Polyacrylsäure ist ein einzigartiges Polymer mit hoher Wasseraufnahmekapazität. Diese Verbindung ist biologisch inert und wird daher häufig zur Herstellung von Hygiene- und Kosmetikprodukten sowie als Hilfsstoff in der Medizin verwendet. Polyacrylate (Säuresalze), die verbesserte physikalische und mechanische Eigenschaften aufweisen, haben einen noch größeren Anwendungsbereich.
Beschreibung
Polyacrylsäure ist eine makromolekulare Substanz, deren monomerer Baustein die Verbindung CH2=CH-COOH (Acryl- oder Propensäure, Ethencarbonsäure) ist. Dieses Polymer hat keine Toxizität, gute Wasserlöslichkeit und hohe Alkalibeständigkeit.
Die chemische Formel von Polyacrylsäure ist (C2H3COOH) . Die Strukturformel der Verbindung ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Polyacrylsäure ist eine typische schwache Polysäure. Seine Makromoleküle haben funktionelle Gruppen, die dazu in der Lage sindzur elektrolytischen Dissoziation. Es erscheint als klare bernsteinfarbene Flüssigkeit oder weißes körniges Pulver.
Eigenschaften
Die wichtigsten physikalischen und chemischen Eigenschaften von Polyacrylsäure sind:
- Die Temperatur, bei der dieses Polymer unter Umgehung der Kristallisationsphase (glasiger Zustand) fest wird - 106 °C.
- Beim Erhitzen bilden sich Anhydride, und wenn die Temperatur 250 °C übersteigt, beginnt die Reaktion der Kohlendioxidabsp altung von der Carboxylgruppe - COOH sowie die Vernetzung von Makromolekülen, die zur Bildung führt von Polymeren mit räumlicher Struktur und eine Erhöhung des Polymerisationsgrades.
- Salze dieses Polymers haben eine größere thermische Stabilität. Diese Eigenschaft wird genutzt, um starke, mit Polyacrylsäure gepfropfte Fasern herzustellen.
- Bildet bei Wechselwirkung mit Alkalien (C2H3COOH) Salze, in denen Reaktion mit Alkoholen - Estern.
- Nach der Polymerisation in Lösungsmitteln wird das Polymer hart und spröde und behält diese Eigenschaften auch bei einer Temperatur von 240 °C.
- Reagieren niedermolekulare Alkohole mit dieser Säure, so entstehen Ester unterschiedlicher räumlicher Struktur.
- Eine starke Änderung der Eigenschaften des Polymers tritt bei einem sehr geringen Umwandlungsgrad von funktionellen Gruppen auf (es werden nur 0,1 % Ethylenglykol benötigt, um Moleküle mit einer Masse von 50 kDa zu vernetzen).
Eine der Eigenschaften einer wässrigen Lösung von Polyacrylsäure ist, dass wennEine Erhöhung des Molekulargewichts eines bestimmten Polymers erhöht auch die Viskosität der Lösung, was mit dem Wachstum von Makromolekülen und ihrer Wirkung auf Wasser verbunden ist. Gleichzeitig hängt die Viskosität der Lösung nicht von der angelegten Scherspannung ab und ist im Gegensatz zu anderen Polyelektrolytpolymeren über einen weiten Messbereich ein konstanter Wert. Wenn sich der Säuregrad der Lösung ändert, ziehen sich Polyacrylsäurefasern infolge der Umwandlung chemischer Energie in mechanische Energie zusammen oder verlängern sich.
Löslichkeit
(C2H3COOH) löst sich gut in folgenden Substanzen:
- Wasser;
- Diethylendioxid;
- Methyl- und Ethylalkohol;
- Ameisensäureamid;
- Dimethylformamid.
Wässrige Lösung von Polyacrylsäure hat eine Polyelektrolytwirkung (zur elektrolytischen Dissoziation befähigt), die mit zunehmendem Neutralisationsgrad linear zunimmt.
Der Stoff ist unlöslich in Verbindungen wie:
- Acrylsäuremonomer;
- Aceton;
- Ethoxyethan;
- Kohlenwasserstoffe.
Mit kationischen Lösungen und Tensiden kann die Substanz unlösliche Salze bilden.
Empfangen
Die Synthese von Polyacrylsäure erfolgt durch Polymerisation des Monomers. Die Reaktion erfolgt in wässrigem Medium, dem ein Vernetzungsmittel zugesetzt wird, oder in organischen Lösungsmitteln. Das Mischen wird üblicherweise in einem Paddelreaktor und der Oberfläche der Ausrüstung durchgeführtmit flüssigem Kältemittel auf 70 °C gekühlt. Das Endprodukt ist ein Gel – ein hydrophiles Polymer, das Feuchtigkeit aktiv aufnimmt.
Eine stabilere wässrige Säurelösung kann durch die Einwirkung von Wasserstoffperoxid und die Zugabe einer kleinen Menge para-Dihydroxybenzol mit Natriumthioglycolat erh alten werden, das zur Steuerung des Molekulargewichts verwendet wird. Das Endprodukt der Reaktion wird in der Zahnheilkunde verwendet.
Anwendung von Polyacrylsäure
Dieses Polymer wird am häufigsten als Superabsorber (um Flüssigkeit aufzunehmen und zurückzuh alten) in Windelfüllern für Babys und Erwachsene, Damenbinden, Wegwerfwindeln und anderen ähnlichen Produkten verwendet.
Weitere Einsatzgebiete von Polyacrylsäure sind:
- Landwirtschaft ist ein Material zur Bodenverbesserung;
- Industrie - Stabilisatoren und Flockungsmittel von kolloidalen Lösungen;
- Gerberei und Textilherstellung - Stoffe zur Reduzierung der Elektrifizierung in der Lederzurichtung und Faserherstellung;
- Elektronik - Verbindungselement in Lithium-Ionen-Batterien;
- industriell - in Kühl- und Klimaanlagen als Ablagerungsinhibitor und Homogenitätskomponente (Kraftwerke, Stahl- und Ölraffinerien, Düngemittel).
Diese Substanz wird auch als Zusatzstoff bei der Herstellung von Folien verwendet, die ihre Einfärbbarkeit und Haftung verbessernmit anderen Materialien.
Medizin
Säure und ihre Salze werden in der Medizin für folgende Zwecke verwendet:
- Wirkstoffträger;
- ein Bestandteil von blutstillenden Salben, gewebten und nicht gewebten Materialien, die bei Verbrennungen und Entzündungen zur Beschleunigung der Wundheilung verwendet werden;
- Bindemittel in Füllungsmaterialien in der Zahnheilkunde.
Der Vorteil dieses Materials ist, dass es biologisch inert ist und zusammen mit bioaktiven Verbindungen (Enzyme, Antibiotika, Wachstumsfaktoren usw.) verwendet werden kann.
Polyacrylate
Salze der Polyacrylsäure sind Polymere von Estern dieser Verbindung. Im Aussehen ähneln sie Paraffinen. Sie zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus:
- Beständigkeit gegen verdünnte Laugen und Säuren, Licht und Sauerstoff;
- Zersetzung mit Alkalilösungen bei einer Temperatur von 80–100 °C unter Bildung von Polyacrylsäure;
- bei Erwärmung über 150 °C werden sie thermisch zerstört, Polyacrylatmoleküle vernetzen, Monomere (ca. 1%) und flüchtige Produkte werden freigesetzt;
- Polyacrylate sind gut löslich in Monomeren, Ethern, Kohlenwasserstoffen und Aceton.
Salze der Polyacrylsäure werden durch Emulsions- oder Suspensionspolymerisation hergestellt, im Kleinmaßstab durch Blockpolymerisation.
Verwendung von Polyacrylaten
Diese Verbindungen werden zur Herstellung folgender Materialien verwendet:
- Bioglas;
- verschiedene Filme;
- synthetische Fasern;
- Malmaterialien (Emaille, Lacke, Harze);
- Kleb- und Imprägniermittel (Emulsionen) für Stoffe, Papier, Leder, Holz.
Lacke auf Basis von Polyacrylaten haben eine hohe Leistungsfähigkeit:
- hohe Haftung auf Metall und porösen Oberflächen;
- gute dekorative Eigenschaften;
- wasser-, UV-, witterungs-, laugenbeständig;
- Langzeiterh alt der dekorativen Eigenschaften (Glanz und Elastizität) - bis zu 10 Jahre.
Sie werden zum Färben von Produkten verwendet wie:
- Autos, Flugzeuge und andere Ausrüstung;
- sortiertes Metall;
- Kunststoffe;
- Druckerzeugnisse;
- Produkte der Elektronikindustrie;
- Lebensmittelindustrie (Dosenherstellung).
Natriumpolyacrylat
Natriumpolyacrylat ist sehr gut wasserlöslich und verändert auch bei 240 °C seine Struktur nicht. Diese Verbindung wird bei der Herstellung von frischen oder Salzlösungen verwendet, um deren Viskosität zu verringern. Natriumpolyacrylat ist in der Lage, Mikrokristalle, Mikrosand aus Carbonaten, Sulfaten und Phosphaten zu emulgieren.
Der Stoff wird in folgenden Branchen verwendet:
- Erdölindustrie - Aufbereitung von Bohrspülungen;
- chemische Industrie - FertigungReinigungsmittel, Kunstschnee, aber auch als Verdickungsmittel für Farben und Lacke;
- Landwirtschaft - Düngemittelproduktion;
- Papier- und Zellstoffindustrie - Herstellung von Servietten, Toilettenpapier;
- Herstellung von Sanitärkeramik.
Mit dieser Verbindung formulierte Bohrflüssigkeiten haben die folgenden Vorteile:
- niedrige Dichte;
- Feinheit;
- gute Säurelöslichkeit beim Einbohren erforderlich;
- hochtemperaturbeständig (bis 240°C);
- Umweltsicherheit.
Kosmetik
In der Kosmetikindustrie wird Natriumpolyacrylat als Verdickungsmittel bei der Herstellung von Produkten verwendet wie:
- Haarspray;
- Duschgel;
- cremes;
- Shampoo;
- Gesichtsmasken;
- Badeschaum.
Die Einzigartigkeit der Eigenschaften dieses Nahrungsergänzungsmittels liegt in der Tatsache, dass jedes kleinste Partikel von Natriumpolyacrylat in Wasser aufquillt und ein samtiges und glattes Gefühl auf der Haut erzeugt. Da die Substanz eine silikonartige elastomere Struktur hat, ist sie ein gutes Texturierungsmittel. Die Vorteile von Kosmetika mit ihrem Zusatz sind, dass sie nicht klebrig werden, sie können ein mattes oder satiniertes Ergebnis erzielen. Einige Hersteller fügen Farbkosmetika Natriumpolyacrylat hinzu.
