Poliakrilo rūgštis yra unikalus polimeras, pasižymintis dideliu vandens sugeriamumu. Šis junginys yra biologiškai inertiškas, todėl plačiai naudojamas higienos ir kosmetikos gaminių gamyboje, taip pat kaip pagalbinė medžiaga medicinoje. Poliakrilatai (rūgščių druskos), kurių fizinės ir mechaninės savybės yra patobulintos, turi dar platesnę taikymo sritį.
Aprašymas
Poliakrilo rūgštis yra stambiamolekulinė medžiaga, kurios monomerinis vienetas yra junginys CH2=CH−COOH (akrilo arba propeno, etenkarboksirūgštis). Šis polimeras nėra toksiškas, gerai tirpsta vandenyje ir atsparus šarmams.
Poliakrilo rūgšties cheminė formulė yra (C2H3COOH) . Junginio struktūrinė formulė parodyta paveikslėlyje žemiau.
Poliakrilo rūgštis yra tipiška silpna polirūgštis. Jo makromolekulės turi funkcines grupes, kurios turi galimybęiki elektrolitinės disociacijos. Jis atrodo kaip skaidrus gintaro spalvos skystis arba b alti granuliuoti milteliai.
Ypatybės
Pagrindinės fizinės ir cheminės poliakrilo rūgšties savybės yra:
- Temperatūra, kurioje šis polimeras tampa kietas, aplenkdamas kristalizacijos fazę (stiklumo būsena) – 106 °C.
- Kaitinant susidaro anhidridai, o jei temperatūra viršija 250 °C, tada prasideda anglies dioksido pašalinimo iš karboksilo grupės reakcija - COOH, taip pat makromolekulių kryžminis jungimasis, dėl kurio susidaro erdvinės struktūros polimerų ir padidinto polimerizacijos laipsnio.
- Šio polimero druskos turi didesnį terminį stabilumą. Ši savybė naudojama stipriems poliakrilo rūgštimi skiepytiems pluoštams gaminti.
- Sąveikaujant su šarmais (C2H3COOH) sudaro druskas, reakcija su alkoholiais – esteriais.
- Po polimerizacijos tirpikliuose polimeras tampa kietas ir trapus ir išlaiko šias savybes net 240 °C temperatūroje.
- Kai mažos molekulinės masės alkoholiai reaguoja su šia rūgštimi, gaunami skirtingų erdvinių struktūrų esteriai.
- Labai mažam funkcinių grupių konversijos laipsniui įvyksta staigus polimero savybių pokytis (50 kDa masės molekulėms susieti reikia tik 0,1 % etilenglikolio).
Viena iš poliakrilo rūgšties vandeninio tirpalo savybių yra ta, kad kaitam tikro polimero molekulinės masės padidėjimas taip pat padidina tirpalo klampumą, kuris yra susijęs su makromolekulių augimu ir jų poveikiu vandeniui. Tuo pačiu metu tirpalo klampumas nepriklauso nuo taikomo šlyties įtempio ir yra pastovi vertė plačiame matavimo diapazone, priešingai nei kiti polielektrolito polimerai. Pasikeitus tirpalo rūgštingumui, poliakrilo rūgšties pluoštai susitraukia arba pailgėja dėl cheminės energijos pavertimo mechanine energija.
Tirpumas
(C2H3COOH) gerai tirpsta šiose medžiagose:
- vanduo;
- dietileno dioksidas;
- metilo ir etilo alkoholis;
- Skruzdžių rūgšties amidas;
- dimetilformamidas.
Vandeninis poliakrilo rūgšties tirpalas turi polielektrolito efektą (galintį elektrolitiškai disociuoti), kuris didėja tiesiškai didėjant neutralizacijos laipsniui.
Medžiaga netirpi tokiuose junginiuose kaip:
- akrilo rūgšties monomeras;
- acetonas;
- etoksietanas;
- angliavandeniliai.
Su katijoniniais tirpalais ir paviršinio aktyvumo medžiagomis medžiaga gali sudaryti netirpias druskas.
Gauti
Poliakrilo rūgšties sintezė atliekama polimerizuojant monomerą. Reakcija vyksta vandeninėje terpėje, į kurią pridedama kryžminio ryšio agento, arba organiniuose tirpikliuose. Maišymas dažniausiai atliekamas irkliniame reaktoriuje ir įrangos paviršiujeaušinamas iki 70 °C su skystu š altnešiu. Galutinis produktas yra gelis – hidrofilinis polimeras, kuris aktyviai sugeria drėgmę.
Stabilesnį vandeninį rūgšties tirpalą galima gauti veikiant vandenilio peroksidui ir pridedant nedidelį kiekį para-dihidroksibenzeno su natrio tioglikolatu, naudojamu molekulinei masei kontroliuoti. Galutinis reakcijos produktas naudojamas odontologijoje.
Poliakrilo rūgšties panaudojimas
Šis polimeras plačiausiai naudojamas kaip superabsorbentas (skysčiui surinkti ir sulaikyti) kūdikių ir suaugusiųjų vystyklų užpilduose, higieninėse servetėlėse, vienkartinėse sauskelnėse ir kituose panašiuose gaminiuose.
Kitos sritys, kuriose naudojama poliakrilo rūgštis, yra šios:
- žemės ūkis yra dirvožemio gerinimo medžiaga;
- pramonė - koloidinių tirpalų stabilizatoriai ir flokuliantai;
- rauginimas ir tekstilės gamyba – medžiagos, mažinančios elektrifikaciją gaminant odą ir gaminant pluoštą;
- elektronika – jungiamasis komponentas ličio jonų akumuliatoriuose;
- pramoninis – aušinimo ir oro kondicionavimo sistemose kaip nuosėdų inhibitorius ir homogeniškumo komponentas (elektrinės, plieno ir naftos perdirbimo gamyklos, trąšos).
Ši medžiaga taip pat naudojama kaip priedas gaminant plėveles, kurios pagerina jų gebėjimą dažytis ir sukibtisu kitomis medžiagomis.
Medicina
Rūgštis ir jos druskos medicinoje naudojamos šiais tikslais:
- veikliųjų medžiagų nešiklis;
- hemostatinių tepalų, austinių ir neaustinių medžiagų, naudojamų nudegimams ir uždegimams gydyti, sudedamoji dalis, siekiant pagreitinti žaizdų gijimą;
- rišiklis plombinėse medžiagose odontologijoje.
Šios medžiagos privalumas yra tai, kad ji yra biologiškai inertiška ir gali būti naudojama kartu su bioaktyviais junginiais (fermentais, antibiotikais, augimo faktoriais ir kt.).
Poliakrilatai
Poliakrilo rūgšties druskos yra šio junginio esterių polimerai. Išvaizda jie primena parafinus. Jie pasižymi šiomis savybėmis:
- atsparumas praskiestiems šarmams ir rūgštims, šviesai ir deguoniui;
- skilimas šarminiais tirpalais stebimas 80–100 °C temperatūroje, susidaro poliakrilo rūgštis;
- kaitinant aukštesnėje nei 150 °C temperatūroje, jie termiškai sunaikinami, poliakrilato molekulės susijungia, išsiskiria monomeras (apie 1%) ir lakūs produktai;
- poliakrilatai gerai tirpsta monomeruose, eteriuose, angliavandeniliuose ir acetone.
Poliakrilo rūgšties druskos gaunamos emulsijos arba suspensijos polimerizacijos būdu, mažos apimties gamyboje – blokinės polimerizacijos būdu.
Poliakrilato naudojimas
Šie junginiai naudojami gaminant šias medžiagas:
- organinis stiklas;
- įvairūs filmai;
- sintetiniai pluoštai;
- dažymo medžiagos (emaliai, lakai, dervos);
- klijavimo ir impregnavimo kompozicijos (emulsijos) audiniams, popieriui, odai, medžiui.
Poliakrilato pagrindu pagaminti lakai pasižymi dideliu efektyvumu:
- didelis sukibimas su metalu ir porėtais paviršiais;
- geros dekoratyvinės savybės;
- atsparus vandeniui, UV, oro sąlygoms, šarmams;
- ilgalaikis dekoratyvinių savybių (blizgesio ir elastingumo) išsaugojimas - iki 10 metų.
Jie naudojami dažyti tokius produktus kaip:
- automobiliai, orlaiviai ir kita įranga;
- rūšiuotas metalas;
- plastikas;
- spausdinimo produktai;
- elektronikos pramonės produktai;
- maisto pramonė (skardinių gamyba).
Natrio poliakrilatas
Natrio poliakrilatas labai gerai tirpsta vandenyje ir nekeičia savo struktūros net 240 °C temperatūroje. Šis junginys naudojamas ruošiant šviežius arba druskos tirpalus, siekiant sumažinti jų klampumą. Natrio poliakrilatas gali emulsinti mikrokristalus, mikrosmėlį iš karbonatų, sulfatų ir fosfatų.
Medžiaga naudojama šiose pramonės šakose:
- naftos pramonė - gręžimo skysčio paruošimas;
- chemijos pramonė – gamybaplovikliai, dirbtinis sniegas, taip pat kaip dažų ir lakų tirštiklis;
- žemės ūkis - trąšų gamyba;
- popieriaus ir celiuliozės pramonė - servetėlių, tualetinio popieriaus gamyba;
- sanitarinės įrangos gamyba.
Su šiuo junginiu pagaminti gręžimo skysčiai turi šiuos privalumus:
- mažas tankis;
- puikumas;
- gręžiant reikalingas geras tirpumas rūgštyje;
- atsparus aukštai temperatūrai (iki 240°C);
- aplinkosauga.
Kosmetologija
Kosmetikos pramonėje natrio poliakrilatas naudojamas kaip tirštiklis gaminant tokius produktus kaip:
- plaukų lakas;
- dušo želė;
- kremai;
- šampūnas;
- veido kaukės;
- vonios putos.
Šio papildo savybių išskirtinumas slypi tame, kad kiekviena mažiausia natrio poliakrilato dalelė išbrinksta vandenyje ir sukuria aksomo bei glotnumo pojūtį ant odos. Kadangi medžiaga turi į silikoną panašią elastomerinę struktūrą, ji yra gera tekstūros priemonė. Kosmetikos privalumai su jo papildymu yra tai, kad ji netampa lipni, gali suteikti matinį ar atlasinį rezultatą. Kai kurie gamintojai į spalvotą kosmetiką deda natrio poliakrilato.
