за омрежване на молекули с маса 50 kDa).
Едно от свойствата на воден разтвор на полиакрилова киселина е, че когатоувеличаването на молекулното тегло на даден полимер също увеличава вискозитета на разтвора, което е свързано с растежа на макромолекулите и тяхното въздействие върху водата. В същото време вискозитетът на разтвора не зависи от приложеното напрежение на срязване и е постоянна стойност в широк диапазон на измерване, за разлика от други полиелектролитни полимери. Когато киселинността на разтвора се промени, влакната на полиакриловата киселина претърпяват свиване или удължаване в резултат на превръщането на химическата енергия в механична.
Разтворимост
(C2H3COOH) се разтваря добре в следните вещества:
- вода;
- диетиленов диоксид;
- метилов и етилов алкохол;
- Амид на мравчена киселина;
- диметилформамид.
Водният разтвор на полиакрилова киселина има полиелектролитен ефект (способен на електролитна дисоциация), който нараства линейно с увеличаване на степента на неутрализация.
Веществото е неразтворимо в съединения като:
- мономер на акрилова киселина;
- ацетон;
- етоксиетан;
- въглеводороди.
С катионни разтвори и повърхностноактивни вещества веществото може да образува неразтворими соли.
Получаване
Синтезът на полиакрилна киселина се извършва чрез полимеризация на мономера. Реакцията протича във водна среда, където е добавен омрежващ агент, или в органични разтворители. Смесването обикновено се извършва в лопатков реактор и повърхността на оборудванетоохлажда се до 70 °C с течен хладилен агент. Крайният продукт е гел - хидрофилен полимер, който активно абсорбира влагата.
По-стабилен воден разтвор на киселина може да се получи чрез действието на водороден прекис и добавянето на малко количество пара-дихидроксибензен с натриев тиогликолат, използвано за контролиране на молекулното тегло. Крайният продукт от реакцията се използва в стоматологията.
Прилагане на полиакрилна киселина
Този полимер е най-широко използван като суперабсорбент (за улавяне и задържане на течност) в пълнители за пелени за бебета и възрастни, дамски превръзки, пелени за еднократна употреба и други подобни продукти.
Други области, където се използва полиакрилна киселина, са:
- селското стопанство е материал за подобряване на почвата;
- индустрия - стабилизатори и флокуланти на колоидни разтвори;
- дъбене и текстилно производство - вещества за намаляване на електрификацията при обработката на кожи и производството на влакна;
- електроника - свързващ компонент в литиево-йонни батерии;
- индустриални - в охладителни и климатични системи като инхибитор на отлагания и компонент за хомогенност (електроцентрали, стоманени и петролни рафинерии, торове).
Това вещество се използва и като добавка при производството на филми, които подобряват способността им да се оцветяват и залепватс други материали.
Медицина
Киселината и нейните соли се използват в медицината за следните цели:
- носител на активни вещества;
- компонент от хемостатични мехлеми, тъкани и нетъкани материали, използвани при изгаряния и възпаления за ускоряване на заздравяването на рани;
- свързващо вещество в пълнежните материали в стоматологията.
Предимството на този материал е, че е биологично инертен и може да се използва заедно с биоактивни съединения (ензими, антибиотици, растежни фактори и др.).
Полиакрилати
Солите на полиакриловата киселина са полимери на естери на това съединение. На външен вид те приличат на парафини. Те се характеризират със следните свойства:
- устойчивост на разредени основи и киселини, светлина и кислород;
- се наблюдава разлагане с алкални разтвори при температура 80–100 °C, с образуване на полиакрилова киселина;
- при нагряване над 150 °C те претърпяват термично разрушаване, полиакрилатни молекули се свързват, мономер (около 1%) и летливи продукти се освобождават;
- полиакрилатите са силно разтворими в мономери, етери, въглеводороди и ацетон.
Соли на полиакриловата киселина се произвеждат чрез емулсионна или суспензионна полимеризация, в дребномащабно производство чрез блокова полимеризация.
Използване на полиакрилати
Тези съединения се използват в производството на следните материали:
- органично стъкло;
- различни филми;
- синтетични влакна;
- материали за боядисване (емайли, лакове, смоли);
- лепилни и импрегниращи състави (емулсии) за тъкани, хартия, кожа, дърво.
Лакове на базата на полиакрилати имат висока производителност:
- висока адхезия към метални и порести повърхности;
- добри декоративни качества;
- вода, UV, атмосферни влияния, алкално устойчиви;
- продължително запазване на декоративните свойства (блясък и еластичност) - до 10 години.
Те се използват за боядисване на продукти като:
- автомобили, самолети и друго оборудване;
- сортиран метал;
- пластмаси;
- печатни продукти;
- продукти на електронната индустрия;
- хранителна индустрия (производство на консерви).
Натриев полиакрилат
Натриевият полиакрилат е много разтворим във вода и не променя структурата си дори при 240 °C. Това съединение се използва при приготвянето на пресни или солени разтвори за намаляване на техния вискозитет. Натриевият полиакрилат е в състояние да емулгира микрокристали, микропясък от карбонати, сулфати и фосфати.
Веществото се използва в следните индустрии:
- нефтена индустрия - подготовка за сондажен флуид;
- химическа промишленост - производствопочистващи препарати, изкуствен сняг, а също и като сгъстител за бои и лакове;
- селско стопанство - производство на торове;
- хартиена и целулоза - производство на салфетки, тоалетна хартия;
- производство на санитарен фаянс.
Пробивните течности, формулирани с това съединение, имат следните предимства:
- ниска плътност;
- финост;
- изисква се добра киселинна разтворимост при пробиване;
- устойчиви на висока температура (до 240°C);
- безопасност на околната среда.
Козметология
В козметичната индустрия натриевият полиакрилат се използва като сгъстител при производството на продукти като:
- лак за коса;
- душ гелове;
- кремове;
- шампоан;
- маски за лице;
- пяна за вана.
Уникалността на свойствата на тази добавка се крие във факта, че всяка най-малка частица натриев полиакрилат набъбва във вода и създава усещане за кадифе и гладкост на кожата. Тъй като веществото има подобна на силикон еластомерна структура, то е добър текстуриращ агент. Предимствата на козметиката с нейното добавяне е, че не стават лепкави, могат да дадат матов или сатенен резултат. Някои производители добавят натриев полиакрилат към цветната козметика.
