POLIAKRYLAN SODU (C3H3NAO2) N: STRUKTURA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA, ZAGROŻENIA - CHEMIA - 2026

Poliakrylan sodu jest związkiem organicznym o dużej masie cząsteczkowej utworzone przez połączenie wielu urządzeń lub części o mniejszej związku akrylan sodu. Wzór cząsteczkowy poliakrylanu sodu to (C ₃ H ₃ NaO ₂ ) _n , a rozszerzony wzór jego monomeru to –CH ₂ –CH (COONa) -.

Poliakrylan sodu ma jednak wiele powtarzających się elementów. Jest anionowy polielektrolit, ponieważ nie ma wiele anionów karboksylan COO ^- , które są naładowane ujemnie. To właśnie nadaje mu główne właściwości fizykochemiczne i sprzyja jego wielu zastosowaniom.

Wzór monomeru lub powtarzającego się kawałka polimeru poliakrylanu sodu, gdzie n oznacza liczbę jego powtórzeń. Muso. Źródło: Wikimedia Commons.

Ma duże powinowactwo do wody. Bardzo łatwo się wchłania tworząc żel. Wchłania wszystkie rodzaje płynów i roztworów wodnych. Ta właściwość sprawia, że ​​stosuje się go np. W pieluchach jednorazowych i podpaskach higienicznych.

Jest również stosowany w opakowaniach dla przemysłu świeżej żywności, aby wchłonąć nadmiar wody, którą mogą wytworzyć.

Ze względu na dużą ilość ładunków ujemnych –COO ^- jest stosowany w detergentach do zawieszania cząstek brudu. Działa również w procesach przemysłowych, w których wymagane jest wychwytywanie dodatnich jonów metali, takich jak wapń, glin i magnez.

Poliakrylan sodu nie jest toksyczny, ale bardzo ważne jest, aby go nie połykać, ponieważ może wchłaniać wodę ze śliny, zwiększać jej objętość i powodować uduszenie.

Struktura chemiczna

Poliakrylan sodu jest polimerem, więc składa się z wielu pojedynczych elementów połączonych ze sobą. Takie kawałki, kawałki lub jednostki nazywane są monomerami.

Poliakrylan sodu powstaje w wyniku połączenia wielu cząsteczek akrylanu sodu. Po połączeniu kawałki akrylanu sodu tracą podwójne wiązanie.

Z tego powodu poliakrylan sodu ma strukturę bez wiązań podwójnych, z przyłączonymi do nich wieloma anionami karboksylanowymi –COO ^- i wieloma jonami sodu Na ⁺ .

Ponieważ ma tak wiele grup anionowych ^- COO ^- mówi się, że jest polielektrolitem.

Monomer lub pojedynczy kawałek poliakrylanu sodu ma łańcuch dwóch atomów węgla i przyłączoną do niego grupę –COO ^- Na ⁺ , jak pokazano poniżej: –CH ₂ –CH (COO ^- Na ⁺ ) -.

Struktura monomeru poliakrylanu sodu. Przerywane linie wskazują wiązania z innymi monomerami identycznymi do tego. Edgar181. Źródło: Wikimedia Commons.

Ilość monomerów może wahać się od kilkudziesięciu do kilkuset.

Z tego powodu we wzorze polimeru umieszcza się n, ponieważ n symbolizuje liczbę monomerów i ta liczba może się zmieniać w zależności od tego, czego chce producent polimeru.

Nomenklatura

-Poliakrylan sodu

-Sól sodowa kwasu poliakrylowego

-Sól sodowa polimeru kwasu akrylowego

-Sól sodowa homopolimeru kwasu 2-propenowego (homopolimer oznacza, że ​​jest polimerem jednorodnym lub składa się z wielu jednostek jednego typu cząsteczki)

Nieruchomości

Stan fizyczny

Biały stały proszek lub granulki.

Waga molekularna

Zależy to od liczby monomerów tworzących polimer. Poliakrylan sodu o masie cząsteczkowej na przykład 1200, 2100, 8000 i 15000 jest produkowany na skalę przemysłową.

Gęstość

1,32 g / ml w 25 ° C

pH

6-9

Rozpuszczalność

Bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie.

Właściwości chemiczne

Poliakrylan sodu ma duże powinowactwo do wody. Wodne roztwory poliakrylanu sodu są bardzo lepkie i wykazują dużą ciągliwość.

Jest to niezwykle chłonny polimer, zwłaszcza wody lub płynów wodnych. Szybkość wchłaniania wody jest bardzo wysoka.

Ten polimer łatwo przyciąga wodę, która po wchłonięciu zamienia się w żel. Posiada bardzo dużą zdolność zatrzymywania wchłoniętej wody.

Wszystko to jest wyjaśnione, ponieważ wodór w wodzie tworzy mostki wiążące z anionem karboksylanowym ^- COO ^- polimeru. Polarność wody i grupy karboksylanowej sprzyja takim wiązaniom wodorowym: –C - O- - -H - O - H.

Poliakrylan sodu stabilizuje również emulsje typu olej w wodzie. Części cząsteczki poliakrylanu związane z olejem –CH _{2 –} CH– wiążą się z nim, a części jonowe lub związane z wodą –COO ^- Na ⁺ pozostają w nim. W ten sposób kropelki oleju pozostają stabilne w wodzie.

Inną jego cechą jest to, że dzięki dużej zawartości anionów karboksylanowych –COO ^- poliakrylan sodu może łatwo przyciągać jony dodatnie lub kationy metali, takich jak wapń Ca ²⁺ , magnez Mg ²⁺ czy glin Al ³⁺ . Łączy je łatwo i nie odpuszcza.

Nie jest toksyczny ani zanieczyszczający i ulega biodegradacji.

Otrzymywanie

Aby uzyskać poliakrylan sodu, kwas akrylowy CH ₂ = CH-COOH i wodorotlenku sodu NaOH poddaje się najpierw w celu uzyskania akrylan sodu CH ₂ = CH-COO ^- Na ⁺ .

Ten ostatni poddaje się ogrzewaniu w obecności nadsiarczanu amonu (NH ₄ ) ₂ S ₂ O _{8 w} celu przyspieszenia reakcji polimeryzacji, w której każda cząsteczka akrylanu sodu jest przyłączana do następnej za pomocą wiązania podwójnego.

Otrzymany roztwór zawiera poliakrylan sodu. Następnie przez odparowanie w określonych warunkach otrzymuje się suchy polimer.

Aplikacje

Jako absorbent w różnych zastosowaniach

Poliakrylan sodu jest stosowany jako superabsorbent w kilku szeroko stosowanych produktach. Jeden gram tego polimeru może wchłonąć od 300 do 1000 gramów czystej wody.

Na przykład jest stosowany w jednorazowych pieluchach, podpaskach higienicznych, podpaskach do karmienia i innych artykułach gospodarstwa domowego. W takich przypadkach skutecznie wchłania wodne płyny ustrojowe, takie jak mocz czy krew.

Służy również do zapobiegania wyciekom płynów poprzez ich zestalanie. Pozwala radzić sobie z płynami ustrojowymi, zatrzymując je w półstałym i suchym żelu, ułatwiając ich usuwanie.

W szpitalach i klinikach służy do usuwania wycieków oraz w butelkach do odsysania płynów. Pozwala to zaoszczędzić na praniu, mniej wstydu dla pacjentów oraz zmniejszyć poślizgnięcia i poślizg dla pracowników służby zdrowia.

W środkach czystości i do prania

Poliakrylan sodu służy jako zagęszczacz w roztworach podchlorynu stosowanych w mieszaninach wybielających.

Jest również częścią kompozycji detergentowych, ponieważ podczas prania działa jako dyspergator dla cząstek brudu, utrzymując je w zawiesinie, zwiększając białość i poprawiając ogólne działanie detergentów.

Wynika to z wielu ładunków ujemnych lub anionowych, które pomagają zawieszać cząsteczki brudu, dzięki czemu jest najbardziej skuteczny w detergentach ziarnistych lub proszkowych oraz przy praniu przy zasadowym (tj. Zasadowym) pH.

Detergenty zawierają poliakrylan sodu, który pozwala im lepiej prać ubrania. Autor: Frank Habel. Źródło: Pixabay.

W przemyśle spożywczym

Jest szeroko stosowany jako zagęszczacz i preparat wykorzystujący jego właściwości fizykochemiczne.

Na przykład jest stosowany jako dyspergator do pigmentów mineralnych lub wypełniaczy, takich jak węglan wapnia lub kaolin podczas produkcji papieru lub tektury, który ma kontakt ze wszystkimi rodzajami żywności, z wyjątkiem kontaktu z preparatami dla niemowląt lub mlekiem matki.

Służy również jako absorbent płynów w materiałach, które mają kontakt z żywnością. Absorbuje nadmiar wody z wszelkiego rodzaju świeżej żywności, takiej jak kurczak, ryby, mięso, warzywa i owoce.

Opakowania świeżej żywności mogą zawierać poliakrylan sodu, który wchłania wodę, którą mogą uwolnić. Autor: Shutterbug75. Źródło: Pixabay.

W przemyśle cukrowniczym jego zastosowanie podczas odparowywania wody z soków z buraków lub trzciny cukrowej pozwala na wychwytywanie jonów metali, a tym samym kontrolowanie tworzenia się osadów mineralnych w urządzeniach.

W doświadczeniach w celu poprawy odzyskiwania pozostałości oleju

W przemyśle naftowym jest obecnie stosowany w połączeniu z innymi polimerami akrylowymi do zagęszczania wody wtłaczanej do niektórych odwiertów i sprzyja efektywnemu usuwaniu pozostałości ropy w celu odzyskania.

Ponadto w testach zastosowano poliakrylan sodu, aby zapobiec wytrącaniu się wapnia i magnezu, a tym samym zapobiegać zanieczyszczaniu sprzętu podczas wydobywania ropy naftowej ze studni zalewowych polimerem.

W przemyśle tworzyw sztucznych

Poliakrylan sodu jest często dodawany do polichlorku winylu lub tworzywa sztucznego PVC (polichlorek winylu) jako modyfikator udarności i środek ułatwiający przetwarzanie.

Rury PVC stosowane przy budowie domów i budynków mogą zawierać poliakrylan sodu w celu zwiększenia ich wytrzymałości. Autor: Pisauikan. Źródło: Pixabay.

Wśród cech, które musi posiadać, aby spełnić te funkcje, jest pewna niemieszalność (brak mieszania) z innym polimerem w celu utworzenia małych niezależnych obszarów.

Jednocześnie musi generować silne wiązania międzyfazowe z polimerem podstawowym lub matrycowym, aby umożliwić dobre przenoszenie naprężeń przez te wiązania.

Jeśli modyfikator udarności jest zbyt kompatybilny lub mieszalny, nie poprawia odporności na uderzenia, ale jeśli jest całkowicie niekompatybilny, mieszanka podstawowa traci swoją wytrzymałość lub wytrzymałość.

Z tego powodu poliakrylan sodu jest przydatny w tym zastosowaniu.

W różnych zastosowaniach

Poliakrylan sodu jest stosowany w przemyśle celulozowo-papierniczym jako dyspergator.

Wynika to z jego zdolności do sekwestrowania lub wychwytywania (a nie uwalniania) szkodliwych wielowartościowych (tj. Wielokrotnie naładowanych) kationów, takich jak glin Al ³⁺ i wapń Ca ²⁺ , które wiążą się z nimi.

Jest odporny na wysokie pH, wysokie temperatury i duże siły ścinające lub ścinające. Jeśli jednak wielowartościowe kationy są w wysokim stężeniu, mogą wytrącać poliakrylan, powodując utratę jego skuteczności.

Znajduje również zastosowanie w przemyśle kosmetycznym jako zagęszczacz i emulgator.

Ze względu na zdolność szybkiego wchłaniania wody jest stosowany jako bloker wody w światłowodach. Są to kable służące do transmisji sygnału internetowego i telefonicznego.

Wewnątrz światłowodów znajduje się poliakrylan sodu, który pochłania wilgoć, która może wniknąć w nie i zapobiega uszkodzeniom. Autor: Planet fox. Źródło: Pixabay.

Poliakrylan sodu to ten, który wypełnia opakowania z zimnym żelem, które są używane do leczenia bólu spowodowanego uderzeniami lub urazami lub do transportu leków lub kwiatów.

Worek z zimnym żelem stosowany do łagodzenia bólu po kontuzjach sportowych. Yamada kazuyuki z Higashi-betsuin w Japonii. Źródło: Wikimedia Commons.

Dzięki poliakrylanowi sodu powstają małe lalki, które po moczeniu w wodzie rozszerzają się lub zwiększają objętość.

Ryzyka

Chociaż poliakrylan sodu nie jest toksyczny, spożycie jego granulek doustnie powoduje ich rozszerzenie w kontakcie ze śliną.

W związku z tym połknięcie jest znacznym ryzykiem, ponieważ może powodować niedrożność dróg oddechowych. Oznacza to, że może utrudniać oddychanie. Z drugiej strony, jeśli jest wdychany w niewielkich ilościach, niewystarczających do spowodowania niedrożności, działa drażniąco na oddychanie ze względu na swoje właściwości wysuszające.

Poliakrylan sodu jest coraz częściej stosowany w domach medycznych i domach opieki, umieszczany w butelkach na mocz obok pacjentów, co stwarza ryzyko połknięcia go przez zdezorientowanych starszych pacjentów.

Z tego powodu tego typu pacjenci muszą być stale monitorowani.

Nie podrażnia skóry. Nie jest łatwopalny.

Bibliografia

1. Bajpai, P. (2015). Chemia celulozowa i papiernicza. Sole poliakrylanowe. W przemyśle celulozowo-papierniczym. Odzyskany z sciencedirect.com.
2. Wypych, G. (2017). Zapach w odniesieniu do różnych polimerów. Poliakrylan. W Handbook of Odors in Plastic Materials (drugie wydanie). Odzyskany z sciencedirect.com.
3. Burckett St Laurent, J. (2007). Pranie do czyszczenia tekstyliów. Polimery. W Podręczniku czyszczenia / odkażania powierzchni. Odzyskany z sciencedirect.com.
4. Wickstone, L. i in. (2018). Ryzyko uduszenia w wyniku połknięcia Vernagela. Ann R Coll Surg Engl 2018; 100: e176-e177. Odzyskany z ncbi.nlm.nih.gov.
5. Wypych, G. (2015). Zasady degradacji termicznej. Poliakrylan. W degradacji i stabilizacji PVC. Odzyskany z sciencedirect.
6. Medina-Torres, L. i in. (2014). Reologia poliakrylanu sodu jako emulgatora stosowanego w emulsjach kosmetycznych. Badania w zakresie chemii przemysłowej i inżynierskiej 2014, 53, 47, 18346-18351. Odzyskany z pubs.acs.org.
7. Książka chemiczna. (2016). Poliakrylan sodu. Odzyskany z chemicalbook.com.
8. SCCO. (2019). Polimer superchłonny (SAP). Odzyskany z sapgel.com.