Полиакриламид (сокращенно ПАМ или пААМ) — это полимер с формулой (-CH 2 CHCONH 2 -). Он имеет линейную цепочечную структуру. ПАМ обладает высокой водопоглощающей способностью, образуя мягкий гель при гидратации. В 2008 году было произведено около 750 000 000 кг, в основном для очистки воды, а также для бумажной и горнодобывающей промышленности. [1]
Полиакриламид — это полиолефин . Его можно рассматривать как полиэтилен с амидными заместителями на чередующихся атомах углерода. В отличие от различных нейлонов , полиакриламид не является полиамидом , поскольку амидные группы не находятся в основной цепи полимера. Благодаря наличию амидных (CONH 2 ) групп чередующиеся атомы углерода в основной цепи являются стереогенными (в просторечии: хиральными). По этой причине полиакриламид существует в атактической, синдиотактической и изотактической формах, хотя этот аспект редко обсуждается. Полимеризация инициируется радикалами и считается стереослучайной. [1]
Линейный полиакриламид — водорастворимый полимер. Другие полярные растворители включают ДМСО и различные спирты. Сшивание может быть введено с использованием N,N-метиленбисакриламида . Некоторые сшитые материалы набухают, но не растворяются, т. е. они являются гидрогелями .
Частичный гидролиз происходит при повышенных температурах в водной среде, превращая некоторые амидные заместители в карбоксилаты. Этот гидролиз делает полимер особенно гидрофильным. Полимер, полученный из N,N-диметилакриламида, устойчив к гидролизу.
Сополимеры акриламида включают те, которые получены из акриловой кислоты.
В 1970-х и 1980-х годах пропорционально наибольшее применение этих полимеров было в очистке воды. [2] Следующее по весу применение — добавки для переработки целлюлозы и производства бумаги . Около 30% полиакриламида используется в нефтяной и горнодобывающей промышленности. [1]
Одно из самых больших применений полиакриламида — флокуляция твердых веществ в жидкости. Этот процесс применяется в очистке воды и таких процессах, как производство бумаги и трафаретная печать. Полиакриламид может поставляться в виде порошка или жидкости, причем жидкая форма подразделяется на раствор и эмульсионный полимер.
Хотя эти продукты часто называют «полиакриламидом», многие из них на самом деле являются сополимерами акриламида и одного или нескольких других видов, таких как акриловая кислота или ее соль. Эти сополимеры обладают измененной смачиваемостью и набухаемостью .
Ионные формы полиакриламида нашли важную роль в индустрии очистки питьевой воды . Соли трехвалентных металлов, такие как хлорид железа и хлорид алюминия , связаны длинными полимерными цепями полиакриламида. Это приводит к значительному повышению скорости флокуляции . Это позволяет водоочистным сооружениям значительно улучшить удаление общего органического содержания (TOC) из сырой воды.
В нефтегазовой промышленности производные полиакриламида (особенно сополимеры) оказывают существенное влияние на добычу за счет повышения нефтеотдачи путем повышения вязкости. Высоковязкие водные растворы могут быть получены с низкими концентрациями полиакриламидных полимеров, которые вводятся для улучшения экономики обычного заводнения. В отдельном приложении гидравлический разрыв пласта выигрывает от снижения сопротивления в результате закачки этих растворов. Эти приложения используют большие объемы полимерных растворов с концентрацией 30–3000 мг/л. [3]
Основные функции полиакриламидных почвенных кондиционеров — увеличение вспашки, аэрации и пористости почвы, а также уменьшение уплотнения, запыленности и стока воды. Типичные применения — 10 мг/л, что все еще дорого для многих применений. [3] Вторичные функции — увеличение силы растений, цвета, внешнего вида, глубины корней и всхожести семян при одновременном снижении потребности в воде, болезней, эрозии и расходов на обслуживание. Для этой цели используется FC 2712.
Полиакриламид также часто используется в молекулярной биологии в качестве среды для электрофореза белков и нуклеиновых кислот в технике, известной как PAGE . PAGE впервые был использован в лабораторных условиях в начале 1950-х годов. В 1959 году группы Дэвиса и Орнштейна [4] и Рэймонда и Вайнтрауба [5] независимо опубликовали работу об использовании электрофореза в полиакриламидном геле для разделения заряженных молекул . [5] Эта техника широко принята сегодня и остается общепринятым протоколом в лабораториях молекулярной биологии .
Акриламид имеет и другие применения в лабораториях молекулярной биологии, включая использование линейного полиакриламида (LPA) в качестве носителя, который способствует осаждению небольших количеств нуклеиновых кислот (ДНК и РНК). [6] [7] Многие компании, поставляющие лабораторное оборудование, продают LPA для этого использования. [8] Кроме того, при определенных условиях его можно использовать для селективного осаждения только видов РНК из смеси нуклеиновых кислот. [7]
Модуль упругости полиакриламида можно изменять, изменяя соотношение мономера и сшивающего агента во время изготовления полиакриламидного геля. [9] Это свойство делает полиакриламид полезным в области механобиологии , поскольку ряд клеток реагирует на механические стимулы. [10]
Полимер также используется для изготовления игрушек Gro-Beast, которые расширяются при помещении в воду, например, Test Tube Aliens . Аналогично, абсорбирующие свойства одного из его сополимеров могут быть использованы в качестве добавки в присыпку для тела.
Он использовался в ботоксе в качестве подкожного наполнителя для эстетической хирургии лица (см. Aquamid ).
Он также использовался при синтезе первой жидкости Богера .
Учитывая объемы производства полиакриламида, эти материалы были тщательно изучены с точки зрения воздействия на окружающую среду и здоровье. [11] [12]
Полиакриламид малотоксичен, но его предшественник акриламид является нейротоксином и канцерогеном . [1] Таким образом, опасения, естественно, сосредоточены на возможности того, что полиакриламид загрязнен акриламидом . [12] [13] Значительные усилия прилагаются для того, чтобы удалить следы акриламида из полимера, предназначенного для использования рядом с продуктами питания. [1]
Кроме того, существуют опасения, что полиакриламид может деполимеризоваться с образованием акриламида. В типичных для приготовления условиях полиакриламид не деполимеризуется в значительной степени. [14] Единственное утверждение, что полиакриламид превращается в акриламид [15], было широко оспорено. [16] [17] [18]
Полиакриламид чаще всего частично биодеградирует под действием амидаз , образуя аммиак и полиакрилаты . Полиакрилаты трудно биодеградируют, но было показано, что некоторые культуры почвенных микробов делают это в аэробных условиях. [19]