Poliakrilskābe ir unikāls polimērs ar augstu ūdens absorbcijas spēju. Šis savienojums ir bioloģiski inerts, tāpēc to plaši izmanto higiēnas un kosmētikas līdzekļu ražošanā, kā arī kā palīgmateriālu medicīnā. Poliakrilātiem (skābajiem sāļiem), kuriem ir uzlabotas fizikālās un mehāniskās īpašības, ir vēl plašāks darbības joma.
Apraksts
Poliakrilskābe ir lielmolekulāra viela, kuras monomēra vienība ir savienojums CH2=CH-COOH (akrilskābe vai propēnskābe, etēnkarbonskābe). Šim polimēram nav toksiskuma, laba šķīdība ūdenī un augsta izturība pret sārmiem.
Poliakrilskābes ķīmiskā formula ir (C2H3COOH) . Savienojuma strukturālā formula ir parādīta attēlā zemāk.
Poliakrilskābe ir tipiska vāja poliskābe. Tās makromolekulām ir funkcionālās grupas, kurām ir spējauz elektrolītisko disociāciju. Tas izskatās kā dzidrs dzintara šķidrums vai b alts granulēts pulveris.
Properties
Poliakrilskābes galvenās fizikālās un ķīmiskās īpašības ir:
- Temperatūra, kurā šis polimērs kļūst ciets, apejot kristalizācijas fāzi (stiklveida stāvoklis) - 106 °C.
- Karsējot veidojas anhidrīdi, un, ja temperatūra pārsniedz 250 °C, tad sākas oglekļa dioksīda izvadīšanas reakcija no karboksilgrupas - COOH, kā arī makromolekulu šķērssavienošanās, kas noved pie veidošanās. telpiskas struktūras polimēru un polimerizācijas pakāpes palielināšanās.
- Šī polimēra sāļiem ir lielāka termiskā stabilitāte. Šo īpašību izmanto, lai ražotu spēcīgas poliakrilskābes potētas šķiedras.
- Mijiedarbojoties ar sārmiem (C2H3COOH) veido sāļus, reakcija ar spirtiem - esteriem.
- Pēc polimerizācijas šķīdinātājos polimērs kļūst ciets un trausls un saglabā šīs īpašības pat 240 °C temperatūrā.
- Kad zemas molekulmasas spirti reaģē ar šo skābi, tiek iegūti dažādu telpisko struktūru esteri.
- Pie ļoti zemas funkcionālo grupu konversijas pakāpes notiek krasas polimēra īpašību izmaiņas (lai savstarpēji savienotu molekulas ar masu 50 kDa, nepieciešams tikai 0,1% etilēnglikola).
Viena no poliakrilskābes ūdens šķīduma īpašībām ir tāda, kadotā polimēra molekulmasas palielināšanās palielina arī šķīduma viskozitāti, kas ir saistīta ar makromolekulu augšanu un to ietekmi uz ūdeni. Tajā pašā laikā šķīduma viskozitāte nav atkarīga no pielietotā bīdes sprieguma un ir nemainīga vērtība plašā mērījumu diapazonā, atšķirībā no citiem polielektrolītu polimēriem. Mainoties šķīduma skābumam, poliakrilskābes šķiedras saraujas vai pagarinās ķīmiskās enerģijas pārvēršanas mehāniskajā enerģijā rezultātā.
Šķīdība
(C2H3COOH) labi šķīst šādās vielās:
- ūdens;
- dietilēna dioksīds;
- metilspirts un etilspirts;
- Skudrskābes amīds;
- dimetilformamīds.
Poliakrilskābes ūdens šķīdumam ir polielektrolīta efekts (spējīgs elektrolītiski disociēties), kas lineāri palielinās, palielinoties neitralizācijas pakāpei.
Viela nešķīst tādos savienojumos kā:
- akrilskābes monomērs;
- acetons;
- etoksietāns;
- ogļūdeņraži.
Ar katjonu šķīdumiem un virsmaktīvām vielām viela var veidot nešķīstošus sāļus.
Saņemt
Poliakrilskābes sintēze tiek veikta, polimerizējot monomēru. Reakcija notiek ūdens vidē, kur pievieno šķērssaistīšanas līdzekli, vai organiskos šķīdinātājos. Maisīšanu parasti veic lāpstiņas reaktorā un iekārtas virsmāatdzesē līdz 70 °C ar šķidru aukstumaģentu. Gala produkts ir gēls - hidrofils polimērs, kas aktīvi absorbē mitrumu.
Stabilāku skābes ūdens šķīdumu var iegūt, iedarbojoties ar ūdeņraža peroksīdu un pievienojot nelielu daudzumu para-dihidroksibenzola ar nātrija tioglikolātu, ko izmanto molekulmasas kontrolei. Reakcijas galaprodukts tiek izmantots zobārstniecībā.
Poliakrilskābes uzklāšana
Šo polimēru visplašāk izmanto kā superabsorbentu (lai uztvertu un noturētu šķidrumu) zīdaiņu un pieaugušo autiņbiksīšu pildītājos, higiēniskās paketēs, vienreizējās lietošanas autiņbiksītēs un citos līdzīgos izstrādājumos.
Citas jomas, kurās tiek izmantota poliakrilskābe, ir:
- lauksaimniecība ir materiāls augsnes uzlabošanai;
- industrija - koloidālo šķīdumu stabilizatori un flokulanti;
- miecēšana un tekstilizstrādājumu ražošana - vielas, kas samazina elektrifikāciju ādas apstrādē un šķiedru ražošanā;
- elektronika - savienojošais komponents litija jonu akumulatoros;
- industriālais - dzesēšanas un gaisa kondicionēšanas sistēmās kā nogulšņu inhibitors un viendabīguma sastāvdaļa (elektrostacijas, tērauda un naftas pārstrādes rūpnīcas, mēslojums).
Šo vielu izmanto arī kā piedevu plēvju ražošanā, kas uzlabo to spēju krāsoties un pieķertiesar citiem materiāliem.
Medicīna
Skābi un tās sāļus medicīnā izmanto šādiem mērķiem:
- aktīvo vielu nesējs;
- hemostatisko ziežu, audumu un neaustu materiālu sastāvdaļa, ko izmanto apdegumiem un iekaisumiem, lai paātrinātu brūču dzīšanu;
- saistviela plombējamos materiālos zobārstniecībā.
Šī materiāla priekšrocība ir tā, ka tas ir bioloģiski inerts un to var lietot kopā ar bioaktīviem savienojumiem (enzīmiem, antibiotikām, augšanas faktoriem utt.).
Poliakrilāti
Poliakrilskābes sāļi ir šī savienojuma esteru polimēri. Pēc izskata tie atgādina parafīnus. Tos raksturo šādas īpašības:
- izturība pret atšķaidītiem sārmiem un skābēm, gaismu un skābekli;
- sadalīšanās ar sārmu šķīdumiem tiek novērota 80–100 °C temperatūrā, veidojoties poliakrilskābei;
- karsējot virs 150 °C, tās tiek pakļautas termiskai iznīcināšanai, poliakrilāta molekulas tiek sašķeltas, izdalās monomērs (apmēram 1%) un gaistoši produkti;
- poliakrilāti labi šķīst monomēros, ēteros, ogļūdeņražos un acetonā.
Poliakrilskābes sāļus ražo ar emulsijas vai suspensijas polimerizāciju, maza mēroga ražošanā ar bloku polimerizāciju.
Poliakrilātu izmantošana
Šie savienojumi tiek izmantoti šādu materiālu ražošanā:
- organisks stikls;
- dažādas filmas;
- sintētiskās šķiedras;
- krāsošanas materiāli (emaljas, lakas, sveķi);
- līmējošas un impregnējošas kompozīcijas (emulsijas) audumiem, papīram, ādai, kokam.
Lakām uz poliakrilātiem ir augsta veiktspēja:
- augsta saķere ar metāla un porainām virsmām;
- labas dekoratīvās īpašības;
- ūdens, UV, laikapstākļu, sārmu izturīgs;
- dekoratīvo īpašību (spīdums un elastība) ilgstoša saglabāšana - līdz 10 gadiem.
Tos izmanto, lai krāsotu tādus produktus kā:
- automašīnas, lidmašīnas un cits aprīkojums;
- šķirots metāls;
- plastmasa;
- drukas izstrādājumi;
- elektroniskās rūpniecības produkti;
- pārtikas rūpniecība (kārbu ražošana).
Nātrija poliakrilāts
Nātrija poliakrilāts ļoti labi šķīst ūdenī un nemaina savu struktūru pat 240 °C temperatūrā. Šo savienojumu izmanto svaigu vai sāls šķīdumu pagatavošanai, lai samazinātu to viskozitāti. Nātrija poliakrilāts spēj emulģēt mikrokristālus, mikrosmiltis no karbonātiem, sulfātiem un fosfātiem.
Viela tiek izmantota šādās nozarēs:
- naftas rūpniecība - urbšanas šķidruma sagatavošana;
- ķīmiskā rūpniecība - ražošanamazgāšanas līdzekļi, mākslīgais sniegs, kā arī krāsu un laku biezinātājs;
- lauksaimniecība - mēslojuma ražošana;
- papīra un celulozes rūpniecība - salvešu, tualetes papīra ražošana;
- sanitārtehnikas izstrādājumu ražošana.
Urbšanas šķidrumiem, kas izgatavoti ar šo savienojumu, ir šādas priekšrocības:
- mazs blīvums;
- smalkums;
- ieurbšanas laikā nepieciešama laba šķīdība skābē;
- izturīgs pret augstu temperatūru (līdz 240°C);
- vides drošība.
Kosmetoloģija
Kosmētikas rūpniecībā nātrija poliakrilātu izmanto kā biezinātāju tādu produktu ražošanā kā:
- matu laka;
- dušas želejas;
- krēmi;
- šampūns;
- sejas maskas;
- vannas putas.
Šīs piedevas īpašību unikalitāte slēpjas tajā, ka katra mazākā nātrija poliakrilāta daļiņa uzbriest ūdenī un rada samtainuma un gluduma sajūtu uz ādas. Tā kā vielai ir silikonam līdzīga elastomēra struktūra, tā ir labs tekstūras līdzeklis. Kosmētikas priekšrocības ar tās pievienošanu ir tādas, ka tā nekļūst lipīga, tā var dot matētu vai satīna rezultātu. Daži ražotāji krāsu kosmētikai pievieno nātrija poliakrilātu.
