Kyselina polyakrylová je unikátní polymer s vysokou absorpční schopností vody. Tato sloučenina je biologicky inertní, takže se široce používá při výrobě hygienických a kosmetických výrobků a také jako pomocný materiál v medicíně. Polyakryláty (soli kyselin), které mají zlepšené fyzikální a mechanické vlastnosti, mají ještě širší rozsah.
Popis
Kyselina polyakrylová je makromolekulární látka, jejíž monomerní jednotkou je sloučenina CH2=CH−COOH (kyselina akrylová nebo propenová, ethenkarboxylová). Tento polymer nemá žádnou toxicitu, dobrou rozpustnost ve vodě a vysokou odolnost vůči zásadám.
Chemický vzorec kyseliny polyakrylové je (C2H3COOH) . Strukturní vzorec sloučeniny je znázorněn na obrázku níže.
Kyselina polyakrylová je typická slabá polykyselina. Jeho makromolekuly mají funkční skupiny, které mají schopnostk elektrolytické disociaci. Vypadá jako čirá jantarová kapalina nebo bílý zrnitý prášek.
Vlastnosti
Hlavní fyzikální a chemické vlastnosti kyseliny polyakrylové jsou:
- Teplota, při které tento polymer ztuhne a obejde krystalizační fázi (sklovitý stav) - 106 °C.
- Při zahřátí se tvoří anhydridy, a pokud teplota překročí 250 °C, nastává reakce eliminace oxidu uhličitého z karboxylové skupiny - COOH a také zesíťování makromolekul, které vede ke vzniku polymerů s prostorovou strukturou a zvýšením stupně polymerace.
- Soli tohoto polymeru mají větší tepelnou stabilitu. Tato vlastnost se používá k výrobě silných vláken roubovaných kyselinou polyakrylovou.
- Při interakci s alkáliemi (C2H3COOH) tvoří soli, v reakce s alkoholy - estery.
- Po polymeraci v rozpouštědlech se polymer stává tvrdým a křehkým a zachovává si tyto vlastnosti i při teplotě 240 °C.
- Když nízkomolekulární alkoholy reagují s touto kyselinou, získávají se estery různých prostorových struktur.
- Ostrá změna vlastností polymeru nastává při velmi nízkém stupni konverze funkčních skupin (pro zesíťování molekul o hmotnosti 50 kDa je zapotřebí pouze 0,1 % ethylenglykolu).
Jednou z vlastností vodného roztoku kyseliny polyakrylové je, že kdyzvýšení molekulové hmotnosti daného polymeru zvyšuje i viskozitu roztoku, což souvisí s růstem makromolekul a jejich vlivem na vodu. Viskozita roztoku přitom nezávisí na aplikovaném smykovém napětí a je konstantní hodnotou v širokém rozsahu měření, na rozdíl od jiných polyelektrolytových polymerů. Když se změní kyselost roztoku, vlákna kyseliny polyakrylové podléhají kontrakci nebo prodloužení v důsledku přeměny chemické energie na mechanickou energii.
Rozpustnost
(C2H3COOH) se dobře rozpouští v následujících látkách:
- voda;
- diethylendioxid;
- methyl a ethylalkohol;
- amid kyseliny mravenčí;
- dimethylformamid.
Vodný roztok kyseliny polyakrylové má polyelektrolytový efekt (schopný elektrolytické disociace), který se lineárně zvyšuje se zvyšujícím se stupněm neutralizace.
Látka je nerozpustná ve sloučeninách jako:
- monomer kyseliny akrylové;
- aceton;
- ethoxyethan;
- uhlovodíky.
S kationtovými roztoky a povrchově aktivními látkami může látka tvořit nerozpustné soli.
Přijmout
Syntéza kyseliny polyakrylové se provádí polymerací monomeru. Reakce probíhá ve vodném prostředí, kde je přidáno síťovací činidlo, nebo v organických rozpouštědlech. Míchání se obvykle provádí v lopatkovém reaktoru a na povrchu zařízeníochlazena na 70 °C kapalným chladivem. Konečným produktem je gel – hydrofilní polymer, který aktivně absorbuje vlhkost.
Stabilnější vodný roztok kyseliny lze získat působením peroxidu vodíku a přidáním malého množství para-dihydroxybenzenu s thioglykolátem sodným, který se používá ke kontrole molekulové hmotnosti. Konečný produkt reakce se používá ve stomatologii.
Aplikace kyseliny polyakrylové
Tento polymer je nejrozšířenější jako superabsorbent (k zachycení a zadržení tekutiny) ve výplních dětských a dospělých plen, hygienických vložkách, jednorázových plenkách a dalších podobných produktech.
Další oblasti, kde se používá kyselina polyakrylová, jsou:
- zemědělství je materiál pro zlepšování půdy;
- průmysl - stabilizátory a flokulanty koloidních roztoků;
- vydělávání a výroba textilu – látky pro snížení elektrifikace při úpravě kůže a výrobě vláken;
- elektronika - spojovací součástka v lithium-iontových bateriích;
- průmyslové - v chladicích a klimatizačních systémech jako inhibitor usazenin a složka homogenity (elektrárny, rafinérie oceli a ropy, hnojiva).
Tato látka se také používá jako přísada při výrobě filmů, které zlepšují jejich schopnost barvení a přilnavostis jinými materiály.
Medicína
Kyselina a její soli se používají v lékařství pro následující účely:
- nosič účinných látek;
- složka hemostatických mastí, tkané a netkané materiály používané na popáleniny a záněty k urychlení hojení ran;
- pojivo ve výplňových materiálech ve stomatologii.
Výhodou tohoto materiálu je, že je biologicky inertní a může být použit společně s bioaktivními sloučeninami (enzymy, antibiotika, růstové faktory atd.).
Polyakryláty
Soli kyseliny polyakrylové jsou polymery esterů této sloučeniny. Svým vzhledem připomínají parafíny. Vyznačují se následujícími vlastnostmi:
- odolnost vůči zředěným zásadám a kyselinám, světlu a kyslíku;
- rozklad alkalickými roztoky je pozorován při teplotě 80–100 °C za vzniku kyseliny polyakrylové;
- při zahřátí nad 150 °C podléhají tepelné destrukci, molekuly polyakrylátu se zesítí, uvolňují se monomer (asi 1 %) a těkavé produkty;
- polyakryláty jsou vysoce rozpustné v monomerech, etherech, uhlovodících a acetonu.
Soli kyseliny polyakrylové se vyrábějí emulzní nebo suspenzní polymerací, v malém měřítku blokovou polymerací.
Použití polyakrylátů
Tyto sloučeniny se používají při výrobě následujících materiálů:
- organické sklo;
- různé filmy;
- syntetická vlákna;
- nátěrové materiály (emaily, laky, pryskyřice);
- adhezivní a impregnační směsi (emulze) na látky, papír, kůži, dřevo.
Laky na bázi polyakrylátů mají vysoký výkon:
- vysoká přilnavost ke kovu a porézním povrchům;
- dobré dekorativní vlastnosti;
- odolné vodě, UV, počasí, zásadám;
- dlouhodobé zachování dekorativních vlastností (lesk a pružnost) - až 10 let.
Používají se k barvení produktů, jako jsou:
- auta, letadla a další vybavení;
- tříděný kov;
- plasty;
- tiskové produkty;
- produkty elektronického průmyslu;
- potravinářský průmysl (výroba konzerv).
Polyakrylát sodný
Polyakrylát sodný je velmi dobře rozpustný ve vodě a nemění svou strukturu ani při 240 °C. Tato sloučenina se používá při přípravě čerstvých nebo solných roztoků ke snížení jejich viskozity. Polyakrylát sodný je schopen emulgovat mikrokrystaly, mikropísek z uhličitanů, síranů a fosforečnanů.
Látka se používá v následujících odvětvích:
- ropný průmysl – příprava vrtné kapaliny;
- chemický průmysl – výrobačisticí prostředky, umělý sníh a také jako zahušťovadlo do barev a laků;
- zemědělství – výroba hnojiv;
- průmysl papíru a celulózy – výroba ubrousků, toaletního papíru;
- výroba sanitární keramiky.
Vrtací kapaliny formulované s touto sloučeninou mají následující výhody:
- nízká hustota;
- jemnost;
- při vrtání je vyžadována dobrá rozpustnost v kyselinách;
- odolné vůči vysokým teplotám (až 240 °C);
- environmentální bezpečnost.
Kosmetologie
V kosmetickém průmyslu se polyakrylát sodný používá jako zahušťovadlo při výrobě produktů, jako jsou:
- lak na vlasy;
- sprchové gely;
- krémy;
- šampon;
- obličejové masky;
- pěna do koupele.
Jedinečnost vlastností tohoto doplňku spočívá v tom, že každá sebemenší částečka polyakrylátu sodného nabobtná ve vodě a vytváří na pokožce pocit sametové a hebké. Protože látka má silikonovou elastomerní strukturu, je dobrým texturizačním činidlem. Výhodou kosmetiky s jejím přidáním je, že se nelepí, může dát matný nebo saténový výsledek. Někteří výrobci přidávají polyakrylát sodný do barevné kosmetiky.
