NATRIUMPOLYACRYLAT (C3H3NAO2) N: STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, VERWENDUNGEN, RISIKEN - CHEMIE - 2025

Das Natriumpolyacrylat ist eine organische Verbindung mit hohem Molekulargewicht, die durch Vereinigung vieler Einheiten oder Stücke einer kleineren Verbindung, Natriumacrylat, gebildet wird. Die Summenformel von Natriumpolyacrylat lautet (C ₃ H ₃ NaO ₂ ) _n , und die erweiterte Formel seines Monomers lautet –CH ₂ –CH (COONa) -.

Natriumpolyacrylat hat trotzdem viele sich wiederholende Teile. Es ist ein anionischer Polyelektrolyt , weil es viele Anionen Carboxylat -COO hat ^- , die negativ geladen sind. Dies gibt ihm seine wichtigsten physikalisch-chemischen Eigenschaften und begünstigt seine vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten.

Formel des Monomers oder Wiederholungsstücks des Natriumpolyacrylatpolymers, wobei n die Häufigkeit der Wiederholung darstellt. Muso. Quelle: Wikimedia Commons.

Es hat eine große Affinität zu Wasser. Es zieht sehr leicht ein und bildet ein Gel. Nimmt alle Arten von Flüssigkeiten oder wässrigen Lösungen auf. Diese Eigenschaft macht es zum Beispiel in Wegwerfwindeln und Damenbinden verwendet.

Es wird auch in Verpackungen für die Frischlebensmittelindustrie verwendet, um überschüssiges Wasser aufzunehmen, das sie möglicherweise produzieren.

Aufgrund seiner großen Menge an negativen Ladungen, -COO ^- ist in Waschmitteln Hilfe auszusetzen Schmutzpartikel verwendet. Es funktioniert auch in industriellen Prozessen, in denen positive Metallionen wie Calcium, Aluminium und Magnesium eingefangen werden müssen.

Natriumpolyacrylat ist nicht toxisch, aber es ist sehr wichtig, es nicht einzunehmen, da es Wasser aus dem Speichel aufnehmen, sein Volumen erhöhen und Ersticken verursachen kann.

Chemische Struktur

Natriumpolyacrylat ist ein Polymer, daher besteht es aus vielen Einzelteilen und ist miteinander verbunden. Solche Stücke, Stücke oder Einheiten werden Monomere genannt.

Natriumpolyacrylat entsteht durch die Vereinigung vieler Natriumacrylatmoleküle. Beim Verbinden verlieren die Natriumacrylatstücke die Doppelbindung.

Aus diesem Grund hat Natriumpolyacrylat eine Struktur ohne Doppelbindungen, an die viele Carboxylatanionen ^- COO ^- und viele Natrium-Na ⁺ -Ionen gebunden sind.

Weil es so viele anionische Gruppen hat ^- COO ^-, soll es ein Polyelektrolyt sein.

Das Monomer oder einzelnes Stück Natriumpolyacrylat hat eine Kette von zwei Kohlenstoffatomen und eine Gruppe -COO ^- Na ⁺ daran befestigt, wie unten angegeben: -CH ₂ -CH (COO ^- Na ⁺ ) -.

Struktur des Natriumpolyacrylatmonomers. Die gepunkteten Linien zeigen die Bindungen mit anderen Monomeren an, die mit diesem identisch sind. Edgar181. Quelle: Wikimedia Commons.

Die Menge an Monomeren kann von einigen zehn bis zu mehreren hundert variieren.

Aus diesem Grund wird ein n in die Polymerformel eingefügt, da n die Anzahl der Monomere symbolisiert und sich diese Anzahl je nach Wunsch des Polymerherstellers ändern kann.

Nomenklatur

-Natriumpolyacrylat

-Natriumsalz der Polyacrylsäure

-Acrylsäurepolymer Natriumsalz

-Natriumsalz des 2-Propensäurehomopolymers (Homopolymer bedeutet, dass es ein homogenes Polymer ist oder aus vielen Einheiten eines einzelnen Molekültyps besteht)

Eigenschaften

Körperlicher Status

Weißes festes Pulver oder Granulat.

Molekulargewicht

Dies hängt von der Anzahl der Monomere ab, aus denen das Polymer besteht. Natriumpolyacrylat mit Molekulargewichten von beispielsweise 1200, 2100, 8000 und 15000 wird kommerziell hergestellt.

Dichte

1,32 g / ml bei 25 ° C.

pH

6-9

Löslichkeit

Sehr gut wasserlöslich.

Chemische Eigenschaften

Natriumpolyacrylat hat eine hohe Affinität zu Wasser. Wässrige Natriumpolyacrylatlösungen sind hochviskos und weisen eine hohe Fadenbildung auf.

Es ist ein extrem saugfähiges Polymer, insbesondere aus Wasser oder wässrigen Flüssigkeiten. Die Wasseraufnahmegeschwindigkeit ist sehr hoch.

Wasser wird leicht von diesem Polymer angezogen, das sich bei Absorption in ein Gel verwandelt. Und es hat eine sehr hohe Kapazität, absorbiertes Wasser zurückzuhalten.

All dies erklärt , da der Wasserstoff in dem Wasser bildet Brücken mit dem Carboxylatanion -COO Bonden ^- des Polymers. Die Polarität von Wasser und der Carboxylatgruppe begünstigt diese Wasserstoffbrücken: -C-O- -H-O-H.

Natriumpolyacrylat stabilisiert auch Öl-in-Wasser-Emulsionen. Die Teile des Polyacrylats Molekül , das an Öl bezogen sind -CH ₂ -CH- binden an ihr und den ionischen oder Wasser bezogenen Teile -COO ^- Na ⁺ verbleiben darin. Somit bleiben die Öltröpfchen im Wasser stabil.

Ein weiterer ihr Merkmal ist , dass aufgrund der großen Menge an Carboxylatanionen -COO ^- Natriumpolyacrylat leicht positive Ionen oder Metall - Kationen wie Calcium Ca anziehen kann ²⁺ , Magnesium Mg ²⁺ oder Aluminium Al ³⁺ . Es verbindet sie leicht und lässt nicht los.

Es ist nicht giftig oder umweltschädlich und biologisch abbaubar.

Erhalten

Um Natriumpolyacrylat zu erhalten, werden zuerst Acrylsäure CH ₂ = CH-COOH und Natriumhydroxid NaOH umgesetzt , um Natriumacrylat CH ₂ = CH-COO ^- Na ^{+ zu erhalten} .

Letzteres wird in Gegenwart von Ammoniumpersulfat (NH ₄ ) ₂ S ₂ O ₈ erhitzt , um die Polymerisationsreaktion zu beschleunigen, wobei jedes Molekül Natriumacrylat unter Verwendung der Doppelbindung an das nächste gebunden wird.

Die erhaltene Lösung enthält Natriumpolyacrylat. Dann wird durch Verdampfen unter bestimmten Bedingungen das trockene Polymer erhalten.

Anwendungen

Als Absorptionsmittel in verschiedenen Anwendungen

Natriumpolyacrylat wird als Superabsorbens in mehreren weit verbreiteten Produkten verwendet. Ein Gramm dieses Polymers kann 300 bis 1000 Gramm reines Wasser aufnehmen.

Zum Beispiel wird es in Wegwerfwindeln, Damenbinden, Stillkissen und anderen Haushaltsgegenständen verwendet. In diesen Fällen absorbiert es effizient wässrige Körperflüssigkeiten wie Urin oder Blut.

Es wird auch verwendet, um das Verschütten von Flüssigkeit durch Verfestigung zu verhindern. Sie können mit Körperflüssigkeiten umgehen, indem Sie sie in einem trockenen, halbfesten Gel einschließen und so ihre Entsorgung erleichtern.

In Krankenhäusern und Kliniken wird es zur Behandlung von Verschüttungen und in Flaschen zum Absaugen von Flüssigkeiten eingesetzt. Dies ermöglicht Einsparungen bei der Wäsche, weniger Verlegenheit für die Patienten und weniger Ausrutscher und Hektik für ihre Angehörigen der Gesundheitsberufe.

In Reinigungsmitteln und in der Wäsche

Natriumpolyacrylat dient als Verdickungsmittel in Hypochloritlösungen, die in Bleichmischungen verwendet werden.

Es ist auch Teil von Waschmittelzusammensetzungen, da es während des Waschens als Dispergiermittel für Schmutzpartikel wirkt, diese in Suspension hält, den Weißgrad erhöht und die allgemeine Reinigungsleistung von Waschmitteln verbessert.

Dies ist auf die mehrfachen negativen oder anionischen Ladungen zurückzuführen, die dazu beitragen, Schmutzpartikel zu suspendieren, wodurch es in körnigen oder pulverförmigen Reinigungsmitteln am effektivsten ist und bei alkalischem (d. H. Basischem) pH gewaschen wird.

Reinigungsmittel enthalten Natriumpolyacrylat, wodurch sie Kleidung besser waschen können. Verfasser: Frank Habel. Quelle: Pixabay.

In der Lebensmittelindustrie

Es ist weit verbreitet als Verdickungsmittel und Präparationsmittel unter Verwendung seiner physikochemischen Eigenschaften verwendet worden.

Beispielsweise wird es als Dispergiermittel für Mineralpigmente oder Füllstoffe wie Calciumcarbonat oder Kaolin bei der Herstellung von Papier oder Pappe verwendet, die mit allen Arten von Lebensmitteln in Kontakt kommen, außer bei Kontakt mit Säuglingsanfangsnahrung oder Muttermilch.

Es dient auch als Flüssigkeitsabsorptionsmittel in Materialien, die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen. Es nimmt überschüssiges Wasser aus allen Arten von frischen Lebensmitteln wie Huhn, Fisch, Fleisch, Gemüse und Obst auf.

Frische Lebensmittelverpackungen können Natriumpolyacrylat enthalten, um das Wasser aufzunehmen, das sie freisetzen können. Autor: Shutterbug75. Quelle: Pixabay.

In der zuckerproduzierenden Industrie ermöglicht die Verwendung beim Verdampfen von Wasser aus Rüben- oder Zuckerrohrsäften das Einfangen von Metallionen und damit die Bildung von Mineralverkrustungen in Geräten.

In Erfahrungen zur Verbesserung der Rückgewinnung von Restöl

In der Ölindustrie wird es derzeit in Verbindung mit anderen Acrylpolymeren verwendet, um das in einige Bohrlöcher injizierte Wasser zu verdicken und die effektive Entfernung von Ölresten zur Rückgewinnung zu begünstigen.

Darüber hinaus wurde Natriumpolyacrylat in Tests verwendet, um eine Ausfällung von Calcium und Magnesium und damit ein Verschmutzen der Ausrüstung während der Ölgewinnung aus Polymerflutungsbohrungen zu verhindern.

In der Kunststoffindustrie

Natriumpolyacrylat wird häufig Polyvinylchlorid oder PVC-Kunststoff (Polyvinylchlorid) als Schlagzähigkeitsmodifikator und Verarbeitungshilfe zugesetzt.

PVC-Rohre, die beim Bau von Häusern und Gebäuden verwendet werden, können Natriumpolyacrylat enthalten, um ihre Beständigkeit zu erhöhen. Verfasser: Pisauikan. Quelle: Pixabay.

Zu den Eigenschaften, die es besitzen muss, um diese Funktionen zu erfüllen, gehört die Tatsache, dass es mit dem anderen Polymer nicht mischbar ist (nicht mischt), um kleine unabhängige Zonen zu bilden.

Gleichzeitig muss es einige starke Grenzflächenbindungen mit der Base oder dem Matrixpolymer erzeugen, um eine gute Spannungsübertragung durch diese Bindungen zu ermöglichen.

Wenn der Schlagzähmodifikator zu kompatibel oder mischbar ist, verbessert er die Schlagzähigkeit nicht, aber wenn er vollständig inkompatibel ist, verliert die Basisverbindung ihre Festigkeit oder Zähigkeit.

Aus diesem Grund ist Natriumpolyacrylat in dieser Anwendung nützlich.

In verschiedenen Anwendungen

Natriumpolyacrylat wird in der Zellstoff- und Papierindustrie als Dispergiermittel verwendet.

Dies ist auf seine Fähigkeit zurückzuführen, schädliche mehrwertige (dh mehrfach geladene) Kationen wie Aluminium Al ³⁺ und Calcium Ca ²⁺ , die mit diesen komplexieren, zu binden oder einzufangen (und nicht freizusetzen) .

Es ist beständig gegen hohen pH-Wert, hohe Temperaturen und hohe Scher- oder Scherkräfte. Wenn die mehrwertigen Kationen jedoch in hoher Konzentration vorliegen, können sie das Polyacrylat ausfällen, wodurch es seine Wirksamkeit verliert.

Es wird auch in der Kosmetikindustrie als Verdickungsmittel und Emulgator verwendet.

Aufgrund seiner Fähigkeit, Wasser schnell aufzunehmen, wird es als Wasserblocker in Glasfaserkabeln verwendet. Dies sind die Kabel, die für die Übertragung des Internet- und Telefonsignals verwendet werden.

In den Glasfaserkabeln befindet sich Natriumpolyacrylat, um Feuchtigkeit aufzunehmen, die in sie eindringen und Schäden verhindern kann. Autor: Planet Fuchs. Quelle: Pixabay.

Natriumpolyacrylat füllt die kalten Gelpackungen, die zur Behandlung von durch Schläge oder Verletzungen verursachten Schmerzen oder zum Transport von Medikamenten oder Blumen verwendet werden.

Kalter Gelbeutel zur Schmerzlinderung bei Sportverletzungen. Yamada Kazuyuki aus Higashi-Betsuin, Japan. Quelle: Wikimedia Commons.

Mit Natriumpolyacrylat werden kleine Puppen hergestellt, die sich beim Einweichen in Wasser ausdehnen oder an Volumen zunehmen.

Risiken

Obwohl Natriumpolyacrylat nicht toxisch ist, bewirkt die orale Einnahme seines Granulats, dass es sich bei Kontakt mit Speichel ausdehnt.

Folglich ist die Einnahme ein erhebliches Risiko, da es zu Atemwegsobstruktionen führen kann. Dies bedeutet, dass es die Atmung behindern kann. Wenn es andererseits in kleinen Mengen eingeatmet wird, die nicht ausreichen, um eine Verstopfung zu verursachen, reizt es aufgrund seiner Trocknungseigenschaften die Atmung.

Natriumpolyacrylat wird zunehmend in medizinischen und geriatrischen Stationen verwendet und in Urinflaschen neben Patienten platziert, was das Risiko birgt, dass verwirrte ältere Patienten es einnehmen.

Aus diesem Grund müssen diese Patiententypen kontinuierlich überwacht werden.

Es ist nicht hautreizend. Es ist nicht brennbar.

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