stringtranslate.com

Полиакриловая кислота

Поли(акриловая кислота) ( PAA ; торговое название Carbomer ) представляет собой полимер с формулой (CH2 - CHCO2H ) n . Это производное акриловой кислоты (CH2 = CHCO2H ) . Помимо гомополимеров , известны и имеют коммерческую ценность различные сополимеры и сшитые полимеры, а также их частично депротонированные производные. В водном растворе при нейтральном pH PAA является анионным полимером , т. е. многие из боковых цепей PAA теряют свои протоны и приобретают отрицательный заряд. Частично или полностью депротонированные PAA являются полиэлектролитами , способными поглощать и удерживать воду и набухать во много раз по сравнению с их первоначальным объемом. Эти свойства — кислотно-щелочные и водопритягивающие — являются основой многих применений.

Синтез

PAA, как и любой акрилатный полимер , обычно синтезируется посредством процесса, известного как свободнорадикальная полимеризация, [3] [4], хотя также может использоваться привитая полимеризация. [5] [6] Свободнорадикальная полимеризация включает в себя преобразование мономеров, в данном случае акриловой кислоты (CH 2 =CHCO 2 H), в полимерную цепь под действием свободных радикалов. [7] [8] [9] Процесс обычно состоит из следующих этапов: [10]

  1. Инициирование : Свободные радикалы генерируются инициаторами, такими как персульфат калия ( K2S2O8 ) или азобисизобутиронитрил ( AIBN ). Эти радикалы очень реакционноспособны и могут начать процесс полимеризации, реагируя с мономерными единицами. [11]
  2. Распространение : Как только радикал реагирует с мономером, он создает новый радикал в конце растущей цепи. Этот новый радикал может реагировать с дополнительными мономерными единицами, позволяя цепи расти. [12]
  3. Прекращение : Реакция продолжается до тех пор, пока два радикала не рекомбинируют или радикал не перейдет к другой молекуле, что остановит рост полимерной цепи. [13]
  4. Передача цепи и ингибирование : могут происходить и другие реакции, такие как передача цепи (когда радикал передается другой молекуле, создавая новый радикал) или ингибирование (когда примеси останавливают рост цепи). [14]

Производство

Ожидается, что в 2022 году мировой рынок будет стоить 3,4 миллиарда долларов. [15] [16]

Структура и производные

Полиакриловая кислота является слабым анионным полиэлектролитом, степень ионизации которого зависит от pH раствора. В своей неионизированной форме при низких значениях pH PAA может связываться с различными неионными полимерами (такими как полиэтиленоксид, поли-N-винилпирролидон, полиакриламид и некоторые эфиры целлюлозы) и образовывать водородно-связанные интерполимерные комплексы . [17] В водных растворах PAA также может образовывать поликомплексы с противоположно заряженными полимерами, такими как хитозан, поверхностно-активные вещества и молекулы лекарственных препаратов (например, стрептомицин). [18]

Физические свойства

Сухие ПАА продаются в виде белых, пушистых порошков.

Производные

В форме сухого порошка полиакрилата натрия положительно заряженные ионы натрия связаны с полиакрилатом , однако в водных растворах ионы натрия могут диссоциировать. Присутствие катионов натрия позволяет полимеру поглощать большое количество воды.

Приложения

Абсорбент

PAA широко используется в диспергаторах. Его молекулярная масса оказывает значительное влияние на реологические свойства и дисперсионную способность, а следовательно, и на области применения. Доминирующее применение PAA — в качестве суперабсорбента . Около 25% PAA используется в моющих средствах и диспергаторах.

Полиакриловая кислота и ее производные (в частности, полиакрилат натрия ) используются в одноразовых подгузниках . Акриловая кислота также является основным компонентом суперабсорбирующих полимеров (SAP), которые представляют собой сшитые полиакрилаты, способные впитывать и удерживать жидкость в количестве, превышающем их собственный вес в 100 раз. Управление по контролю за продуктами питания и лекарственными средствами США разрешило использование SAP в упаковке с косвенным контактом с пищевыми продуктами. [19] [20]

Уборка

Моющие средства часто содержат сополимеры акриловой кислоты, которые помогают в связывании грязи. Сшитая полиакриловая кислота также используется в производстве бытовых товаров, включая средства для мытья полов. PAA может инактивировать антисептик хлоргексидина глюконат . [21]

Биосовместимые материалы

Нейтрализованные гели полиакриловой кислоты являются подходящими биосовместимыми матрицами для медицинских применений, таких как гели для средств по уходу за кожей. Пленки ПАА можно наносить на ортопедические имплантаты для защиты их от коррозии. Сшитые гидрогели ПАА и желатина также использовались в качестве медицинского клея.

Краски и косметика

Другие применения включают краски и косметику . Они стабилизируют взвешенные твердые частицы в жидкостях, [22] предотвращают разделение эмульсий и контролируют консистенцию потока косметики. Коды карбомеров (910, 934, 940, 941 и 934P) являются указанием молекулярной массы и конкретных компонентов полимера. Для многих применений ПАА используются в форме солей щелочных металлов или аммония, например, полиакрилата натрия .

Новые приложения

Гидрогели, полученные из ПАА, привлекли внимание многих исследователей с целью их использования в качестве перевязочных материалов и средств для заживления ран. [23]

Буровой раствор и закалка металла

Было сделано несколько отчетов об использовании ПАА в качестве дефлокулянта (так называемые щелочные полиакрилаты ) в нефтедобывающей промышленности. [24] [25]

Также сообщалось, что он использовался для закалки металлов при металлообработке (см. Полиакрилат натрия ). [26]

Ссылки

  1. ^ "Polyacrylic acid_msds". Архивировано из оригинала 2022-02-21 . Получено 2018-04-23 .
  2. ^ "C&L Inventory". echa.europa.eu . Архивировано из оригинала 2021-04-05 . Получено 2021-12-05 .
  3. ^ Чжан, Ронгго; Ли, Цюн; Чжан, Аньфу; Лю, Юн; Лэй, Цзяхэн (2008-12-01). «Методика синтеза суперпластификатора на основе полиакриловой кислоты». Журнал Уханьского технологического университета — Mater. Sci. Ed . 23 (6): 830–833. doi :10.1007/s11595-008-6830-y. ISSN  1993-0437. S2CID  93458743.
  4. ^ Ху, Юн; Цзян, Сицюнь; Дин, Инь; Ге, Хайсюн; Юань, Юань; Ян, Чанчжэн (1 августа 2002 г.). «Синтез и характеристика наночастиц хитозан-полиакриловая кислота». Биоматериалы . 23 (15): 3193–3201. дои : 10.1016/S0142-9612(02)00071-6. ISSN  0142-9612. ПМИД  12102191.
  5. ^ Ли, Ань; Ван, Айцинь; Чэнь, Цзяньминь (2004-05-05). «Исследования суперабсорбирующего композита поли(акриловая кислота)/аттапульгит. I. Синтез и характеристика». Журнал прикладной полимерной науки . 92 (3): 1596–1603. doi :10.1002/app.20104. ISSN  0021-8995.
  6. ^ Линь, Цзяньмин; У, Цзихуай; Ян, Чжэнфан; Пу, Минли (2001-03-01). «Синтез и свойства суперабсорбирующего нанокомпозита поли(акриловая кислота)/слюда». Macromolecular Rapid Communications . 22 (6): 422–424. doi :10.1002/1521-3927(20010301)22:6<422::AID-MARC422>3.0.CO;2-R. ISSN  1022-1336.
  7. ^ Бромберг, Лев Э.; Барр, Дэвид П. (1999-06-01). "Явления агрегации в водных растворах гидрофобно модифицированных полиэлектролитов. Исследование солюбилизации зонда". Macromolecules . 32 (11): 3649–3657. Bibcode :1999MaMol..32.3649B. doi :10.1021/ma981946k. ISSN  0024-9297.
  8. ^ Лашевски, Андре; Херфурт, Кристоф; Мясникова, Анна; Штальхут, Франк; Вайс, Ян; Виланд, Кристоф; Вишерхофф, Эрик; Градзельски, Майкл; Мало де Молина, Паула (январь 2003 г.), Патил, Анджали; Ферритто, Майкл С. (ред.), «Звезды и блоки: адаптация полимерных модификаторов реологии для водных сред с помощью контролируемой свободнорадикальной полимеризации», Серия симпозиумов ACS , том 1148, Вашингтон, округ Колумбия: Американское химическое общество, стр. 125–143, doi :10.1021/bk-2013-1148.ch008, ISBN 978-0-8412-2905-1, получено 2023-12-20
  9. ^ Икбал, Хафиз МН; Рашид, Тахир; Билал, Мухаммад (2018-10-03), Ахмед, Шакил; Хуссейн, Чаудхери Мустансар (ред.), «Аспекты проектирования и обработки полимерных и композитных материалов», Green and Sustainable Advanced Materials (1-е изд.), Wiley, стр. 155–189, doi :10.1002/9781119407089.ch7, ISBN 978-1-119-40708-9, S2CID  139704996 , получено 2023-12-20
  10. ^ Лю, Ке; Корриган, Натаниэль; Постма, Альмар; Моад, Грэм; Бойер, Сирилл (2020-10-27). «Комплексная платформа для проектирования и синтеза распределений молекулярной массы полимеров». Macromolecules . 53 (20): 8867–8882. Bibcode :2020MaMol..53.8867L. doi :10.1021/acs.macromol.0c01954. ISSN  0024-9297. S2CID  225117544.
  11. ^ Plamper, Felix A.; Becker, Harald; Lanzendörfer, Michael; Patel, Mushtaq; Wittemann, Alexander; Ballauff, Matthias; Müller, Axel HE (2005-09-23). ​​"Синтез, характеристика и поведение в водном растворе звездообразной полиакриловой кислоты". Macromolecular Chemistry and Physics . 206 (18): 1813–1825. doi :10.1002/macp.200500238. ISSN  1022-1352.
  12. ^ Кути, Серджио С.; Хентон, Дэвид Э.; Пауэлл, Синтия; Рейм, Роберт Э.; Смит, Патрик; Стэплз, Томас Л. (1997-04-18). «Влияние MEHQ на полимеризацию акриловой кислоты при приготовлении суперабсорбирующих гелей». Журнал прикладной полимерной науки . 64 (3): 577–589. doi :10.1002/(SICI)1097-4628(19970418)64:3<577::AID-APP14>3.0.CO;2-V. ISSN  0021-8995.
  13. ^ Лучиани, Карла; Чой, Кю Йонг (сентябрь 2023 г.). «Моделирование непрерывного смесительного реактора для полимеризации частично нейтрализованной акриловой кислоты». Канадский журнал химической инженерии . 101 (9): 5151–5161. doi :10.1002/cjce.24898. ISSN  0008-4034. S2CID  257729740.
  14. ^ Nicolaÿ, Renaud; Mosnáček, Jaroslav; Kar, Kishore K.; Fruchey, Stanley O.; Cloeter, Michael D.; Harner, Richard S.; Matyjaszewski, Krzysztof (2012-03-28). "Эффективные системы ингибирования полимеризации для дистилляции акриловой кислоты: ингибиторы в паровой фазе". Industrial & Engineering Chemistry Research . 51 (12): 4467–4471. doi :10.1021/ie201709y. ISSN  0888-5885.
  15. ^ «Спрос на рынке полиакриловой кислоты, ключевые игроки, возможности и анализ прогнозов к 2029 году». www.databridgemarketresearch.com . Получено 20.12.2023 .
  16. ^ ltd, Research and Markets. "Полиакриловая кислота - глобальный стратегический бизнес-отчет". www.researchandmarkets.com . Получено 20.12.2023 .
  17. ^ Хуторянский, Виталий В.; Стайкос, Георгиос (9 марта 2009 г.). Водородно-связанные интерполимерные комплексы: формирование, структура и применение. World Scientific. ISBN 978-981-4475-04-4. OCLC  1200871469. Архивировано из оригинала 2022-02-21 . Получено 2022-02-21 .
  18. ^ Нуркеева, Зауреш С; Хуторянский, Виталий В; Мун, Григорий А; Щербакова, Марина В; Иващенко, Анатолий Т; Айтхожина, Назира А (март 2004 г.). «Поликомплексы поли(акриловой кислоты) со стрептомицинсульфатом и их антибактериальная активность». European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics . 57 (2): 245–9. doi :10.1016/S0939-6411(03)00149-8. PMID  15018981. Архивировано из оригинала 21 февраля 2022 г. – через PubMed, Elsevier.
  19. ^ Орволл, Роберт А.; Йонг, Чонг С. (1999). «Поли(акриловая кислота)». В Марк, Джеймс Э. (ред.). Справочник по полимерным данным. Oxford University Press, Inc. стр. 252–253. ISBN 978-0195107890. OCLC  39962426. Архивировано из оригинала 2022-02-21 . Получено 2022-02-21 .
  20. ^ "Акрилаты". The Macrogalleria . Polymer Science Learning Center. 2005. Архивировано из оригинала 21 февраля 2022 года . Получено 25 июня 2015 года .
  21. ^ Кайзер, Нэнси; Кляйн, Дэн; Каранджа, Питер; Гретен, Захария; Ньюман, Джерри (2009). «Инактивация хлоргексидина глюконата на коже несовместимыми спиртовыми гелями для дезинфекции рук». Американский журнал по контролю инфекций . 37 (7): 569–73. doi :10.1016/j.ajic.2008.12.008. PMID  19398245. Архивировано из оригинала 19 декабря 2021 г. – через PubMed, Elsevier.
  22. ^ Куила, Дебасиш; Блей, Джордж А.; Борхас, Рикардо Э.; Хьюз, Стив; Мэддокс, Фил; Райс, Кей; Стэнсбери, Уэйн; Лорел, Норма (1999-08-15). «Полиакриловая кислота (поли-А) как хелатирующий агент и диспергатор». Журнал прикладной полимерной науки . 73 (7): 1097–1115. doi :10.1002/(SICI)1097-4628(19990815)73:7<1097::AID-APP2>3.0.CO;2-F. ISSN  0021-8995.
  23. ^ Mogoşanu, George Dan; Grumezescu, Alexandru Mihai (25 марта 2014 г.). «Натуральные и синтетические полимеры для перевязочных материалов при ранах и ожогах». International Journal of Pharmaceutics . 463 (2): 127–136. doi :10.1016/j.ijpharm.2013.12.015. PMID  24368109. Архивировано из оригинала 1 февраля 2022 г.
  24. ^ "Дефлокулянты: Подробный обзор". Архивировано из оригинала 26 февраля 2021 г.
  25. ^ Петров, NA; Майкоби, AA (декабрь 2017 г.). «Исследование реагента Uniflox для бурения сибирских растворителей». Нефтегазовый бизнес (6): 6–19. doi :10.17122/ogbus-2017-6-6-19 (неактивен 1 ноября 2024 г.). Архивировано из оригинала 21-06-2018 . Получено 06-05-2022 .{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )
  26. ^ Гриффитс, У. Д. (1989). Характеристики закалки растворов полиакрилата натрия (докторская диссертация). Шеффилд: Университет Шеффилд Халлам.