La poliacrilamida (abreviada como PAM o pAAM) es un polímero con la fórmula (-CH 2 CHCONH 2 -). Tiene una estructura de cadena lineal. PAM es altamente absorbente de agua y forma un gel suave cuando se hidrata. En 2008 se estima que se produjeron 750.000.000 kg, principalmente para el tratamiento de aguas y las industrias papelera y mineral. [1]
La poliacrilamida es una poliolefina . Puede verse como polietileno con sustituyentes amida en carbonos alternos. A diferencia de varios nailon , la poliacrilamida no es una poliamida porque los grupos amida no están en la estructura del polímero. Debido a la presencia de grupos amida (CONH 2 ), los átomos de carbono alternos en la columna vertebral son estereogénicos (coloquialmente: quirales). Por esta razón, la poliacrilamida existe en formas atáctica, sindiotáctica e isotáctica, aunque rara vez se analiza este aspecto. La polimerización se inicia con radicales y se supone que es estereoaleatoria. [1]
La poliacrilamida lineal es un polímero soluble en agua. Otros disolventes polares incluyen DMSO y varios alcoholes. La reticulación se puede introducir usando N,N-metilenbisacrilamida . Algunos materiales reticulados son hinchables pero no solubles, es decir, son hidrogeles .
La hidrólisis parcial ocurre a temperaturas elevadas en medios acuosos, convirtiendo algunos sustituyentes amida en carboxilatos. Por tanto, esta hidrólisis hace que el polímero sea particularmente hidrófilo. El polímero producido a partir de N,N-dimetilacrilamida resiste la hidrólisis.
Los copolímeros de acrilamida incluyen los derivados del ácido acrílico.
En las décadas de 1970 y 1980, el uso proporcionalmente mayor de estos polímeros fue en el tratamiento del agua. [2] La siguiente aplicación importante en peso son los aditivos para el procesamiento de pulpa y la fabricación de papel . Aproximadamente el 30% de la poliacrilamida se utiliza en las industrias del petróleo y los minerales. [1]
Uno de los usos más importantes de la poliacrilamida es flocular sólidos en un líquido. Este proceso se aplica al tratamiento de agua y a procesos como la fabricación de papel y la serigrafía. La poliacrilamida se puede suministrar en forma de polvo o líquida, y la forma líquida se subclasifica como polímero en solución y en emulsión.
Aunque estos productos suelen denominarse "poliacrilamida", muchos son en realidad copolímeros de acrilamida y una o más especies diferentes, como un ácido acrílico o una sal del mismo. Estos copolímeros tienen humectación e hinchabilidad modificadas.
Las formas iónicas de la poliacrilamida han encontrado un papel importante en la industria del tratamiento de agua potable . Las sales de metales trivalentes, como el cloruro férrico y el cloruro de aluminio , están unidas por largas cadenas poliméricas de poliacrilamida. Esto da como resultado una mejora significativa de la tasa de floculación . Esto permite que las plantas de tratamiento de agua mejoren en gran medida la eliminación del contenido orgánico total (TOC) del agua cruda.
En la industria del petróleo y el gas, los derivados de poliacrilamida, especialmente los copolímeros, tienen un efecto sustancial en la producción al mejorar la recuperación del petróleo mediante el aumento de la viscosidad. Se pueden generar soluciones acuosas de alta viscosidad con bajas concentraciones de polímeros de poliacrilamida, que se inyectan para mejorar la economía de la inyección de agua convencional. En una aplicación separada, la fracturación hidráulica se beneficia de la reducción de la resistencia resultante de la inyección de estas soluciones. Estas aplicaciones utilizan grandes volúmenes de soluciones de polímeros en concentraciones de 30 a 3000 mg/l. [3]
Las funciones principales de los acondicionadores de suelos de poliacrilamida son aumentar la labranza, la aireación y la porosidad del suelo y reducir la compactación, el polvo y la escorrentía de agua. Las aplicaciones típicas son 10 mg/L, lo que sigue siendo caro para muchas aplicaciones. [3] Las funciones secundarias son aumentar el vigor, el color, la apariencia, la profundidad de las raíces y la aparición de semillas de las plantas, al tiempo que disminuyen los requisitos de agua, las enfermedades, la erosión y los gastos de mantenimiento. Para ello se utiliza el FC 2712.
La poliacrilamida también se utiliza a menudo en aplicaciones de biología molecular como medio para electroforesis de proteínas y ácidos nucleicos en una técnica conocida como PAGE . PAGE se utilizó por primera vez en un laboratorio a principios de la década de 1950. En 1959, los grupos de Davis y Ornstein [4] y de Raymond y Weintraub [5] publicaron de forma independiente sobre el uso de la electroforesis en gel de poliacrilamida para separar moléculas cargadas . [5] La técnica es ampliamente aceptada hoy en día y sigue siendo un protocolo común en los laboratorios de biología molecular .
La acrilamida tiene otros usos en los laboratorios de biología molecular, incluido el uso de poliacrilamida lineal (LPA) como vehículo, que ayuda en la precipitación de pequeñas cantidades de ácidos nucleicos (ADN y ARN). [6] [7] Muchas empresas de suministros de laboratorio venden LPA para este uso. [8] Además, bajo ciertas condiciones, se puede usar para precipitar selectivamente solo especies de ARN a partir de una mezcla de ácidos nucleicos. [7]
El módulo elástico de la poliacrilamida se puede cambiar variando la proporción de monómero a reticulante durante la fabricación del gel de poliacrilamida. [9] Esta propiedad hace que la poliacrilamida sea útil en el campo de la mecanobiología , ya que varias células responden a estímulos mecánicos. [10]
El polímero también se utiliza para fabricar juguetes Gro-Beast, que se expanden cuando se colocan en agua, como Test Tube Aliens . De manera similar, las propiedades absorbentes de uno de sus copolímeros se pueden utilizar como aditivo en polvos corporales.
Se ha utilizado en Botox como relleno subdérmico para cirugía estética facial (ver Aquamid ).
También se utilizó en la síntesis del primer fluido de Boger .
Teniendo en cuenta el volumen de poliacrilamida producida, estos materiales han sido objeto de un intenso análisis en cuanto a sus impactos medioambientales y de salud. [11] [12]
La poliacrilamida es de baja toxicidad pero su precursora acrilamida es una neurotoxina y carcinógeno . [1] Por lo tanto, las preocupaciones naturalmente se centran en la posibilidad de que la poliacrilamida esté contaminada con acrilamida . [12] [13] Se hacen esfuerzos considerables para eliminar los rastros de acrilamida del polímero destinado a ser utilizado cerca de los alimentos. [1]
Además, existe la preocupación de que la poliacrilamida pueda despolimerizarse para formar acrilamida. En condiciones típicas de cocción, la poliacrilamida no se despolimeriza significativamente. [14] La única afirmación de que la poliacrilamida vuelve a ser acrilamida [15] ha sido ampliamente cuestionada. [16] [17] [18]
La poliacrilamida suele biodegradarse parcialmente por la acción de amidasas , produciendo amoníaco y poliacrilatos . Los poliacrilatos son difíciles de biodegradar, pero se ha demostrado que algunos cultivos de microbios del suelo lo hacen en condiciones aeróbicas. [19]