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Ácido poliacrílico

El poli(ácido acrílico) ( PAA ; nombre comercial Carbomer ) es un polímero con la fórmula (CH 2 -CHCO 2 H) n . Es un derivado del ácido acrílico (CH 2 =CHCO 2 H). Además de los homopolímeros , se conocen y tienen valor comercial una variedad de copolímeros y polímeros reticulados, y sus derivados parcialmente desprotonados. En una solución acuosa a pH neutro , el PAA es un polímero aniónico , es decir, muchas de las cadenas laterales del PAA pierden sus protones y adquieren una carga negativa. Los PAA parcial o totalmente desprotonados son polielectrolitos , con la capacidad de absorber y retener agua e hincharse hasta muchas veces su volumen original. Estas propiedades (ácido-base y atracción de agua) son la base de muchas aplicaciones.

Síntesis

El PAA, como cualquier polímero de acrilato , generalmente se sintetiza mediante un proceso conocido como polimerización por radicales libres, [3] [4] aunque también se puede utilizar la polimerización por injerto. [5] [6] La polimerización por radicales libres implica la conversión de monómeros, en este caso, ácido acrílico (CH 2 =CHCO 2 H), en una cadena polimérica mediante la acción de radicales libres. [7] [8] [9] El proceso normalmente sigue estos pasos: [10]

  1. Iniciación : Los radicales libres se generan mediante iniciadores como el persulfato de potasio ( K 2 S 2 O 8 ) o el azobisisobutironitrilo (AIBN). Estos radicales son altamente reactivos y pueden iniciar el proceso de polimerización al reaccionar con las unidades monoméricas. [11]
  2. Propagación : una vez que el radical reacciona con un monómero, crea un nuevo radical al final de la cadena en crecimiento. Este nuevo radical puede reaccionar con unidades monoméricas adicionales, permitiendo que la cadena crezca. [12]
  3. Terminación : la reacción continúa hasta que dos radicales se recombinan o un radical se transfiere a otra molécula, lo que pone fin al crecimiento de la cadena polimérica. [13]
  4. Transferencia e inhibición de cadena : También pueden ocurrir otras reacciones, como transferencia de cadena (donde el radical se transfiere a una molécula diferente, creando un nuevo radical) o inhibición (donde las impurezas detienen el crecimiento de la cadena). [14]

Producción

Se estima que el mercado mundial tendrá un valor de 3.400 millones de dólares en 2022. [15] [16]

Estructura y derivados

El ácido poliacrílico es un polielectrolito aniónico débil, cuyo grado de ionización depende del pH de la solución. En su forma no ionizada a pH bajos, el PAA puede asociarse con varios polímeros no iónicos (como óxido de polietileno, poli-N-vinilpirrolidona, poliacrilamida y algunos éteres de celulosa) y formar complejos interpolímeros unidos por enlaces de hidrógeno . [17] En soluciones acuosas, el PAA también puede formar policomplejos con polímeros con cargas opuestas como el quitosano, tensioactivos y moléculas de fármacos (por ejemplo, estreptomicina). [18]

Propiedades físicas

Los PAA secos se venden en forma de polvos blancos y esponjosos.

Derivados

En la forma de polvo seco de poliacrilato de sodio , los iones de sodio cargados positivamente están unidos al poliacrilato ; sin embargo, en soluciones acuosas los iones de sodio pueden disociarse. La presencia de cationes de sodio permite que el polímero absorba una gran cantidad de agua.

Aplicaciones

Absorbente

El PAA se utiliza ampliamente en dispersantes. Su peso molecular tiene un impacto significativo en las propiedades reológicas y la capacidad de dispersión y, por tanto, en las aplicaciones. La aplicación dominante del PAA es como superabsorbente . Aproximadamente el 25% del PAA se utiliza para detergentes y dispersantes.

El ácido poliacrílico y sus derivados (particularmente poliacrilato de sodio ) se utilizan en pañales desechables . El ácido acrílico también es el componente principal de los polímeros superabsorbentes (SAP), que son poliacrilatos reticulados que pueden absorber y retener más de 100 veces su propio peso en líquido. La Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. autorizó el uso de SAP en envases con contacto indirecto con alimentos. [19] [20]

Limpieza

Los detergentes suelen contener copolímeros de ácido acrílico que ayudan a secuestrar la suciedad. El ácido poliacrílico reticulado también se ha utilizado en la producción de productos para el hogar, incluidos limpiadores de pisos. El PAA puede inactivar el antiséptico gluconato de clorhexidina . [21]

Materiales biocompatibles

Los geles de ácido poliacrílico neutralizados son matrices biocompatibles adecuadas para aplicaciones médicas, como geles para productos para el cuidado de la piel. Las películas de PAA se pueden depositar sobre implantes ortopédicos para protegerlos de la corrosión. Los hidrogeles reticulados de PAA y gelatina también se han utilizado como pegamento médico.

Pinturas y cosméticos.

Otras aplicaciones implican pinturas y cosméticos . Estabilizan los sólidos suspendidos en líquidos, [22] evitan que las emulsiones se separen y controlan la consistencia en el flujo de los cosméticos. Los códigos de carbómero (910, 934, 940, 941 y 934P) son una indicación del peso molecular y los componentes específicos del polímero. Para muchas aplicaciones, los PAA se utilizan en forma de sales de metales alcalinos o de amonio, por ejemplo, poliacrilato de sodio .

Aplicaciones emergentes

Los hidrogeles derivados del PAA han sido objeto de muchos estudios para su uso como vendajes y ayudas para la cicatrización de heridas. [23]

Fluido de perforación y enfriamiento de metales.

Se hicieron algunos informes sobre el uso de PAA como defloculante (los llamados poliacrilatos alcalinos ) para la industria de extracción de petróleo. [24] [25]

También se informó que se utilizaba para templar metales en el trabajo de metales (ver Poliacrilato de sodio ). [26]

Referencias

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