NATRIUMPOLYACRYLAAT (C3H3NAO2) N: STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, GEBRUIK, RISICO'S - CHEMIE - 2025

Het natriumpolyacrylaat is een organische verbinding met een hoog molecuulgewicht die wordt gevormd door de vereniging van vele eenheden of stukken van een kleinere verbinding, natriumacrylaat. De molecuulformule van natriumpolyacrylaat is (C ₃ H ₃ NaO ₂ ) _n , en de uitgebreide formule van het monomeer is –CH ₂ –CH (COONa) -.

Natriumpolyacrylaat heeft toch veel herhalende stukken. Het is een anionische polyelektrolyt omdat zij vele carboxylaat anionen COO ^- , die negatief geladen. Dit geeft het zijn belangrijkste fysisch-chemische eigenschappen en bevordert de vele toepassingen ervan.

Formule van het monomeer of het herhalende stuk van het natriumpolyacrylaatpolymeer, waarbij n het aantal keren voorstelt dat het wordt herhaald. Muso. Bron: Wikimedia Commons.

Het heeft een grote affiniteit met water. Het absorbeert het heel gemakkelijk en vormt een gel. Absorbeert alle soorten vloeistoffen of waterige oplossingen. Deze eigenschap maakt het bijvoorbeeld gebruikt in wegwerpluiers en maandverband.

Het wordt ook gebruikt in verpakkingen voor de versindustrie om overtollig water op te vangen dat ze kunnen produceren.

Vanwege de grote hoeveelheid negatieve ladingen, wordt –COO ^- gebruikt in wasmiddelen om vuildeeltjes te helpen suspenderen. Het werkt ook in industriële processen waar het nodig is om positieve metaalionen zoals calcium, aluminium en magnesium op te vangen.

Natriumpolyacrylaat is niet giftig, maar het is erg belangrijk om het niet in te nemen, omdat het water uit speeksel kan opnemen, het volume kan vergroten en verstikking kan veroorzaken.

Chemische structuur

Natriumpolyacrylaat is een polymeer, dus het is samengesteld uit veel afzonderlijke stukken die allemaal hetzelfde zijn en met elkaar zijn verbonden. Dergelijke brokken, stukken of eenheden worden monomeren genoemd.

Natriumpolyacrylaat wordt gegenereerd door de vereniging van vele moleculen natriumacrylaat. Wanneer ze worden samengevoegd, verliezen de stukjes natriumacrylaat de dubbele binding.

Om deze reden heeft natriumpolyacrylaat een structuur zonder dubbele bindingen, met veel carboxylaatanionen ^- COO ^- en veel natrium Na ⁺ -ionen eraan gehecht.

Omdat het zoveel anionische groepen heeft - COO ^- wordt er gezegd dat het een polyelektrolyt is.

Het monomeer of het individuele stuk natriumpolyacrylaat heeft een keten van twee koolstofatomen en een groep –COO ^- Na ⁺ eraan verbonden, zoals hieronder aangegeven: –CH ₂ –CH (COO ^- Na ⁺ ) -.

Structuur van het natriumpolyacrylaatmonomeer. De stippellijnen geven de bindingen aan met andere monomeren die identiek zijn aan deze. Edgar181. Bron: Wikimedia Commons.

Het aantal monomeren kan variëren van enkele tientallen tot enkele honderden.

Om deze reden wordt een n in de polymeerformule geplaatst, aangezien n het aantal monomeren symboliseert en dit aantal kan veranderen afhankelijk van wat de polymeerfabrikant wil.

Nomenclatuur

-Natriumpolyacrylaat

-Natriumzout van polyacrylzuur

-Acrylzuur polymeer natriumzout

-Natriumzout van 2-propeenzuur homopolymeer (homopolymeer betekent dat het een homogeen polymeer is of dat het bestaat uit vele eenheden van een enkel type molecuul)

Eigendommen

Fysieke toestand

Wit vast poeder of korrels.

Molecuulgewicht

Het hangt af van het aantal monomeren waaruit het polymeer bestaat. Natriumpolyacrylaat met molecuulgewichten van bijvoorbeeld 1200, 2100, 8000 en 15000 wordt commercieel geproduceerd.

Dichtheid

1,32 g / ml bij 25 ° C.

pH

6-9

Oplosbaarheid

Zeer goed oplosbaar in water.

Chemische eigenschappen

Natriumpolyacrylaat heeft een hoge affiniteit voor water. Waterige natriumpolyacrylaatoplossingen zijn zeer viskeus en vertonen een hoge vezeligheid.

Het is een extreem absorberend polymeer, vooral van water of waterige vloeistoffen. De waterabsorptiesnelheid is erg hoog.

Water wordt gemakkelijk aangetrokken door dit polymeer, dat bij opname in een gel verandert. En het heeft een zeer hoge capaciteit om geabsorbeerd water vast te houden.

Dit alles wordt verklaard doordat de waterstof in het water bindingsbruggen vormt met het carboxylaatanion ^- COO ^- van het polymeer. De polariteit van water en de carboxylaatgroep begunstigt deze waterstofbruggen: –C - O- - -H - O - H.

Natriumpolyacrylaat stabiliseert ook olie-in-water-emulsies. De delen van het polyacrylaatmolecuul die verwant zijn aan de olie –CH ₂ –CH– binden zich eraan en de ionische of watergerelateerde delen –COO ^- Na ⁺ blijven erin. Zo blijven de oliedruppeltjes stabiel in het water.

Een ander kenmerk is dat door zijn grote hoeveelheid carboxylaatanionen ^- COO ^- natriumpolyacrylaat gemakkelijk positieve ionen of metaalkationen zoals calcium Ca ²⁺ , magnesium Mg ²⁺ of aluminium Al ³⁺ kan aantrekken . Het voegt zich gemakkelijk bij hen en laat niet los.

Het is niet giftig of vervuilend en is biologisch afbreekbaar.

Het verkrijgen van

Om natriumpolyacrylaat te verkrijgen, worden acrylzuur CH ₂ = CH-COOH en natriumhydroxide NaOH eerst omgezet om natriumacrylaat CH ₂ = CH-COO ^- Na ^{+ te verkrijgen} .

Deze wordt onderworpen aan verwarmen in aanwezigheid van ammoniumpersulfaat (NH ₄ ) ₂ S ₂ O ₈ met de polymerisatiereactie, waarbij elk molecuul van natriumacrylaat het volgende wordt bevestigd met een dubbele binding te versnellen.

De verkregen oplossing bevat natriumpolyacrylaat. Vervolgens wordt door verdamping onder bepaalde omstandigheden het droge polymeer verkregen.

Toepassingen

Als absorberend middel in verschillende toepassingen

Natriumpolyacrylaat wordt gebruikt als een superabsorberend middel in verschillende veelgebruikte producten. Een gram van dit polymeer kan 300 tot 1000 gram zuiver water absorberen.

Het wordt bijvoorbeeld gebruikt in wegwerpluiers, maandverbanden, borstvoedingskompressen en andere huishoudelijke artikelen. In deze gevallen absorbeert het op efficiënte wijze waterige lichaamsvloeistoffen, zoals urine of bloed.

Het wordt ook gebruikt om het morsen van vloeistoffen te voorkomen door ze te laten stollen. Het stelt u in staat om met lichaamsvloeistoffen om te gaan door ze op te sluiten in een droge, halfvaste gel, waardoor ze gemakkelijker kunnen worden weggegooid.

In ziekenhuizen en klinieken wordt het gebruikt voor het beheer van gemorste vloeistoffen en in flessen voor het opzuigen van vloeistoffen. Dit zorgt voor besparingen op wasgoed, minder schaamte voor patiënten en minder uitglijden en drukte voor hun zorgverleners.

In schoonmaakproducten en in wasgoed

Natriumpolyacrylaat dient als verdikkingsmiddel in hypochlorietoplossingen die worden gebruikt in bleekmengsels.

Het maakt ook deel uit van wasmiddelen, omdat het tijdens het wassen werkt als een dispergeermiddel voor vuildeeltjes, ze in suspensie houdt, de witheid vergroot en de algemene reinigende werking van wasmiddelen verbetert.

Dit komt door de meervoudige negatieve of anionische ladingen die helpen vuildeeltjes te suspenderen, waardoor het het meest effectief is in korrel- of poedervormige wasmiddelen en wassen met een alkalische (d.w.z. basische) pH.

Wasmiddelen bevatten natriumpolyacrylaat waardoor ze kleding beter kunnen wassen. Auteur: Frank Habel. Bron: Pixabay.

In de voedingsindustrie

Het wordt veel gebruikt als verdikkingsmiddel en preparatiemiddel met gebruikmaking van zijn fysisch-chemische eigenschappen.

Het wordt bijvoorbeeld gebruikt als dispergeermiddel voor minerale pigmenten of vulstoffen zoals calciumcarbonaat of kaolien bij de vervaardiging van papier of karton dat in contact komt met alle soorten voedsel, behalve bij gebruik in contact met zuigelingenvoeding of moedermelk.

Het dient ook als vloeistofabsorberend materiaal in materialen die in contact komen met voedsel. Het absorbeert overtollig water uit allerlei soorten vers voedsel, zoals kip, vis, vlees, groenten en fruit.

Verse voedselverpakkingen kunnen natriumpolyacrylaat bevatten om het water dat ze kunnen vrijgeven te absorberen. Auteur: Shutterbug75. Bron: Pixabay.

In suikerproducerende industrieën maakt het gebruik ervan tijdens de verdamping van water uit bieten- of suikerrietsap het mogelijk om metaalionen op te vangen en zo de vorming van minerale korstvorming in apparatuur te beheersen.

In ervaringen om de winning van restolie te verbeteren

In de olie-industrie wordt het momenteel gebruikt in combinatie met andere acrylpolymeren om het water dat in sommige putten wordt geïnjecteerd te verdikken en om de effectieve verwijdering van resterende olie voor terugwinning te bevorderen.

Bovendien is natriumpolyacrylaat gebruikt in tests om calcium- en magnesiumprecipitatie te voorkomen en zo vervuiling van apparatuur tijdens olieterugwinning uit polymeervloeiende putten te voorkomen.

In de kunststofindustrie

Natriumpolyacrylaat wordt vaak toegevoegd aan polyvinylchloride of PVC (PolyVinyl Chloride) plastic als slagvastheidsmodificator en verwerkingshulpmiddel.

PVC-buizen die worden gebruikt bij de constructie van huizen en gebouwen kunnen natriumpolyacrylaat bevatten om hun weerstand te vergroten. Auteur: Pisauikan. Bron: Pixabay.

Een van de kenmerken die het moet bezitten om deze functies te vervullen, is dat het enige niet-mengbaarheid heeft (niet mengen) met het andere polymeer, om kleine onafhankelijke zones te vormen.

Tegelijkertijd moet het enkele sterke grensvlakbindingen genereren met het basis- of matrixpolymeer om een ​​goede spanningsoverdracht door deze bindingen mogelijk te maken.

Als de impactmodificator te compatibel of mengbaar is, verbetert het de impactweerstand niet, maar als deze volledig incompatibel is, verliest de basismassa zijn sterkte of taaiheid.

Om deze reden is natriumpolyacrylaat in deze toepassing bruikbaar.

In verschillende toepassingen

Natriumpolyacrylaat wordt in de pulp- en papierindustrie als dispergeermiddel gebruikt.

Dit komt door zijn vermogen om schadelijke meerwaardige (dwz meervoudig geladen) kationen, zoals aluminium Al ³⁺ en calcium Ca ²⁺ , te sekwestreren of te vangen (en niet vrij te geven) , die hiermee complexeren.

Het is bestand tegen hoge pH, hoge temperaturen en hoge schuif- of schuifkrachten. Als de meerwaardige kationen echter een hoge concentratie hebben, kunnen ze het polyacrylaat neerslaan, waardoor het zijn effectiviteit verliest.

Het wordt ook in de cosmetische industrie gebruikt als verdikkingsmiddel en emulgator.

Vanwege zijn vermogen om snel water op te nemen, wordt het gebruikt als waterblokker in glasvezelkabels. Dit zijn de kabels die worden gebruikt voor de overdracht van internet- en telefoonsignalen.

In de glasvezelkabels zit natriumpolyacrylaat om vocht dat erin kan doordringen te absorberen en schade te voorkomen. Auteur: Planet fox. Bron: Pixabay.

Natriumpolyacrylaat is degene die de koude gel-packs vult die worden gebruikt om pijn veroorzaakt door slagen of verwondingen te behandelen, of om medicijnen of bloemen te vervoeren.

Koudgelzakje dat wordt gebruikt om pijn te verlichten bij sportblessures. yamada kazuyuki uit Higashi-betsuin, Japan. Bron: Wikimedia Commons.

Met natriumpolyacrylaat worden kleine poppen gemaakt die uitzetten of in volume toenemen wanneer ze in water worden gedrenkt.

Risico's

Hoewel natriumpolyacrylaat niet giftig is, zorgt de orale inname van de korrels ervoor dat ze uitzetten in contact met speeksel.

Bijgevolg is inname ervan een aanzienlijk risico omdat het luchtwegobstructie kan veroorzaken. Dit betekent dat het de ademhaling kan belemmeren. Aan de andere kant, als het in kleine hoeveelheden wordt ingeademd, niet genoeg om obstructie te veroorzaken, is het irriterend voor de ademhaling vanwege de drogende eigenschappen.

Natriumpolyacrylaat wordt steeds vaker gebruikt in medische en verpleeghuizen, in urineflessen naast patiënten geplaatst, waardoor het risico bestaat dat verwarde oudere patiënten het inslikken.

Om deze reden moeten dit soort patiënten continu worden gecontroleerd.

Het is niet irriterend voor de huid. Het is niet brandbaar.

Referenties

1. Bajpai, P. (2015). Pulp en papierchemicaliën. Polyacrylaatzouten. In de pulp- en papierindustrie. Opgehaald van sciencedirect.com.
2. Wypych, G. (2017). Geur in relatie tot verschillende polymeren. Polyacrylaat. In Handbook of Odors in Plastic Materials (Second Edition). Opgehaald van sciencedirect.com.
3. Burckett St Laurent, J. (2007). Wasserijreiniging van textiel. Polymeren. In handboek voor reiniging / decontaminatie van oppervlakken. Opgehaald van sciencedirect.com.
4. Wickstone, L. et al. (2018). Risico op verstikking door inname van Vernagel. Ann R Coll Surg Engl 2018; 100: e176-e177. Opgehaald van ncbi.nlm.nih.gov.
5. Wypych, G. (2015). Principes van thermische degradatie. Polyacrylaat. In PVC-degradatie en stabilisatie. Hersteld van sciencedirect.
6. Medina-Torres, L. et al. (2014). Reologie van natriumpolyacrylaat als emulgator die wordt gebruikt in cosmetische emulsies. Industrial & Engineering Chemistry Research 2014, 53, 47, 18346-18351. Opgehaald van pubs.acs.org.
7. Chemisch boek. (2016). Natriumpolyacrylaat. Opgehaald van chemicalbook.com.
8. SCCO. (2019). Superabsorberend polymeer (SAP). Opgehaald van sapgel.com.