Polyacrylzuur is een uniek polymeer met een hoog waterabsorptievermogen. Deze verbinding is biologisch inert en wordt daarom veel gebruikt bij de vervaardiging van hygiëne- en cosmetische producten, evenals als hulpstof in de geneeskunde. Polyacrylaten (zure zouten), die verbeterde fysische en mechanische eigenschappen hebben, hebben een nog breder bereik.
Beschrijving
Polyacrylzuur is een macromoleculaire stof waarvan de monomere eenheid de verbinding CH2=CH−COOH is (acryl- of propeenzuur, etheencarbonzuur). Dit polymeer heeft geen toxiciteit, goede oplosbaarheid in water en een hoge alkalibestendigheid.
De chemische formule van polyacrylzuur is (C2H3COOH) . De structuurformule van de verbinding wordt weergegeven in de onderstaande figuur.
Polyacrylzuur is een typisch zwak polyzuur. De macromoleculen hebben functionele groepen die het vermogen hebben omtot elektrolytische dissociatie. Het verschijnt als een heldere amberkleurige vloeistof of wit korrelig poeder.
Eigenschappen
De belangrijkste fysische en chemische eigenschappen van polyacrylzuur zijn:
- De temperatuur waarbij dit polymeer vast wordt en de kristallisatiefase omzeilt (glasachtige toestand) - 106 °C.
- Bij verhitting worden anhydriden gevormd en als de temperatuur hoger is dan 250 °C, begint de reactie van de eliminatie van koolstofdioxide uit de carboxylgroep - COOH, evenals verknoping van macromoleculen, wat leidt tot de vorming van polymeren met een ruimtelijke structuur en een toename van de polymerisatiegraad.
- Zouten van dit polymeer hebben een grotere thermische stabiliteit. Deze eigenschap wordt gebruikt om sterke met polyacrylzuur geënte vezels te produceren.
- Bij interactie met alkaliën (C2H3COOH) vormt zouten, in de reactie met alcoholen - esters.
- Na polymerisatie in oplosmiddelen wordt het polymeer hard en bros en behoudt het deze eigenschappen zelfs bij een temperatuur van 240 °C.
- Als alcoholen met een laag molecuulgewicht reageren met dit zuur, worden esters met verschillende ruimtelijke structuren verkregen.
- Een scherpe verandering in de eigenschappen van het polymeer treedt op bij een zeer lage omzettingsgraad van functionele groepen (slechts 0,1% ethyleenglycol is nodig om moleculen met een massa van 50 kDa te verknopen).
Een van de eigenschappen van een waterige oplossing van polyacrylzuur is dat wanneereen toename van het molecuulgewicht van een bepaald polymeer verhoogt ook de viscositeit van de oplossing, die wordt geassocieerd met de groei van macromoleculen en hun effect op water. Tegelijkertijd is de viscositeit van de oplossing niet afhankelijk van de toegepaste schuifspanning en is deze een constante waarde over een breed meetbereik, in tegenstelling tot andere polyelektrolytpolymeren. Wanneer de zuurgraad van de oplossing verandert, ondergaan polyacrylzuurvezels contractie of verlenging als gevolg van de omzetting van chemische energie in mechanische energie.
Oplosbaarheid
(C2H3COOH) lost goed op in de volgende stoffen:
- water;
- diethyleendioxide;
- methyl en ethylalcohol;
- Mierenzuuramide;
- dimethylformamide.
Een waterige oplossing van polyacrylzuur heeft een polyelektrolyteffect (in staat tot elektrolytische dissociatie), dat lineair toeneemt met een toename van de neutralisatiegraad.
De stof is onoplosbaar in verbindingen zoals:
- acrylzuurmonomeer;
- aceton;
- ethoxyethaan;
- koolwaterstoffen.
Met kationische oplossingen en oppervlakteactieve stoffen kan de stof onoplosbare zouten vormen.
Ontvangen
Synthese van polyacrylzuur wordt uitgevoerd door polymerisatie van het monomeer. De reactie vindt plaats in een waterig medium, waaraan een verknopingsmiddel wordt toegevoegd, of in organische oplosmiddelen. Het mengen wordt meestal uitgevoerd in een peddelreactor en het oppervlak van de apparatuurafgekoeld tot 70 °C met vloeibaar koelmiddel. Het eindproduct is een gel - een hydrofiel polymeer dat actief vocht absorbeert.
Een stabielere waterige zuuroplossing kan worden verkregen door de werking van waterstofperoxide en de toevoeging van een kleine hoeveelheid para-dihydroxybenzeen met natriumthioglycolaat, dat wordt gebruikt om het molecuulgewicht te regelen. Het eindproduct van de reactie wordt gebruikt in de tandheelkunde.
Toepassing van polyacrylzuur
Dit polymeer wordt het meest gebruikt als superabsorberend middel (om vloeistof op te vangen en vast te houden) in luiervullers voor baby's en volwassenen, maandverbanden, wegwerpluiers en andere soortgelijke producten.
Andere gebieden waar polyacrylzuur wordt gebruikt zijn:
- landbouw is een materiaal voor bodemverbetering;
- industry - stabilisatoren en vlokmiddelen van colloïdale oplossingen;
- looierij en textielproductie - stoffen om elektrificatie in leerdressing en vezelproductie te verminderen;
- elektronica - verbindingscomponent in lithium-ionbatterijen;
- industrieel - in koel- en airconditioningsystemen als afzettingsremmer en homogeniteitscomponent (krachtcentrales, staal- en olieraffinaderijen, meststoffen).
Deze stof wordt ook gebruikt als additief bij de productie van films die hun vermogen om te kleuren en te hechten verbeterenmet andere materialen.
Geneeskunde
Zuur en zijn zouten worden in de geneeskunde gebruikt voor de volgende doeleinden:
- drager van werkzame stoffen;
- een bestanddeel van hemostatische zalven, geweven en niet-geweven materialen die worden gebruikt voor brandwonden en ontstekingen om wondgenezing te versnellen;
- bindmiddel in vulmaterialen in de tandheelkunde.
Het voordeel van dit materiaal is dat het biologisch inert is en samen met bioactieve stoffen (enzymen, antibiotica, groeifactoren, enz.) kan worden gebruikt.
Polyacrylaten
Zouten van polyacrylzuur zijn polymeren van esters van deze verbinding. Qua uiterlijk lijken ze op paraffines. Ze worden gekenmerkt door de volgende eigenschappen:
- weerstand tegen verdunde alkaliën en zuren, licht en zuurstof;
- ontleding met alkalische oplossingen wordt waargenomen bij een temperatuur van 80-100 °C, onder vorming van polyacrylzuur;
- bij verhitting boven 150 °C ondergaan ze thermische vernietiging, polyacrylaatmoleculen verknopen, monomeer (ongeveer 1%) en vluchtige producten komen vrij;
- polyacrylaten zijn zeer goed oplosbaar in monomeren, ethers, koolwaterstoffen en aceton.
Zouten van polyacrylzuur worden geproduceerd door emulsie- of suspensiepolymerisatie, in kleinschalige productie door blokpolymerisatie.
Gebruik van polyacrylaten
Deze verbindingen worden gebruikt bij de productie van de volgende materialen:
- biologisch glas;
- diverse films;
- synthetische vezels;
- verfmaterialen (email, vernissen, harsen);
- lijm- en impregneersamenstellingen (emulsies) voor stoffen, papier, leer, hout.
Vernissen op basis van polyacrylaten hebben hoge prestaties:
- hoge hechting op metaal en poreuze oppervlakken;
- goede decoratieve kwaliteiten;
- water, UV, weer, alkali bestendig;
- langdurig behoud van decoratieve eigenschappen (glans en elasticiteit) - tot 10 jaar.
Ze worden gebruikt om producten te verven zoals:
- auto's, vliegtuigen en andere uitrusting;
- gesorteerd metaal;
- kunststoffen;
- drukproducten;
- producten voor de elektronische industrie;
- voedingsindustrie (productie van blikjes).
Natriumpolyacrylaat
Natriumpolyacrylaat is zeer goed oplosbaar in water en verandert zelfs bij 240 °C niet van structuur. Deze verbinding wordt gebruikt bij de bereiding van verse of zoute oplossingen om hun viscositeit te verminderen. Natriumpolyacrylaat kan microkristallen, microzand uit carbonaten, sulfaten en fosfaten emulgeren.
De stof wordt gebruikt in de volgende industrieën:
- olie-industrie - voorbereiding van boorvloeistof;
- chemische industrie - productiewasmiddelen, kunstsneeuw en ook als verdikkingsmiddel voor verven en vernissen;
- landbouw - kunstmestproductie;
- papier- en pulpindustrie - vervaardiging van servetten, toiletpapier;
- fabricage van sanitair.
Boorvloeistoffen die met deze verbinding zijn samengesteld, hebben de volgende voordelen:
- lage dichtheid;
- fijnheid;
- goede zuuroplosbaarheid vereist bij inboren;
- bestand tegen hoge temperaturen (tot 240°C);
- milieuveiligheid.
Cosmetologie
In de cosmetische industrie wordt natriumpolyacrylaat gebruikt als verdikkingsmiddel bij de vervaardiging van producten zoals:
- haarlak;
- douchegels;
- crèmes;
- shampoo;
- gezichtsmaskers;
- badschuim.
Het unieke van de eigenschappen van dit supplement ligt in het feit dat elk kleinste deeltje natriumpolyacrylaat in water opzwelt en een fluweelzacht en glad gevoel op de huid creëert. Omdat de stof een siliconenachtige elastomere structuur heeft, is het een goed textureermiddel. De voordelen van cosmetica met zijn toevoeging is dat ze niet plakkerig worden, ze kunnen een mat of satijnachtig resultaat geven. Sommige fabrikanten voegen natriumpolyacrylaat toe aan kleurcosmetica.
