Kyselina polyakrylová je jedinečný polymér s vysokou schopnosťou absorbovať vodu. Táto zlúčenina je biologicky inertná, preto sa široko používa pri výrobe hygienických a kozmetických výrobkov, ako aj ako pomocný materiál v medicíne. Polyakryláty (soli kyselín), ktoré majú zlepšené fyzikálne a mechanické vlastnosti, majú ešte širší rozsah.
Popis
Kyselina polyakrylová je makromolekulárna látka, ktorej monomérnou jednotkou je zlúčenina CH2=CH−COOH (kyselina akrylová alebo propénová, eténkarboxylová). Tento polymér nemá žiadnu toxicitu, dobrú rozpustnosť vo vode a vysokú odolnosť voči zásadám.
Chemický vzorec kyseliny polyakrylové je (C2H3COOH) . Štruktúrny vzorec zlúčeniny je znázornený na obrázku nižšie.
Kyselina polyakrylová je typická slabá polykyselina. Jeho makromolekuly majú funkčné skupiny, ktoré majú schopnosťk elektrolytickej disociácii. Vyzerá ako číra jantárová kvapalina alebo biely granulovaný prášok.
Vlastnosti
Hlavné fyzikálne a chemické vlastnosti kyseliny polyakrylovej sú:
- Teplota, pri ktorej sa tento polymér stáva tuhým, pričom obchádza kryštalizačnú fázu (sklovitý stav) - 106 °C.
- Pri zahriatí vznikajú anhydridy a ak teplota presiahne 250 °C, nastáva reakcia eliminácie oxidu uhličitého z karboxylovej skupiny - COOH, ako aj zosieťovanie makromolekúl, čo vedie k vzniku polymérov priestorovej štruktúry a zvýšenie stupňa polymerizácie.
- Soli tohto polyméru majú väčšiu tepelnú stabilitu. Táto vlastnosť sa používa na výrobu silných vlákien vrúbľovaných kyselinou polyakrylovou.
- Pri interakcii s alkáliami (C2H3COOH) tvorí soli, v reakcia s alkoholmi - estermi.
- Po polymerizácii v rozpúšťadlách sa polymér stáva tvrdým a krehkým a zachováva si tieto vlastnosti aj pri teplote 240 °C.
- Keď nízkomolekulárne alkoholy reagujú s touto kyselinou, získajú sa estery rôznych priestorových štruktúr.
- Ostrá zmena vlastností polyméru nastáva pri veľmi nízkom stupni konverzie funkčných skupín (na zosieťovanie molekúl s hmotnosťou 50 kDa je potrebných iba 0,1 % etylénglykolu).
Jednou z vlastností vodného roztoku kyseliny polyakrylovej je, že kedyzvýšenie molekulovej hmotnosti daného polyméru zvyšuje aj viskozitu roztoku, čo súvisí s rastom makromolekúl a ich vplyvom na vodu. Viskozita roztoku zároveň nezávisí od aplikovaného šmykového napätia a je konštantná v širokom rozsahu merania, na rozdiel od iných polyelektrolytových polymérov. Keď sa zmení kyslosť roztoku, vlákna kyseliny polyakrylovej podliehajú kontrakcii alebo predĺženiu v dôsledku premeny chemickej energie na mechanickú energiu.
Rozpustnosť
(C2H3COOH) sa dobre rozpúšťa v nasledujúcich látkach:
- voda;
- dietyléndioxid;
- metyl a etylalkohol;
- Amid kyseliny mravčej;
- dimetylformamid.
Vodný roztok kyseliny polyakrylovej má polyelektrolytový efekt (schopný elektrolytickej disociácie), ktorý sa lineárne zvyšuje so zvyšujúcim sa stupňom neutralizácie.
Látka je nerozpustná v zlúčeninách ako:
- monomér kyseliny akrylovej;
- acetón;
- etoxyetán;
- uhľovodíky.
S katiónovými roztokmi a povrchovo aktívnymi látkami môže látka vytvárať nerozpustné soli.
Prijať
Syntéza kyseliny polyakrylovej sa uskutočňuje polymerizáciou monoméru. Reakcia prebieha vo vodnom prostredí, kde sa pridáva sieťovacie činidlo, alebo v organických rozpúšťadlách. Miešanie sa zvyčajne uskutočňuje v lopatkovom reaktore a na povrchu zariadeniaochladená na 70 °C tekutým chladivom. Konečným produktom je gél – hydrofilný polymér, ktorý aktívne absorbuje vlhkosť.
Stabilnejší vodný roztok kyseliny možno získať pôsobením peroxidu vodíka a pridaním malého množstva para-dihydroxybenzénu s tioglykolátom sodným, ktorý sa používa na kontrolu molekulovej hmotnosti. Konečný produkt reakcie sa používa v zubnom lekárstve.
Aplikácia kyseliny polyakrylovej
Tento polymér sa najčastejšie používa ako superabsorbent (na zachytávanie a zadržiavanie tekutín) vo výplniach plienok pre deti a dospelých, hygienických vložkách, jednorazových plienkach a iných podobných výrobkoch.
Ďalšie oblasti, kde sa používa kyselina polyakrylová, sú:
- poľnohospodárstvo je materiál na zlepšenie pôdy;
- priemysel - stabilizátory a flokulanty koloidných roztokov;
- činovníctvo a textilná výroba – látky na zníženie elektrifikácie pri úprave kože a výrobe vlákien;
- elektronika - spojovací komponent v lítium-iónových batériách;
- priemyselné - v chladiacich a klimatizačných systémoch ako inhibítor usadenín a komponent homogenity (elektrárne, rafinérie ocele a ropy, hnojivá).
Táto látka sa používa aj ako prísada pri výrobe filmov, ktoré zlepšujú ich schopnosť farbenia a priľnavostis inými materiálmi.
Medicína
Kyselina a jej soli sa používajú v medicíne na tieto účely:
- nosič účinných látok;
- zložka hemostatických mastí, tkané a netkané materiály používané na popáleniny a zápaly na urýchlenie hojenia rán;
- spojivo vo výplňových materiáloch v zubnom lekárstve.
Výhodou tohto materiálu je, že je biologicky inertný a možno ho použiť spolu s bioaktívnymi zlúčeninami (enzýmy, antibiotiká, rastové faktory atď.).
Polyakryláty
Soli kyseliny polyakrylovej sú polyméry esterov tejto zlúčeniny. Vo vzhľade pripomínajú parafíny. Vyznačujú sa nasledujúcimi vlastnosťami:
- odolnosť voči zriedeným zásadám a kyselinám, svetlu a kyslíku;
- rozklad alkalickými roztokmi sa pozoruje pri teplote 80–100 °C za vzniku kyseliny polyakrylovej;
- pri zahriatí nad 150 °C prechádzajú tepelnou deštrukciou, molekuly polyakrylátu sa zosieťujú, uvoľňujú sa monomér (asi 1 %) a prchavé produkty;
- polyakryláty sú vysoko rozpustné v monoméroch, éteroch, uhľovodíkoch a acetóne.
Soli kyseliny polyakrylovej sa vyrábajú emulznou alebo suspenznou polymerizáciou, v malom meradle blokovou polymerizáciou.
Použitie polyakrylátov
Tieto zlúčeniny sa používajú pri výrobe nasledujúcich materiálov:
- organické sklo;
- rôzne filmy;
- syntetické vlákna;
- náterové materiály (emaily, laky, živice);
- adhézne a impregnačné kompozície (emulzie) na látky, papier, kožu, drevo.
Laky na báze polyakrylátov majú vysoký výkon:
- vysoká priľnavosť ku kovovým a poréznym povrchom;
- dobré dekoratívne vlastnosti;
- odolné voči vode, UV žiareniu, poveternostným vplyvom, zásadám;
- dlhodobé zachovanie dekoratívnych vlastností (lesk a elasticita) - až 10 rokov.
Používajú sa na farbenie produktov, ako sú:
- autá, lietadlá a iné vybavenie;
- triedený kov;
- plasty;
- tlačiarenské produkty;
- produkty elektronického priemyslu;
- potravinársky priemysel (výroba konzerv).
Polyakrylát sodný
Polyakrylát sodný je veľmi dobre rozpustný vo vode a nemení svoju štruktúru ani pri 240 °C. Táto zlúčenina sa používa pri príprave čerstvých alebo slaných roztokov na zníženie ich viskozity. Polyakrylát sodný je schopný emulgovať mikrokryštály, mikropiesok z uhličitanov, síranov a fosforečnanov.
Látka sa používa v nasledujúcich odvetviach:
- ropný priemysel – príprava vrtnej kvapaliny;
- chemický priemysel – výrobačistiace prostriedky, umelý sneh a tiež ako zahusťovadlo do farieb a lakov;
- poľnohospodárstvo – výroba hnojív;
- priemysel papiera a celulózy – výroba obrúskov, toaletného papiera;
- výroba sanitárnej keramiky.
Vŕtacie kvapaliny formulované s touto zlúčeninou majú nasledujúce výhody:
- nízka hustota;
- jemnosť;
- pri vŕtaní sa vyžaduje dobrá rozpustnosť v kyselinách;
- odolné voči vysokej teplote (do 240°C);
- environmentálna bezpečnosť.
Kozmetológia
V kozmetickom priemysle sa polyakrylát sodný používa ako zahusťovadlo pri výrobe produktov, ako sú:
- lak na vlasy;
- sprchové gély;
- krémy;
- šampón;
- masky na tvár;
- pena do kúpeľa.
Jedinečnosť vlastností tohto doplnku spočíva v tom, že každá najmenšia čiastočka polyakrylátu sodného napučí vo vode a vytvára na pokožke pocit zamatu a hladkosti. Pretože látka má silikónovú elastomérnu štruktúru, je dobrým texturizačným činidlom. Výhodou kozmetiky s jej prídavkom je, že sa nelepí, môže poskytnúť matný alebo saténový výsledok. Niektorí výrobcovia pridávajú polyakrylát sodný do farebnej kozmetiky.
