Polüakrüülhape on ainulaadne suure veeimavusega polümeer. See ühend on bioloogiliselt inertne, seetõttu kasutatakse seda laialdaselt hügieeni- ja kosmeetikatoodete valmistamisel, samuti abimaterjalina meditsiinis. Paremate füüsikaliste ja mehaaniliste omadustega polüakrülaadidel (happesooladel) on veelgi laiem ulatus.
Kirjeldus
Polüakrüülhape on makromolekulaarne aine, mille monomeerne ühik on ühend CH2=CH−COOH (akrüül- või propeenhape, eteenkarboksüülhape). Sellel polümeeril ei ole toksilisust, see lahustub hästi vees ja on leelisekindlusega.
Polüakrüülhappe keemiline valem on (C2H3COOH) . Ühendi struktuurivalem on näidatud alloleval joonisel.
Polüakrüülhape on tüüpiline nõrk polühape. Selle makromolekulidel on funktsionaalsed rühmad, millel on võimeelektrolüütilise dissotsiatsioonini. See tundub läbipaistva merevaigukollase vedeliku või valge teralise pulbrina.
Atribuudid
Polüakrüülhappe peamised füüsikalised ja keemilised omadused on:
- Temperatuur, mille juures see polümeer muutub tahkeks, möödudes kristallisatsioonifaasist (klaasjas olek) – 106 °C.
- Kuumutamisel tekivad anhüdriidid ja kui temperatuur ületab 250 °C, siis algab süsinikdioksiidi eemaldamise reaktsioon karboksüülrühmast - COOH, samuti makromolekulide ristsidumine, mis viib moodustumiseni. ruumilise struktuuriga polümeeridest ja polümerisatsiooniastme tõusust.
- Selle polümeeri sooladel on suurem termiline stabiilsus. Seda omadust kasutatakse tugevate polüakrüülhappega poogitud kiudude tootmiseks.
- Leelistega (C2H3COOH) moodustab sooli, reaktsioon alkoholide – estritega.
- Pärast polümerisatsiooni lahustites muutub polümeer kõvaks ja rabedaks ning säilitab need omadused isegi temperatuuril 240 °C.
- Madala molekulmassiga alkoholide reageerimisel selle happega saadakse erineva ruumilise struktuuriga estrid.
- Polümeeri omaduste järsk muutus toimub funktsionaalrühmade väga madalal konversiooniastmel (50 kDa massiga molekulide ristsidumiseks on vaja ainult 0,1% etüleenglükooli).
Üks polüakrüülhappe vesilahuse omadusi on see, et kuiantud polümeeri molekulmassi suurenemine suurendab ka lahuse viskoossust, mis on seotud makromolekulide kasvu ja nende mõjuga veele. Samas ei sõltu lahuse viskoossus rakendatavast nihkepingest ja on erinev alt teistest polüelektrolüütpolümeeridest konstantne väärtus laias mõõtepiirkonnas. Kui lahuse happesus muutub, siis polüakrüülhappekiud tõmbuvad või pikenevad keemilise energia muundamise tulemusena mehaaniliseks energiaks.
Lahustuvus
(C2H3COOH) lahustub hästi järgmistes ainetes:
- vesi;
- dietüleendioksiid;
- metüül- ja etüülalkohol;
- Sipelghappeamiid;
- dimetüülformamiid.
Polüakrüülhappe vesilahusel on polüelektrolüüdiefekt (võimeline elektrolüütiliseks dissotsiatsiooniks), mis suureneb lineaarselt neutraliseerimisastme suurenemisega.
Aine ei lahustu sellistes ühendites nagu:
- akrüülhappe monomeer;
- atsetoon;
- etoksüetaan;
- süsivesinikud.
Katioonsete lahuste ja pindaktiivsete ainetega võib aine moodustada lahustumatuid sooli.
Võta vastu
Polüakrüülhappe süntees viiakse läbi monomeeri polümerisatsiooni teel. Reaktsioon toimub vesikeskkonnas, kuhu on lisatud ristsiduvat ainet, või orgaanilistes lahustites. Segamine toimub tavaliselt labareaktoris ja seadme pinnaljahutatakse vedela külmutusagensiga temperatuurini 70 °C. Lõpptoode on geel – hüdrofiilne polümeer, mis imab aktiivselt niiskust.
Stabiilsema happe vesilahuse saab saada vesinikperoksiidi toimel ja väikese koguse para-dihüdroksübenseeni lisamisega naatriumtioglükolaadiga, mida kasutatakse molekulmassi kontrollimiseks. Reaktsiooni lõpp-produkti kasutatakse hambaravis.
Polüakrüülhappe pealekandmine
Seda polümeeri kasutatakse kõige laialdasem alt superabsorbendina (vedeliku kogumiseks ja säilitamiseks) imikute ja täiskasvanute mähkmete täiteainetes, hügieenisidemetes, ühekordsetes mähkmetes ja muudes sarnastes toodetes.
Muud valdkonnad, kus polüakrüülhapet kasutatakse, on järgmised:
- põllumajandus on mullaparandusmaterjal;
- tööstus – kolloidlahuste stabilisaatorid ja flokulandid;
- parkimine ja tekstiilitootmine – ained, mis vähendavad elektriseerumist naha töötlemisel ja kiudude tootmisel;
- elektroonika – liitiumioonakude ühenduskomponent;
- tööstuslik – jahutus- ja kliimaseadmetes ladestumist takistava ja homogeensuse komponendina (elektrijaamad, terase- ja naftarafineerimistehased, väetised).
Seda ainet kasutatakse ka lisandina kilede tootmisel, mis parandavad nende värvimis- ja nakkumisvõimetmuude materjalidega.
Meditsiin
Hapet ja selle sooli kasutatakse meditsiinis järgmistel eesmärkidel:
- toimeainete kandja;
- hemostaatiliste salvide, kootud ja mittekootud materjalide komponent, mida kasutatakse põletuste ja põletike korral, et kiirendada haavade paranemist;
- sideaine hambaravis täidismaterjalides.
Selle materjali eeliseks on see, et see on bioloogiliselt inertne ja seda saab kasutada koos bioaktiivsete ühenditega (ensüümid, antibiootikumid, kasvufaktorid jne).
Polüakrülaadid
Polüakrüülhappe soolad on selle ühendi estrite polümeerid. Välimuselt meenutavad nad parafiine. Neid iseloomustavad järgmised omadused:
- vastupidavus lahjendatud leelistele ja hapetele, valgusele ja hapnikule;
- lagunemist leeliselahustega täheldatakse temperatuuril 80–100 °C koos polüakrüülhappe moodustumisega;
- kuumutamisel üle 150 °C hävivad need termiliselt, polüakrülaadi molekulid ristseostuvad, vabanevad monomeer (umbes 1%) ja lenduvad ained;
- polüakrülaadid lahustuvad hästi monomeerides, eetrites, süsivesinikes ja atsetoonis.
Polüakrüülhappe soolasid toodetakse emulsioon- või suspensioonpolümerisatsioonil, väikesemahulises tootmises plokkpolümerisatsioonil.
Polüakrülaatide kasutamine
Neid ühendeid kasutatakse järgmiste materjalide tootmisel:
- orgaaniline klaas;
- erinevad filmid;
- sünteeskiud;
- värvimismaterjalid (emailid, lakid, vaigud);
- liimi- ja immutuskompositsioonid (emulsioonid) kangale, paberile, nahale, puidule.
Polüakrülaadil põhinevad lakid on suure jõudlusega:
- kõrge nakkuvus metalli ja poorsete pindadega;
- head dekoratiivsed omadused;
- vee-, UV-, ilmastiku-, leelisekindel;
- dekoratiivsete omaduste (sära ja elastsus) pikaajaline säilimine - kuni 10 aastat.
Neid kasutatakse selliste toodete värvimiseks nagu:
- autod, lennukid ja muu varustus;
- sorteeritud metall;
- plast;
- trükitooted;
- elektroonikatööstuse tooted;
- toiduainetööstus (purkide tootmine).
Naatriumpolüakrülaat
Naatriumpolüakrülaat lahustub vees väga hästi ega muuda oma struktuuri isegi 240 °C juures. Seda ühendit kasutatakse värskete või soolalahuste valmistamisel, et vähendada nende viskoossust. Naatriumpolüakrülaat on võimeline emulgeerima mikrokristalle, mikroliiva karbonaatidest, sulfaatidest ja fosfaatidest.
Ainet kasutatakse järgmistes tööstusharudes:
- õlitööstus - puurimisvedeliku ettevalmistamine;
- keemiatööstus – töötlev tööstuspesuvahendid, kunstlumi ning ka värvide ja lakkide paksendajana;
- põllumajandus - väetiste tootmine;
- paberi- ja tselluloositööstus - salvrätikute, tualettpaberi tootmine;
- sanitaarseadmete tootmine.
Selle ühendiga valmistatud puurimisvedelikel on järgmised eelised:
- madal tihedus;
- peenus;
- sissepuurimisel on vajalik hea happelahustuvus;
- kõrgele temperatuurile vastupidav (kuni 240°C);
- keskkonnaohutus.
Kosmetoloogia
Kosmeetikatööstuses kasutatakse naatriumpolüakrülaati paksendajana järgmiste toodete valmistamisel:
- juukselakk;
- dušigeelid;
- kreemid;
- šampoon;
- näomaskid;
- vannivaht.
Selle toidulisandi omaduste ainulaadsus seisneb selles, et iga väikseim naatriumpolüakrülaadi osake paisub vees ning tekitab nahale sametise ja sileduse tunde. Kuna ainel on silikoonitaoline elastomeerne struktuur, on see hea tekstureeriv aine. Kosmeetika plussiks selle lisandiga on see, et see ei muutu kleepuvaks, võib anda mati või satiinse tulemuse. Mõned tootjad lisavad värvikosmeetikale naatriumpolüakrülaati.
