חומצה פוליאקרילית היא פולימר ייחודי בעל יכולת ספיגת מים גבוהה. תרכובת זו אינרטית מבחינה ביולוגית, ולכן היא נמצאת בשימוש נרחב בייצור מוצרי היגיינה וקוסמטיקה, כמו גם חומר עזר ברפואה. לפוליאקרילטים (מלחי חומצה), שיש להם תכונות פיזיקליות ומכניות משופרות, יש היקף רחב עוד יותר.
Description
חומצה פוליאקרילית היא חומר מקרו-מולקולרי, שהיחידה המונומרית שלו היא התרכובת CH2=CH−COOH (חומצה אקרילית או פרופנואית, אתנית-קרבוקסילית). לפולימר זה אין רעילות, מסיסות טובה במים ועמידות גבוהה בפני אלקלי.
הנוסחה הכימית של חומצה פוליאקרילית היא (C2H3COOH) . נוסחת המבנה של התרכובת מוצגת באיור שלהלן.
חומצה פוליאקרילית היא רב חומצה חלשה טיפוסית. למקרומולקולות שלו יש קבוצות פונקציונליות שיש להן את היכולתלניתוק אלקטרוליטי. הוא מופיע כנוזל ענברי שקוף או אבקה גרגירית לבנה.
Properties
התכונות הפיזיקליות והכימיות העיקריות של חומצה פוליאקרילית הן:
- הטמפרטורה שבה פולימר זה הופך למוצק, עוקף את שלב ההתגבשות (מצב זכוכית) - 106 מעלות צלזיוס.
- בחימום נוצרים אנהידרידים, ואם הטמפרטורה עולה על 250 מעלות צלזיוס, אז מתחילה התגובה של סילוק פחמן דו חמצני מקבוצת הקרבוקסיל - COOH, כמו גם הצלבה של מקרומולקולות, מה שמוביל להיווצרות של פולימרים בעלי מבנה מרחבי ועלייה בדרגת הפילמור.
- למלחים של פולימר זה יש יציבות תרמית גדולה יותר. מאפיין זה משמש לייצור סיבים מושתלים בחומצה פוליאקרילית חזקים.
- בעת אינטראקציה עם אלקליות (C2H3COOH) יוצר מלחים, ב- תגובה עם אלכוהולים - אסטרים.
- לאחר פילמור בממיסים, הפולימר הופך קשה ושביר ושומר על איכויות אלו גם בטמפרטורה של 240 מעלות צלזיוס.
- כאשר אלכוהולים במשקל מולקולרי נמוך מגיבים עם חומצה זו, מתקבלים אסטרים בעלי מבנים מרחביים שונים.
- שינוי חד בתכונות הפולימר מתרחש בדרגה נמוכה מאוד של המרה של קבוצות פונקציונליות (נדרש רק 0.1% אתילן גליקול כדי להצליב מולקולות במסה של 50 kDa).
אחת התכונות של תמיסה מימית של חומצה פוליאקרילית היא מתיעלייה במשקל המולקולרי של פולימר נתון מגבירה גם את צמיגות התמיסה, הקשורה לצמיחת מקרומולקולות ולהשפעתן על מים. יחד עם זאת, צמיגות התמיסה אינה תלויה במתח הגזירה המופעל והיא ערך קבוע על פני טווח מדידה רחב, בניגוד לפולימרים פוליאלקטרוליטים אחרים. כאשר החומציות של התמיסה משתנה, סיבי חומצה פוליאקרילית עוברים כיווץ או התארכות כתוצאה מהפיכת אנרגיה כימית לאנרגיה מכנית.
מסיסות
(C2H3COOH) מתמוסס היטב בחומרים הבאים:
- מים;
- דיאתילן דו-חמצני;
- מתיל ואתיל אלכוהול;
- אמיד חומצה פורמית;
- dimethylformamide.
תמיסה מימית של חומצה פוליאקרילית היא בעלת אפקט פולי-אלקטרוליט (בעל יכולת ניתוק אלקטרוליטי), העולה באופן ליניארי עם עלייה בדרגת הנטרול.
החומר אינו מסיס בתרכובות כגון:
- מונומר חומצה אקרילית;
- acetone;
- ethoxyethane;
- פחמימנים.
עם תמיסות קטיוניות וחומרי שטח, החומר יכול ליצור מלחים בלתי מסיסים.
קבל
סינתזה של חומצה פוליאקרילית מתבצעת על ידי פילמור של המונומר. התגובה מתרחשת בתווך מימי, שבו מוסיפים חומר צולב, או בממיסים אורגניים. הערבוב מתבצע בדרך כלל בכור ההנעה ובמשטח הציודמקורר ל-70 מעלות צלזיוס עם נוזל קירור. התוצר הסופי הוא ג'ל - פולימר הידרופילי הסופג לחות באופן פעיל.
ניתן להשיג תמיסת חומצה מימית יציבה יותר על ידי פעולת מי חמצן והוספת כמות קטנה של פארה-דיהידרוקסיבנזן עם נתרן תיוגליקולט, המשמש לשליטה במשקל המולקולרי. התוצר הסופי של התגובה משמש ברפואת שיניים.
יישום של חומצה פוליאקרילית
פולימר זה נמצא בשימוש הנפוץ ביותר בתור סופג-על (ללכידת נוזלים ושמירת נוזלים) בחומרי מילוי לחיתולים לתינוקות ולמבוגרים, תחפושות היגייניות, חיתולים חד-פעמיים ומוצרים דומים אחרים.
אזורים אחרים שבהם נעשה שימוש בחומצה פוליאקרילית הם:
- חקלאות היא חומר לשיפור הקרקע;
- תעשיה - מייצבים ופלקולנטים של פתרונות קולואידים;
- שיזוף וייצור טקסטיל - חומרים להפחתת חשמול בהלבשת עור ובייצור סיבים;
- אלקטרוניקה - רכיב חיבור בסוללות ליתיום-יון;
- תעשייתי - במערכות קירור ומיזוג אוויר כמרכיב מעכב משקעים והומוגניות (תחנות כוח, בתי זיקוק לפלדה ונפט, דשנים).
חומר זה משמש גם כתוסף בייצור סרטים המשפרים את יכולת הצביעה וההדבקה שלהםעם חומרים אחרים.
Medicine
חומצה ומלחיה משמשים ברפואה למטרות הבאות:
- נשא של חומרים פעילים;
- מרכיב של משחות דימום, חומרים ארוגים ולא ארוגים המשמשים לכוויות ודלקות כדי להאיץ את ריפוי הפצעים;
- קלסר בחומרי מילוי ברפואת שיניים.
היתרון של החומר הזה הוא שהוא אינרטי מבחינה ביולוגית וניתן להשתמש בו יחד עם תרכובות ביו-אקטיביות (אנזימים, אנטיביוטיקה, גורמי גדילה וכו').
פוליאקרילטים
מלחים של חומצה פוליאקרילית הם פולימרים של אסטרים של תרכובת זו. במראה, הם דומים לפרפינים. הם מאופיינים במאפיינים הבאים:
- עמידות בפני אלקליות וחומצות מדוללות, אור וחמצן;
- נצפה פירוק עם תמיסות אלקליות בטמפרטורה של 80-100 מעלות צלזיוס, עם היווצרות חומצה פוליאקרילית;
- כשהם מחוממים מעל 150 מעלות צלזיוס, הם עוברים הרס תרמי, מולקולות פולי-אקרילט מצטלבות, מונומר (כ-1%) ומוצרים נדיפים משתחררים;
- פוליאקרילטים מסיסים מאוד במונומרים, אתרים, פחמימנים ואצטון.
מלחים של חומצה פוליאקרילית מיוצרים על ידי פילמור אמולסיה או תרחיף, בייצור בקנה מידה קטן על ידי פילמור בלוקים.
שימוש בפוליאקרילטים
תרכובות אלו משמשות לייצור של החומרים הבאים:
- זכוכית אורגנית;
- סרטים שונים;
- סיבים סינתטיים;
- חומרי צביעה (אמייל, לכות, שרפים);
- קומפוזיציות דבק והספגה (תחליב) לבדים, נייר, עור, עץ.
לכה המבוססת על פולי-אקרילטים בעלות ביצועים גבוהים:
- הידבקות גבוהה למתכת ולמשטחים נקבוביים;
- איכויות דקורטיביות טובות;
- מים, UV, מזג אוויר, עמיד בפני אלקלי;
- שימור לטווח ארוך של תכונות דקורטיביות (ברק וגמישות) - עד 10 שנים.
הם משמשים לצביעת מוצרים כגון:
- מכוניות, מטוסים וציוד אחר;
- מתכת ממוינת;
- plastics;
- מוצרי הדפסה;
- מוצרי תעשייה אלקטרונית;
- תעשיית המזון (ייצור פחיות).
נתרן פוליאקרילט
Sodium polyacrylate מסיס מאוד במים ואינו משנה את המבנה שלו אפילו ב-240 מעלות צלזיוס. תרכובת זו משמשת להכנת תמיסות טריות או מלח כדי להפחית את צמיגותן. נתרן פוליאקרילט מסוגל לעשות אמולסיה של מיקרו-גבישים, מיקרו-חול מקרבונטים, סולפטים ופוספטים.
החומר נמצא בשימוש בתעשיות הבאות:
- תעשיית הנפט - הכנת נוזל קידוח;
- תעשייה כימית - ייצורחומרי ניקוי, שלג מלאכותי, וגם כחומר מעבה לצבעים ולכות;
- חקלאות - ייצור דשנים;
- תעשיית הנייר והעיסת - ייצור מפיות, נייר טואלט;
- ייצור של כלים סניטריים.
לנוזלי קידוח שנוסחו עם תרכובת זו יש את היתרונות הבאים:
- צפיפות נמוכה;
- fineness;
- נדרשת מסיסות חומצה טובה בעת קידוח פנימה;
- עמיד בטמפרטורה גבוהה (עד 240°C);
- בטיחות סביבתית.
קוסמטולוגיה
בתעשיית הקוסמטיקה, נתרן פוליאקרילט משמש כחומר מעבה בייצור מוצרים כגון:
- ספריי שיער;
- ג'ל למקלחת;
- creams;
- שמפו;
- מסיכות פנים;
- קצף אמבטיה.
ייחודיות המאפיינים של תוסף זה טמונה בעובדה שכל חלקיק קטן ביותר של נתרן פוליאקרילט מתנפח במים ויוצר תחושה של קטיפתי וחלק על העור. מכיוון שלחומר יש מבנה אלסטומר דמוי סיליקון, הוא מהווה חומר טוב למרקם. היתרונות של הקוסמטיקה עם התוספת שלה הם שהם לא הופכים דביקים, הם יכולים לתת תוצאה מט או סאטן. חלק מהיצרנים מוסיפים נתרן פוליאקרילט לקוסמטיקה צבעונית.
