Poliakrilna kiselina je jedinstveni polimer sa visokim kapacitetom upijanja vode. Ovaj spoj je biološki inertan, pa se široko koristi u proizvodnji higijenskih i kozmetičkih proizvoda, kao i kao pomoćni materijal u medicini. Poliakrilati (kiselinske soli), koji imaju poboljšana fizička i mehanička svojstva, imaju još širi opseg.
Opis
Poliakrilna kiselina je makromolekularna supstanca, čija je monomerna jedinica jedinjenje CH2=CH-COOH (akrilna ili propenska, etenkarboksilna kiselina). Ovaj polimer nema toksičnost, dobru topljivost u vodi i visoku alkalnu otpornost.
Hemijska formula poliakrilne kiseline je (C2H3COOH) . Strukturna formula jedinjenja prikazana je na slici ispod.
Poliakrilna kiselina je tipična slaba polikiselina. Njegove makromolekule imaju funkcionalne grupe koje imaju sposobnost dado elektrolitičke disocijacije. Izgleda kao bistra tečnost boje ćilibara ili bijeli granulirani prah.
Properties
Glavna fizička i hemijska svojstva poliakrilne kiseline su:
- Temperatura na kojoj ovaj polimer postaje čvrst, zaobilazeći fazu kristalizacije (staklasto stanje) - 106 °C.
- Pri zagrevanju nastaju anhidridi, a ako temperatura pređe 250°C, tada počinje reakcija eliminacije ugljen-dioksida iz karboksilne grupe - COOH, kao i umrežavanje makromolekula, što dovodi do stvaranja polimera prostorne strukture i povećanje stepena polimerizacije.
- Soli ovog polimera imaju veću termičku stabilnost. Ovo svojstvo se koristi za proizvodnju jakih vlakana cijepljenih poliakrilnom kiselinom.
- Kada je u interakciji sa alkalijama (C2H3COOH) formira soli, u reakcija sa alkoholima - estrima.
- Nakon polimerizacije u rastvaračima, polimer postaje tvrd i krt i zadržava ove kvalitete čak i na temperaturi od 240 °C.
- Kada alkoholi niske molekularne težine reaguju sa ovom kiselinom, dobijaju se estri različite prostorne strukture.
- Oštra promjena u svojstvima polimera javlja se pri vrlo niskom stepenu konverzije funkcionalnih grupa (samo 0,1% etilen glikola je potrebno za umrežavanje molekula mase 50 kDa).
Jedno od svojstava vodenog rastvora poliakrilne kiseline je da kadapovećanje molekularne težine datog polimera također povećava viskozitet otopine, što je povezano s rastom makromolekula i njihovim djelovanjem na vodu. Istovremeno, viskoznost otopine ne ovisi o primijenjenom naponu smicanja i konstantna je vrijednost u širokom rasponu mjerenja, za razliku od drugih polielektrolitnih polimera. Kada se kiselost otopine promijeni, vlakna poliakrilne kiseline podliježu kontrakciji ili izduženju kao rezultat pretvaranja kemijske energije u mehaničku energiju.
Rastvorljivost
(C2H3COOH) dobro se rastvara u sljedećim supstancama:
- voda;
- dietilen dioksid;
- metil i etil alkohol;
- Amid mravlje kiseline;
- dimetilformamid.
Vodena otopina poliakrilne kiseline ima polielektrolitni efekat (sposoban za elektrolitičku disocijaciju), koji raste linearno sa povećanjem stepena neutralizacije.
Tvar je nerastvorljiva u jedinjenjima kao što su:
- monomer akrilne kiseline;
- aceton;
- etoksietan;
- ugljovodonici.
Sa kationskim rastvorima i surfaktantima, supstanca može formirati nerastvorljive soli.
Primi
Sinteza poliakrilne kiseline se vrši polimerizacijom monomera. Reakcija se odvija u vodenom mediju, gdje je dodat agens za umrežavanje, ili u organskim rastvaračima. Miješanje se obično vrši u lopatičnom reaktoru i na površini opremeohlađen na 70 °C tečnim rashladnim sredstvom. Konačni proizvod je gel - hidrofilni polimer koji aktivno upija vlagu.
Stobilniji vodeni rastvor kiseline može se dobiti djelovanjem vodikovog peroksida i dodatkom male količine para-dihidroksibenzena sa natrijum tioglikolatom, koji se koristi za kontrolu molekularne težine. Krajnji produkt reakcije koristi se u stomatologiji.
Primjena poliakrilne kiseline
Ovaj polimer se najčešće koristi kao superapsorbent (za hvatanje i zadržavanje tečnosti) u punilima za pelene za bebe i odrasle, higijenskim ulošcima, jednokratnim pelenama i drugim sličnim proizvodima.
Druge oblasti u kojima se koristi poliakrilna kiselina su:
- poljoprivreda je materijal za poboljšanje tla;
- industrija - stabilizatori i flokulanti koloidnih rastvora;
- štavljenje i proizvodnja tekstila - supstance za smanjenje elektrifikacije u obradi kože i proizvodnji vlakana;
- elektronika - spojna komponenta u litijum-jonskim baterijama;
- industrijski - u sistemima za hlađenje i klimatizaciju kao inhibitor taloženja i komponenta homogenosti (elektrane, rafinerije čelika i nafte, đubriva).
Ova supstanca se također koristi kao aditiv u proizvodnji filmova koji poboljšavaju njihovu sposobnost bojenja i prianjanjasa drugim materijalima.
Medicina
Kiselina i njene soli se koriste u medicini u sljedeće svrhe:
- nosač aktivnih supstanci;
- komponenta hemostatskih masti, tkanih i netkanih materijala koji se koriste za opekotine i upale za ubrzavanje zacjeljivanja rana;
- vezivo u materijalima za punjenje u stomatologiji.
Prednost ovog materijala je u tome što je biološki inertan i može se koristiti zajedno sa bioaktivnim jedinjenjima (enzimi, antibiotici, faktori rasta, itd.).
Poliakrilati
Soli poliakrilne kiseline su polimeri estera ovog jedinjenja. Po izgledu podsjećaju na parafine. Karakteriziraju ih sljedeća svojstva:
- otpornost na razrijeđene alkalije i kiseline, svjetlost i kisik;
- razgradnja alkalnim rastvorima primećuje se na temperaturi od 80–100 °C, sa stvaranjem poliakrilne kiseline;
- kada se zagriju iznad 150 °C, podvrgavaju se termičkoj destrukciji, molekule poliakrilata umreže, monomer (oko 1%) i isparljivi proizvodi se oslobađaju;
- poliakrilati su visoko rastvorljivi u monomerima, eterima, ugljovodonicima i acetonu.
Soli poliakrilne kiseline se proizvode emulzionom ili suspenzijskom polimerizacijom, u maloj proizvodnji blok polimerizacijom.
Upotreba poliakrilata
Ova jedinjenja se koriste u proizvodnji sledećih materijala:
- organsko staklo;
- razni filmovi;
- sintetička vlakna;
- slikarski materijali (emajli, lakovi, smole);
- ljepljive i impregnirajuće kompozicije (emulzije) za tkanine, papir, kožu, drvo.
Lakovi na bazi poliakrilata imaju visoke performanse:
- visoka adhezija na metalne i porozne površine;
- dobre dekorativne kvalitete;
- voda, UV, vremenske prilike, otporan na alkalije;
- dugotrajno očuvanje dekorativnih svojstava (sjaj i elastičnost) - do 10 godina.
Koriste se za bojenje proizvoda kao što su:
- automobili, avioni i druga oprema;
- sortiran metal;
- plastika;
- štamparski proizvodi;
- proizvodi elektronske industrije;
- prehrambena industrija (proizvodnja konzervi).
Natrijum poliakrilat
Natrijum poliakrilat je veoma rastvorljiv u vodi i ne menja svoju strukturu čak ni na 240 °C. Ovaj spoj se koristi u pripremi svježih ili slanih otopina kako bi se smanjio njihov viskozitet. Natrijum poliakrilat je u stanju da emulguje mikrokristale, mikropijesak iz karbonata, sulfata i fosfata.
Tvar se koristi u sljedećim industrijama:
- industrija nafte - priprema tečnosti za bušenje;
- hemijska industrija - proizvodnjadeterdženti, veštački sneg, a takođe i kao zgušnjivač boja i lakova;
- poljoprivreda - proizvodnja đubriva;
- industrija papira i celuloze - proizvodnja salveta, toalet papira;
- proizvodnja sanitarne keramike.
Tečnosti za bušenje formulisane sa ovim jedinjenjem imaju sledeće prednosti:
- niska gustina;
- finoća;
- potrebna je dobra rastvorljivost u kiselini prilikom bušenja;
- otporan na visoke temperature (do 240°C);
- bezbednost životne sredine.
Kozmetologija
U kozmetičkoj industriji, natrijum poliakrilat se koristi kao zgušnjivač u proizvodnji proizvoda kao što su:
- lak za kosu;
- gelovi za tuširanje;
- kreme;
- šampon;
- maske za lice;
- pjena za kupanje.
Jedinstvenost svojstava ovog dodatka leži u činjenici da svaka najmanja čestica natrijum poliakrilata bubri u vodi i stvara osećaj baršunaste i glatkoće na koži. Budući da tvar ima elastomernu strukturu nalik silikonu, dobar je agens za teksturiranje. Prednosti kozmetike sa njenim dodatkom su da ne postaju ljepljive, mogu dati mat ili satenski rezultat. Neki proizvođači dodaju natrijum poliakrilat kozmetici u boji.
