Poliakrilna kiselina je jedinstveni polimer s visokim kapacitetom upijanja vode. Ovaj spoj je biološki inertan, pa se naširoko koristi u proizvodnji higijenskih i kozmetičkih proizvoda te kao pomoćni materijal u medicini. Poliakrilati (kiselinske soli), koji imaju poboljšana fizička i mehanička svojstva, imaju još širi opseg.
Opis
Poliakrilna kiselina je makromolekularna tvar, čija je monomerna jedinica spoj CH2=CH-COOH (akrilna ili propenoična, etenkarboksilna kiselina). Ovaj polimer nema toksičnost, dobru topljivost u vodi i visoku alkalnu otpornost.
Kemijska formula poliakrilne kiseline je (C2H3COOH) . Strukturna formula spoja prikazana je na donjoj slici.
Poliakrilna kiselina je tipična slaba polikiselina. Njegove makromolekule imaju funkcionalne skupine koje imaju sposobnost dado elektrolitičke disocijacije. Čini se kao bistra jantarna tekućina ili bijeli granulirani prah.
Svojstva
Glavna fizička i kemijska svojstva poliakrilne kiseline su:
- Temperatura na kojoj ovaj polimer postaje čvrst, zaobilazeći fazu kristalizacije (staklasto stanje) - 106 °C.
- Pri zagrijavanju nastaju anhidridi, a ako temperatura prijeđe 250 °C, tada počinje reakcija eliminacije ugljičnog dioksida iz karboksilne skupine - COOH, kao i umrežavanje makromolekula, što dovodi do stvaranja polimera prostorne strukture i povećanje stupnja polimerizacije.
- Soli ovog polimera imaju veću toplinsku stabilnost. Ovo svojstvo se koristi za proizvodnju jakih vlakana cijepljenih poliakrilnom kiselinom.
- Kada je u interakciji s lužinama (C2H3COOH) stvara soli, u reakcija s alkoholima - esterima.
- Nakon polimerizacije u otapalima, polimer postaje tvrd i krhak i zadržava te kvalitete čak i na temperaturi od 240 °C.
- Kada alkoholi niske molekularne težine reagiraju s ovom kiselinom, dobivaju se esteri različitih prostornih struktura.
- Oštra promjena u svojstvima polimera događa se pri vrlo niskom stupnju pretvorbe funkcionalnih skupina (samo 0,1% etilen glikola je potrebno za umrežavanje molekula mase 50 kDa).
Jedno od svojstava vodene otopine poliakrilne kiseline je da kadapovećanje molekularne mase određenog polimera također povećava viskoznost otopine, što je povezano s rastom makromolekula i njihovim učinkom na vodu. Istodobno, viskoznost otopine ne ovisi o primijenjenom posmičnom naprezanju 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 produljenju kao rezultat pretvorbe kemijske energije u mehaničku energiju.
Topljivost
(C2H3COOH) dobro se otapa u sljedećim tvarima:
- voda;
- dietilen dioksid;
- metil i etil alkohol;
- Amid mravlje kiseline;
- dimetilformamid.
Vodena otopina poliakrilne kiseline ima polielektrolitski učinak (sposoban za elektrolitičku disocijaciju), koji raste linearno s povećanjem stupnja neutralizacije.
Tvar je netopiva u spojevima kao što su:
- monomer akrilne kiseline;
- aceton;
- etoksietan;
- ugljikovodici.
S kationskim otopinama i površinski aktivnim tvarima, tvar može tvoriti netopive soli.
Primi
Sinteza poliakrilne kiseline provodi se polimerizacijom monomera. Reakcija se odvija u vodenom mediju, gdje je dodano sredstvo za umrežavanje, ili u organskim otapalima. Miješanje se obično provodi u reaktoru s lopaticom i na površini opremeohlađen na 70 °C tekućim rashladnim sredstvom. Konačni proizvod je gel - hidrofilni polimer koji aktivno upija vlagu.
Stabilnija vodena otopina kiseline može se dobiti djelovanjem vodikovog peroksida i dodatkom male količine para-dihidroksibenzena s natrijevim 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 tekućine) u punilima za pelene za bebe i odrasle, higijenskim ulošcima, jednokratnim pelenama i drugim sličnim proizvodima.
Druga područja u kojima se koristi poliakrilna kiselina su:
- poljoprivreda je materijal za poboljšanje tla;
- industrija - stabilizatori i flokulanti koloidnih otopina;
- štavljenje i proizvodnja tekstila - tvari za smanjenje elektrifikacije u obradi kože i proizvodnji vlakana;
- elektronika - spojna komponenta u litij-ionskim baterijama;
- industrijski - u sustavima hlađenja i klimatizacije kao inhibitor taloženja i komponenta homogenosti (elektrane, rafinerije čelika i nafte, gnojiva).
Ova se tvar također koristi kao aditiv u proizvodnji filmova koji poboljšavaju njihovu sposobnost bojenja i prianjanjas drugim materijalima.
Medicina
Kiselina i njene soli koriste se u medicini u sljedeće svrhe:
- nosač aktivnih tvari;
- komponenta hemostatskih masti, tkanih i netkanih materijala koji se koriste za opekline 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 s bioaktivnim spojevima (enzimi, antibiotici, faktori rasta, itd.).
Poliakrilati
Soli poliakrilne kiseline su polimeri estera ovog spoja. Po izgledu nalikuju parafinima. Karakteriziraju ih sljedeća svojstva:
- otpornost na razrijeđene lužine i kiseline, svjetlost i kisik;
- razgradnja alkalnim otopinama opaža se na temperaturi od 80-100 °C, uz stvaranje poliakrilne kiseline;
- kada se zagrije iznad 150 °C, podliježu termičkom razaranju, molekule poliakrilata se poprečno povezuju, monomer (oko 1%) i hlapljivi proizvodi se oslobađaju;
- poliakrilati su vrlo topljivi u monomerima, eterima, ugljikovodicima i acetonu.
Soli poliakrilne kiseline proizvode se emulzijskom ili suspenzijskom polimerizacijom, u maloj proizvodnji blok polimerizacijom.
Upotreba poliakrilata
Ovi spojevi se koriste u proizvodnji sljedećih materijala:
- organsko staklo;
- razni filmovi;
- sintetička vlakna;
- slikarski materijali (emajli, lakovi, smole);
- ljepljive i impregnirajuće smjese (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 lužine;
- dugotrajno očuvanje dekorativnih svojstava (sjaj i elastičnost) - do 10 godina.
Koriste se za bojenje proizvoda kao što su:
- automobili, zrakoplovi i druga oprema;
- sortiran metal;
- plastika;
- tiskarski proizvodi;
- proizvodi elektroničke industrije;
- prehrambena industrija (proizvodnja konzervi).
Natrijev poliakrilat
Natrijev poliakrilat je vrlo topiv u vodi i ne mijenja svoju strukturu čak ni na 240 °C. Ovaj spoj se koristi u pripremi svježih ili slanih otopina za smanjenje njihove viskoznosti. Natrijev poliakrilat može emulgirati mikrokristale, mikropijesak iz karbonata, sulfata i fosfata.
Tvar se koristi u sljedećim industrijama:
- industrija nafte - priprema tekućine za bušenje;
- kemijska industrija - proizvodnjadeterdženti, umjetni snijeg, a također i kao zgušnjivač za boje i lakove;
- poljoprivreda - proizvodnja gnojiva;
- industrija papira i celuloze - proizvodnja salveta, toaletnog papira;
- proizvodnja sanitarne keramike.
Tekovine za bušenje formulirane s ovim spojem imaju sljedeće prednosti:
- niska gustoća;
- finoća;
- potrebna je dobra topljivost u kiselini prilikom bušenja;
- otporan na visoke temperature (do 240°C);
- sigurnost okoliša.
Kozmetologija
U kozmetičkoj industriji, natrijev 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 natrijevog poliakrilata bubri u vodi i stvara osjećaj baršunasti i glatkoće na koži. Budući da tvar ima elastomernu strukturu nalik silikonu, dobro je sredstvo za teksturiranje. Prednosti kozmetike s njenim dodatkom su da ne postaju ljepljive, mogu dati mat ili satenski rezultat. Neki proizvođači dodaju natrijev poliakrilat kozmetici u boji.
