Procédé de production d'acide polyacrylique. Acide polyacrylique : méthode de production, propriétés, structure et application pratique Application de l'acide polyacrylique
Les polymères et copolymères d'esters, d'amides et de nitriles des acides acrylique et méthacrylique sont regroupés sous la dénomination générale d'acrylates.
Acide polyacrylique
obtenu par polymérisation radicalaire. Les initiateurs sont des peroxydes, des persulfates, des composés azoïques et diazoïques. La polymérisation se produit à grande vitesse, même à basse température (20-25 °C). Il est plus pratique d'effectuer la polymérisation en solution. Le solvant peut être de l'eau, du xylène, du benzène. L'acide polyacrylique est une substance dure, blanche mate et cassante ressemblant à de la porcelaine ; elle est soluble dans l'eau, le formamide, légèrement dans l'alcool et insoluble dans le monomère. À 230-240 0 C, il commence à se décomposer. L'acide polyacrylique, obtenu à basse température, a un poids moléculaire élevé et ne se dissout pas dans l'eau, mais gonfle seulement.
Les macromolécules polymères ont une structure principalement linéaire. Certaines unités de macromolécules d'acide polyacrylique sont reliées selon le modèle « tête à tête », mais l'écrasante majorité sont « tête à queue » :
Acide polyméthacrylique
sont obtenus par polymérisation radicalaire en présence d'initiateurs qui augmentent fortement la vitesse de polymérisation. L'introduction d'un groupe méthyle en position - dans la molécule d'acide acrylique ralentit quelque peu le processus de polymérisation et facilite sa régulation. L'apparence de l'acide polyméthacrylique n'est pas différente de celle de l'acide polyacrylique. Il a également une couleur blanc mat et a presque la même dureté.
L'acide polyméthacrylique est soluble dans l'eau et insoluble dans les solvants non polaires. À mesure que le poids moléculaire du polyméthacrylate augmente, sa solubilité dans l'eau diminue. Les propriétés chimiques des acides polyacryliques et polyméthacryliques sont similaires aux propriétés des acides organiques saturés polybasiques.
Ils sont largement utilisés pour la production de matériaux de finition du cuir et des chaussures, ainsi que comme émulsifiants. Les sels d'acides polyacrylique et polyméthacrylique sont utilisés comme épaississants, car leurs solutions ont une viscosité très élevée.
Les copolymères d'acides acrylique et méthacrylique avec d'autres monomères vinyliques et divinyliques sont d'une grande importance. Lorsqu'il est copolymérisé avec des diènes, l'acide acrylique forme des caoutchoucs.
De tels caoutchoucs peuvent être vulcanisés avec des métaux polyvalents :
Ces caoutchoucs sont très résistants à la chaleur. Certains copolymères d'acide méthacrylique sont utilisés comme résines échangeuses d'ions.
Le polyméthacrylate de méthyle est obtenu par polymérisation radicalaire du méthacrylate de méthyle. La polymérisation est le plus souvent réalisée par la méthode des blocs, car elle produit un verre organique présentant les meilleures propriétés optiques. La présence d'initiateurs et l'irradiation ultraviolette accélèrent le processus de polymérisation. À mesure que la température augmente, la vitesse de réaction augmente, mais le poids moléculaire diminue. Le poids moléculaire du polymère est compris entre 50 000 et 200 000, la densité est de 1,18 g/cm 3 et la température de transition vitreuse est d'environ 98 °C. À 260-270 °C, le polymère est détruit. Le polyméthacrylate de méthyle est hautement soluble dans l'acétone, le dichloroéthane et certains esters. Il est principalement utilisé pour produire du verre organique.
D'autres esters d'acide méthacrylique sont utilisés pour la fabrication de vernis, de films, de tuyaux flexibles, etc.
Outre les esters des acides acrylique et méthacrylique, le nitrile de l'acide acrylique revêt une grande importance pratique.
Le polyacrylonitrile est obtenu par polymérisation radicalaire en émulsion de l'acrylonitrile. Les initiateurs du procédé sont le plus souvent du peroxyde d'hydrogène, des persulfates ou des perborates ; le milieu de dispersion est généralement de l'eau. Au fur et à mesure de la polymérisation, le polymère précipite sous forme de petites particules facilement filtrées.
Le polyacrylonitrile ne se dissout pas dans les solvants adaptés à la dissolution d'autres résines acryliques. --Les groupes CN contenus dans les macromolécules provoquent de fortes interactions intermoléculaires.
Le polyacrylonitrile se dissout uniquement dans les solvants hautement polaires : diméthylformamide, diméthylcyanamide et solutions aqueuses concentrées de certains sels (KCNS, ZnCl 2, ZnBr 2). Sa solubilité diminue après traitement avec une solution aqueuse de formaldéhyde.
Selon les conditions de polymérisation, le poids moléculaire du polyacrylonitrile varie de 20 000 à 350 000, la densité est d'environ 1,17 g/cm 3 ; La température de transition vitreuse est de 80°C, il se décompose à 220°C. Lorsqu'il est chauffé, le polyacrylonitrile change de couleur et le processus de chauffage s'accompagne toujours d'une perte de solubilité.
Le polyacrylonitrile possède des propriétés physiques et mécaniques assez élevées. En termes de résistance à la lumière, il surpasse presque tous les polymères connus.
Une grande quantité de polyacrylonitrile est utilisée pour produire des fibres synthétiques et des plastiques. Dans ses propriétés, la fibre de polyacrylonitrile ressemble à la laine et se teint facilement.
Les copolymères d'acrylonitrile avec le chlorure de vinyle, l'acétate de vinyle, le styrène, les esters d'acides acrylique et méthacrylique, l'isobutylène, le butadiène, etc. sont d'une grande importance industrielle. Les copolymères de butadiène et d'acrylonitrile sont utilisés pour produire des caoutchoucs résistants à l'huile. Par rapport au polystyrène, les copolymères de styrène et d'acrylonitrile ont une résistance thermique accrue.
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Université ouverte d'État de Moscou
Travaux de cours
Sur le thème : « Polyacrylates »
Discipline : « Chimie des médicaments fonctionnellement actifs »
Faculté: Chimique-Technologique
Complété par : Evstratova I.S.
Vérifié par : Ivanova
Moscou 2011
Introduction
1. Monomères acryliques
1.1 Acide acrylique. Propriétés chimiques. Reçu.
1.2 Acide méthacrylique. Propriétés chimiques. Reçu.
Conclusion
1. Monomères acryliques
L'acide acrylique (propénoïque, éthylène carboxylique) CH2=CH-COOH a été obtenu pour la première fois par Redtenbacher en 1843, qui a oxydé l'acroléine avec de l'oxyde d'argent, puis par A.M. Butlerov en 1860 en faisant réagir l'iodoforme avec l'éthoxyde de sodium. En 1862, cet acide fut synthétisé par F.F. Déshydroiodation Beilstein des acides b-iodopropioniques et déshydratation des acides b-hydroxypropioniques. La polymérisation de l'acide acrylique n'a été décrite que 10 ans plus tard par Linnemann.
Un homologue de l'acide acrylique, l'acide a-méthylacrylique, nommé plus tard acide méthacrylique par Rem, a été obtenu en 1865 par E. Frankland et Dupp par saponification d'un ester d'acide a-hydroxyisobutyrique. La préparation de l'acide méthacrylique à partir de l'acétone cyanhydrine a été décrite en 1932.
Les acides acrylique et méthacrylique, leurs esters, nitriles et amides sont des monomères précieux dont la polymérisation produit de l'acide polyacrylique, des polyacrylates, des esters : acrylates de butyle, de tert-butyle, d'isobutyle, de méthyle et d'éthyle, ainsi que du polyacrylonitrile. Les caoutchoucs acrylates (acryliques) sont obtenus par polymérisation de certains esters de l'acide acrylique ou copolymérisation avec des monomères vinyliques (2-chloroéthylvinyléther, chloroacétate de vinyle, etc.).
Les caoutchoucs acryliques sont résistants à la chaleur, à l'ozone et à l'oxygène, aux rayons UV et se caractérisent par une faible perméabilité aux gaz.
L'acide polyacrylique est un épaississant hydrophile courant pour une variété de solutions aqueuses destinées aux applications industrielles. préparation d'acide monomère acrylique
Les polyacrylates et polyméthacrylates sont largement utilisés dans la production de verre organique, de fibres synthétiques, de résines acryliques et de diverses émulsions utilisées dans les industries des pâtes et papiers, des peintures et vernis, du textile, du cuir et d'autres industries. Le polyméthacrylate de méthyle est le plus largement utilisé comme base pour les verres organiques transparents. L'augmentation de la production de monomères méthacryliques a longtemps été freinée par le coût élevé et la main d'œuvre des méthodes utilisées pour les obtenir. Et ce n'est qu'au cours des 10 à 15 dernières années, en raison de la nécessité d'utiliser de l'acide cyanhydrique bon marché, obtenu en quantités importantes comme sous-produit de la production d'acrylonitrile par ammonolyse oxydative du propylène, que la capacité de production a commencé à augmenter de manière significative.
En copolymérisant les acrylates avec d'autres monomères, les propriétés des matériaux polymères sont considérablement améliorées et leurs domaines d'application sont élargis. Ainsi, les copolymères d'acrylates avec une petite quantité d'acrylonitrile ou de chlorure de vinyle améliorent la résistance des matériaux polymères à la plupart des solvants, les copolymères avec l'acide acrylique augmentent la polarité des acrylates et améliorent ainsi la capacité d'adhésion et d'épaississement des dispersions aqueuses, les copolymères avec des amides, par exemple. par exemple avec le N-méthylolamide, avec la mélamine, les amines, les composés époxy, la chlorhydrine et d'autres monomères contenant des groupes réactifs sont à la base des adhésifs et des vernis séchant à froid et à chaud.
L’échelle de production de l’acide acrylique lui-même est bien inférieure à l’échelle de production de ses dérivés.
1.1 Acide acrylique. Propriétés chimiques. Reçu
L'acide acrylique (propénoïque, éthylène carboxylique) CH2=CH-COOH est un liquide incolore avec une odeur âcre ; m.p. 285-286,5 K, p.b. 413,9-414,6 K, d420 = 1,0511. Se dissout dans l'eau, l'alcool, le SHC13, le benzène. Polymérise pendant le stockage.
L'acide acrylique et ses sels sont utilisés pour la fabrication de polymères et copolymères hydrosolubles, qui sont utilisés comme agents de finition, liants et dispersants. Environ la moitié des esters d'acide acrylique produits - les acrylates - sont consacrés à la production de peintures pour revêtements intérieurs et extérieurs. Les revêtements résistent à l'abrasion, sèchent rapidement et ne jaunissent pas. Les vernis à base d'acrylate sont utilisés pour peindre les appareils électroménagers et les carrosseries par pulvérisation. Une partie importante des acrylates produits est utilisée dans l'industrie textile. Dans l'industrie papetière, les polyacrylates sont utilisés pour le couchage du papier et du carton, ainsi que pour les couchages. Les polymères d'acrylate d'éthyle, de butyle et de 2-éthylhexyle sont souvent utilisés en combinaison avec du styrène, de l'acétate de vinyle ou des esters vinyliques comme constituants de nombreux adhésifs. Les copolymères d'acrylate d'éthyle et d'éthylène sont des élastomères précieux.
Les méthodes suivantes pour produire de l'acide acrylique sont utilisées dans l'industrie :
Hydrolyse de l'éthylène cyanhydrine ;
Hydrolyse de l'acrylonitrile ;
Hydrocarboxylation de l'acétylène ;
Oxydation du propylène en phase vapeur avec formation intermédiaire d'acroléine ;
1. Hydrolyse de l'éthylène cyanhydrine
L'une des options de production d'acide acrylique est basée sur l'interaction de l'oxyde d'éthylène avec la cyanhydrine pour former de l'éthylène cyanhydrine :
CH2-CH2 + HCN HOCH2 CH2CN.
L'hydrolyse ultérieure de l'éthylène cyanhydrine en acide acrylique est réalisée dans l'acide sulfurique conformément aux réactions :
HOCH2CH2CN + 2H2O HOCH2CH2COOH + NH4HSO4
CH2=CHCOOH + H2O.
Le rendement total en acide acrylique ne dépasse pas 60 à 70 %.
Cette méthode a été développée par Union Carbide. Elle ne connut cependant pas de développement industriel : la dernière installation en activité utilisant cette méthode fut arrêtée en 1971.
2. Hydrolyse de l'acrylonitrile
L'hydrolyse des nitriles est l'une des méthodes les plus courantes pour la synthèse des acides carboxyliques. Le processus est catalysé par des acides ou des alcalis et passe par l’étape intermédiaire de formation de l’amide :
CONH2 + H2O RCOOH + NH3
La réaction est réalisée en milieu aqueux à une température de 323-353 K. Le rapport des vitesses des deux réactions dépend de la structure des nitriles, de la nature du catalyseur utilisé et des conditions d'hydrolyse. Si k1>>k2, alors, malgré l'excès d'eau, la réaction peut être arrêtée au stade de la formation de l'amide. Lors de l'hydrolyse avec l'acide sulfurique, le rapport k1:k2 dépend de la concentration en acide. Par exemple, lorsque le propionitrile est hydrolysé avec de l'acide sulfurique, seul l'acide propionique est obtenu (k1:k2>100). Avec l’augmentation de la concentration d’acide, les vitesses des deux réactions deviennent comparables. Lorsque de nombreux nitriles sont traités avec 50 % ou plus d'acide sulfurique dilué, des acides carboxyliques sont généralement obtenus. Lorsque les nitriles réagissent avec des acides plus concentrés, la réaction s'arrête souvent au stade de la formation d'amide.
Ainsi, l'utilisation d'acides minéraux hautement concentrés contribue à la production d'amide et, dans la région des faibles concentrations d'acide (k2>>k1), des acides carboxyliques se forment.
Lors de la production d'acide acrylique par hydrolyse de l'acide sulfurique, le processus se déroule en deux étapes : d'abord, le sulfate d'acrylamide est synthétisé, puis le sulfate d'acrylamide est saponifié pour libérer de l'acide acrylique.
Après traitement thermique du mélange obtenu par hydrolyse du sulfate d'acrylamide avec de l'eau, l'acide acrylique est distillé sous pression réduite. Cependant, en raison de la polymérisation de l’acide en phase vapeur, une quantité importante de celui-ci est perdue. La séparation de l'acide du mélange après hydrolyse du sulfate d'acrylamide peut être réalisée par distillation avec un solvant organique ajouté au mélange réactionnel hydrolysé. Dans ce cas, le mélange de vapeur entre dans le condenseur, dans lequel de l'eau supplémentaire est fournie. Le mélange obtenu est divisé en une couche de solvant organique et une couche d'une solution aqueuse acide dont la concentration est régulée par la quantité d'eau ajoutée. Les fractions d'O-, m-, p-crésols, de naphtol et d'huile de kérosène peuvent être utilisées comme solvants.
Effets indésirables lors de l'hydrolyse de l'acrylonitrile. Au cours de l'hydrolyse de l'acrylonitrile par l'acide sulfurique, parallèlement à la réaction principale de formation du sulfate d'acrylamide, des réactions tampons se produisent, conduisant à la formation de sulfate d'amide d'acide propionique, d'acide acrylique, etc. L'estérification est réalisée dans un réacteur avec un agitateur réalisé de matériaux anticorrosion - verre, céramique, matériaux émaillés, polytétrafluoroéthylène . Au stade de l'estérification, des propionates d'alkyle et d'alcoxyalkyle, de l'éther de dialkyle et du sulfate d'ammonium sont formés comme sous-produits. Au stade d'estérification du sulfate d'acrylamide en milieu acide, la réaction de déshydratation de l'alcool avec formation d'éther est possible, qui, au contact de l'air, se transforme facilement en composés peroxydes, initiateurs actifs de polymérisation.
Inhibiteurs de polymérisation de l'acide acrylique. Lors de la purification de l'acide acrylique par rectification, il polymérise, et cela se produit beaucoup plus rapidement en phase gazeuse qu'en phase liquide, car les inhibiteurs de polymérisation habituellement utilisés en synthèse - hydroquinone, méthylhydroquinone, phénothiazine, bleu de méthylène et autres - sont contenus dans le gaz. phase en plus petites quantités que nécessaire pour stabiliser l’acide.
Le polymère d'acide acrylique résultant, insoluble dans l'acide et d'autres solvants, remplit rapidement la colonne de distillation et un processus continu devient impossible.
Pour empêcher la polymérisation de l'acide lors de la distillation, divers inhibiteurs de polymérisation sont ajoutés, tels que l'hydroquinone, le phénol ou ses dérivés et l'oxygène, la diphénylamine ou ses dérivés.
Le chlorure d'ammonium peut également être utilisé comme inhibiteur de polymérisation lors de la distillation de l'acide acrylique dont une solution à 1 % est introduite en tête de la colonne de distillation.
Pour éviter la formation de polymère à la surface des appareils en acier lors de la distillation de l'acide acrylique, ceux-ci sont recouverts de polytétrafluoroéthylène, qui est appliqué sur la surface de l'évaporateur sous forme de film.
3. Hydrocarboxylation de l'acétylène
L'acide acrylique ou ses esters peuvent être obtenus en faisant réagir de l'acétylène avec du nickel tétracarbonyle (source de monoxyde de carbone) en présence d'eau ou d'un autre donneur de protons (alcools, mercaptans, amines, acides organiques) :
4CH CH + 4H2O + Ni(CO)4 + 2HC1 4CH2=CH-COOH + NiC12 + H2
Si vous utilisez de l'alcool monohydrique à la place de l'eau, un ester d'acide acrylique se forme :
4C2H2 + Ni(CO)4 + 4ROH + 2HC1 4CH2=CH-COOR + NiC12 + H2.
La réaction est réalisée à une température de 313 K, sous pression atmosphérique et dans un rapport acétylène : CO de 1 : 1, en présence de nickel tétracarbonyle comme catalyseur.
L'inconvénient de cette méthode est l'utilisation d'acétylène explosif.
4. Oxydation en phase vapeur du propylène
Le processus d'oxydation en phase vapeur du propylène est la principale méthode industrielle de production d'acide acrylique. La production d'acide acrylique par oxydation du propylène en phase gazeuse par formation intermédiaire d'acroléine s'effectue en deux étapes :
CH2=CHCH3 + O2 CH2=CHCHO + H2O DH298 = -340 kJ/mol,
CH2=CHCHO + 0,5O2 CH2=CHCOOH DH298 = -250 kJ/mol
Au premier stade, le propylène est oxydé et au deuxième stade, l'acroléine est oxydée.
Oxydation du propylène. L'oxydation du propylène se déroule par un mécanisme radicalaire en chaîne et comprend les étapes suivantes :
CH2=CH--CH3 + O CH2=CH--CH2 + H2O, (nucléation de la chaîne)
CH2=CH--CH2· + O· CH2=CH--CH· + OH, (croissance de chaîne)
СH2=CH--CH· + O· CH2=CH--CHO, (chaîne ouverte)
CH2=CH-CHO + OH CH2=CH-CO* + H2O,
СH2=CH--CO· + OH· CH2=CH--COOH.
Au cours du processus d'oxydation, des sous-produits se forment, conséquence des réactions d'oxydation partielle ou complète du propylène (acétaldéhyde, acide acétique, CO, CO2) et de la réaction de polymérisation. Une augmentation du rendement en acroléine et en acide acrylique et, par conséquent, la suppression des réactions secondaires sont favorisées par les basses températures : 673-773 K. Une diminution de la température de réaction est possible lors de l'utilisation de catalyseurs hautement sélectifs.
L'oxydation du propylène est réalisée à 573-623, une pression de 0,1-0,3 MPa et l'ajout de vapeur d'eau sur des catalyseurs contenant des oxydes de bismuth, cobalt, nickel, fer, étain, etc. Le rapport molaire eau : propylène est maintenu à 4-5. et le rapport molaire oxygène : propylène est de ~ 2. La vapeur et l'azote réduisent non seulement la possibilité de surchauffe, mais également le risque de créer des situations explosives. Ces gaz contribuent également à augmenter l'activité du catalyseur, facilitant la désorption des produits de réaction, et augmentant la durée de fonctionnement stable jusqu'à 24 mois. Le degré de conversion du propylène en un seul passage est de 90 à 95 % et le rendement en acroléine et en acide acrylique est de 80 à 90 %.
Oxydation de l'acroléine. L'oxydation de l'acroléine est réalisée en version catalytique hétérogène sur des catalyseurs obtenus à base d'oxydes mixtes de molybdène et de vanadium, modifiés par des oxydes de tungstène, de chrome, de cuivre, de tellure, d'arsenic, etc.
L'activité des divers oxydes lors de l'oxydation catalytique de l'acroléine diminue dans l'ordre suivant :
MoO3 > V2O5 > WO3 > SeO2 > TeO2 > Nb2O5 > Ta2O5 > CrO3.
Pour l'oxydation catalytique, seuls des catalyseurs ayant une électronégativité supérieure à 2,93 sont utilisés. Les oxydes inactifs Co2O3 et PbO2 acquièrent une activité suite à l'introduction de H3PO4. Les additifs fortement électronégatifs ont un effet activateur : H3PO4, H2SO4, MoO3, H3BO3, TeO2. Le catalyseur le plus efficace pour l’oxydation de l’acroléine est le MoO3.
Le procédé est réalisé à une température de 523-553 K et une pression de 0,1-0,2 MPa en présence de vapeur d'eau à un rapport molaire eau : acroléine égal à 2 : 1. Le degré de conversion en un seul passage est de 95 -97%, le rendement en acide acrylique est de plus de 90% basé sur l'acroléine.
La technologie de production d'acide acrylique par oxydation du propylène a été développée pour la première fois par Distillers, puis par BASF, Sohio, Toyo Soda, Union Carbide et Japan Catalytic.
Dans l'industrie, l'acide acrylique est produit par une méthode d'oxydation du propylène en deux étapes par l'acroléine sans séparation ni purification de l'acroléine formée lors de la première étape.
1.2 Acide méthacrylique. Propriétés chimiques. Reçu
L'acide méthacrylique (acide 2-méthylpropénoïque) CH2=C(CH3)-COOH est un liquide incolore avec une odeur âcre ; m.p. 289 K, p.b. 435-436 K. Soluble dans l'eau, les alcools, les éthers, les hydrocarbures. Pendant le stockage, il polymérise ; l'inhibiteur de polymérisation est l'ester méthylique d'hydroquinone.
Les monomères méthacryliques sont connus dans l'industrie depuis environ 70 ans, mais l'expansion de leur production a été entravée par le coût élevé et l'intensité de la main-d'œuvre des méthodes de production utilisées. Cependant, en raison de la nécessité d'utiliser de l'acide cyanhydrique bon marché, qui est formé en quantités importantes comme sous-produit dans la production d'acrylonitrile par ammonolyse oxydative du propylène, la capacité de production de monomères méthacryliques a considérablement augmenté.
Actuellement, l'acide méthacrylique et le méthacrylate de méthyle sont produits industriellement par formation intermédiaire d'acétone cyanhydrine. Cette méthode a été développée par la société anglaise ICI dès 1937 et a été continuellement améliorée tout au long de sa période d'exploitation.
Les inconvénients de la méthode à l'acétone et à la cyanhydrine stimulent la recherche constante de nouvelles méthodes industrielles pour produire de l'acide méthacrylique et des méthacrylates en utilisant d'autres types de matières premières, comme l'isobutylène.
La synthèse de l'acide méthacrylique par oxydation en phase gazeuse de l'isobutylène s'effectue en deux étapes : d'abord, l'isobutylène est oxydé en méthacroléine, qui est ensuite oxydée directement en acide méthacrylique.
Les étapes suivantes de la production d'acide méthacrylique sont mises en œuvre dans l'industrie :
1. Oxydation en phase gazeuse de l'isobutylène,
2. Oxydation de la méthacroléine,
3. Oxydation en phase gazeuse de la méthacroléine.
1. Oxydation en phase gazeuse de l'isobutylène
L'oxydation en phase gazeuse de l'isobutylène en méthacroléine est réalisée sur des catalyseurs à oxydes mixtes à 573-723 K :
CH2=C--CH3 CH2=C--CHO CH2=C--COOH
Méthacroléine
En règle générale, les catalyseurs contiennent des métaux alcalins ou alcalino-terreux, ainsi que des composés d'antimoine et d'étain. Par exemple, dans le procédé Sumitomo sur un catalyseur de composition Mo12Co4Bi1Ni4.5Fe1Te0.6P0.1O48.6 à 435
A un rapport molaire isobutylène:oxygène:azote égal à 1:3:27, le rendement en méthacroléine était de 88 % avec une sélectivité de 79 % et un taux de conversion de 99 %. Presque tous les catalyseurs pour l'oxydation de l'isobutylène en méthacroléine sont des systèmes polymétalliques d'oxyde et contiennent généralement de l'oxyde de molybdène. Les autres éléments inclus dans la plupart des catalyseurs d'oxydation de l'isobutylène brevetés comprennent le vanadium, l'antimoine, le tellure, le bismuth, le fer, le cobalt, le thallium, le nickel, etc. Ces catalyseurs assurent une conversion de l'isobutylène à un niveau de 90 à 98 % et une sélectivité d'oxydation de 75 à 90 %.
2. Oxydation de la méthacroléine
La synthèse de l'acide méthacrylique par oxydation de la méthacroléine peut être réalisée en phase gazeuse ou liquide en présence d'un catalyseur :
CH2=C--CH3 CH2=C--COOH
Le principal défi dans le développement de ce procédé est de trouver un catalyseur actif, sélectif et stable. Ce problème peut être résolu de deux manières : en utilisant des catalyseurs actifs pour l'oxydation de l'acroléine au stade de l'oxydation de la méthacroléine et en utilisant de nouveaux catalyseurs pour l'oxydation de la méthacroléine.
La réactivité plus élevée de l'isobutylène par rapport au propylène crée des difficultés importantes lors de la mise en œuvre d'un processus d'oxydation hautement sélectif. La méthacroléine est également facilement oxydée, mais son oxydation sélective en acide méthacrylique est une tâche plutôt difficile.
2. Oxydation en phase gazeuse de la méthacroléine
Pour l'oxydation de la méthacroléine, on utilise principalement des catalyseurs à base d'acide phosphomolybdique avec ajout de composés de métaux alcalins ou alcalino-terreux, de thallium, d'antimoine, etc. Ces catalyseurs assurent une conversion de la méthacroléine à hauteur de 80-90 % et une. sélectivité d'oxydation en acide méthacrylique de 75 à 90 %. Le processus a été mis en œuvre par Asahi Rapashi (Japon). L'oxydation est réalisée dans des réacteurs tubulaires de conception spéciale pour éviter le mélange de méthacroléine avec de l'oxygène avant la zone catalytique, car l'auto-oxydation se produit à des températures supérieures à 593 K en l'absence de catalyseur. Le procédé est réalisé à 623-673 K. Des composés à base de molybdène et de phosphore, de molybdène et de tellure, de molybdène et de nickel peuvent être utilisés comme catalyseurs pour l'oxydation de la méthacroléine. Le degré de conversion de la méthacroléine est de 95 % avec une sélectivité pour l'acide méthacrylique de 95 à 97 %
En Union soviétique, une méthode industrielle de production d'acrylamide cristallin a été maîtrisée en 1961. Selon cette méthode, l'acrylonitrile est saponifié avec 80 à 85 % d'acide sulfurique monohydraté à 358-373 K :
CH2=CHCN + H2O + H2SO4 CH2=CHCONH2 H2SO4
Cette réaction se déroule généralement avec la formation d'une petite quantité d'acide acrylique (jusqu'à 4 %) :
CH2=CHCN + 2H2O + H2SO4 CH2=CHCOOH + NH4HSO4
A l'étape suivante, le sulfate d'acrylamide est neutralisé avec de l'hydroxyde de calcium et l'acrylamide est libéré à l'état libre sous forme de solution aqueuse :
2CH2=CHCONH2 H2SO4 + Ca(OH)2 CH2=CHCONH2 + Ca(SO4)2 + 2H2O.
Le sulfate d'acrylamide obtenu par saponification de l'acrylonitrile est neutralisé en milieu aqueux avec du Ca(OH)2, de l'ammoniaque, du carbonate de sodium ou de potassium, ainsi que des composés de métaux alcalins ou alcalino-terreux avec addition d'eau ou d'un solvant organique. La suspension formée après neutralisation est filtrée pour obtenir une solution du monomère et des sels d'acide sulfurique correspondants. L'hydrolyse de l'acrylonitrile par l'acide sulfurique en acrylamide a été utilisée avec succès dans l'industrie jusqu'en 1970.
Dans le processus de production d'acrylamide par hydrolyse de l'acrylonitrile en présence d'acide sulfurique, des inhibiteurs sont utilisés pour empêcher la polymérisation du monomère, par exemple le nitrobenzène, le nitro-o-crésol, la diphénylamine, la diéthylamine, la dicyanhydroquinone.
Le moyen le plus prometteur consiste à obtenir de l'acrylamide par hydratation catalytique de l'acrylonitrile en acrylamide en présence d'un catalyseur solide - le cuivre métallique. Le catalyseur au cuivre peut être obtenu par pulvérisation cathodique de cuivre dans un solvant organique ou par réduction du composé intracomplexe de cuivre supporté sur de l'oxyde d'aluminium ou du charbon actif.
Grâce à l'hydratation catalytique, on obtient généralement des solutions aqueuses à 10 % d'acrylamide. Cependant, pour la polymérisation, des solutions plus concentrées contenant 30 à 50 % (en poids) d'acrylamide sont utilisées. Le principal moyen d'obtenir des solutions concentrées est l'évaporation de l'eau, qui s'effectue souvent en mettant simultanément la solution en contact avec un flux d'air : l'oxygène est un inhibiteur de polymérisation.
2. Polyacrylates - polymères de dérivés des acides acrylique et méthacrylique
2.1 Caractérisation et préparation des polymères
Les polymères de dérivés de l'acide acrylique et méthacrylique, ou polyacrylates, constituent une classe vaste et diversifiée de polymères de polymérisation largement utilisés en technologie.
L'asymétrie importante des molécules d'esters acryliques et méthacryliques détermine leur plus grande tendance à polymériser.
La polymérisation a une nature radicalaire en chaîne et se produit sous l'influence de la lumière, de la chaleur, des peroxydes et d'autres facteurs qui déclenchent la croissance des radicaux libres. La polymérisation thermique pure est très lente et cette méthode est rarement utilisée. Généralement, la polymérisation est réalisée en présence d'initiateurs : peroxyde de benzoyle et peroxydes dissous dans l'eau. Trois méthodes principales de polymérisation initiée des esters sont utilisées : en bloc, en émulsion aqueuse et dans des solvants.
Il est conseillé d'utiliser la méthode de polymérisation en bloc pour la production de polyméthacrylate de méthyle, qui se présente sous forme de plaques et de blocs transparents et incolores (verre organique). Le polyméthacrylate de méthyle sous forme de polymère séquencé est obtenu en mélangeant soigneusement l'initiateur - le peroxyde de benzoyle - avec le monomère, puis en versant le mélange dans des formes en verre. La principale difficulté du procédé de polymérisation en bloc est la difficulté d’ajuster la température à l’intérieur du bloc. En raison du caractère exothermique de la polymérisation et de la faible conductivité thermique du polymère (0,17 W/m-°C), une surchauffe à l'intérieur du bloc est inévitable en raison d'une augmentation de la vitesse de réaction et, par conséquent, d'une forte augmentation de la température. Cela conduit à l'évaporation du monomère et à la formation de cloques si les couches externes du bloc sont déjà suffisamment visqueuses et empêchent la libération de gaz. Dans une certaine mesure, le gonflement peut être évité en modifiant la concentration de l'initiateur et la température de polymérisation. Plus le bloc obtenu est épais, plus la concentration en initiateur est faible, plus la montée en température est lente et plus la température de polymérisation est basse. Il faut garder à l'esprit qu'une surchauffe locale, totalement impossible à éviter, conduit inévitablement à des contraintes internes dans le bloc dues aux différents degrés de polymérisation de ses couches internes et externes.
Le processus de production du verre organique comprend la préparation des moules et leur coulée, la polymérisation préliminaire et finale et le démoulage des moules. Les moules sont généralement fabriqués en verre de silicate poli miroir, qui doit être soigneusement lavé dans des conditions empêchant la pénétration de poussière. Pour réaliser le moule, prenez deux feuilles de verre. Des joints en matériau élastique flexible sont placés sur les bords de l'un d'eux, d'une hauteur égale à l'épaisseur du bloc en cours de fabrication. Ces espaceurs sont recouverts d'une deuxième feuille de verre, après quoi les bords sont recouverts de papier résistant et fin, laissant un trou pour verser le monomère. Parallèlement, préparez le mélange en mélangeant soigneusement le monomère, l'initiateur et le plastifiant. Le mélange peut être effectué dans une chaudière en nickel équipée d'un mélangeur à hélice ou à ancre, hermétiquement fermé par un couvercle sphérique, doté d'une trappe et de raccords pour le chargement du monomère, de l'initiateur et d'autres composants. Le mélange est effectué à température normale pendant 30 à 60 minutes, après quoi le mélange s'écoule à travers le drain de fond dans les tasses à mesurer et depuis les tasses à mesurer à travers un entonnoir dans les moules. La polymérisation est réalisée en faisant passer séquentiellement les moules remplis à travers un certain nombre de chambres avec approximativement le régime suivant : dans la première chambre à 45--55°C, ils sont conservés pendant 4--6 heures, dans la seconde à 60--66 heures. °C pendant 8 à 10 heures et dans la troisième à 85--125°C - 8 heures. À la fin de la polymérisation, les formes sont immergées dans l'eau, après quoi les blocs peuvent être facilement séparés des verres silicatés. Les feuilles finies sont envoyées pour découpe et polissage. Les feuilles doivent être transparentes, sans bulles ni gonflements. Les dimensions (avec tolérances) et les propriétés physiques et mécaniques doivent être conformes aux spécifications techniques. Les verres en polyméthacrylate de méthyle sont fabriqués en différentes épaisseurs - de 0,5 à 50 mm et parfois plus.
La polymérisation en émulsion aqueuse des acrylates est utilisée pour produire des poudres de coulée et de pressage, ainsi que des dispersions aqueuses persistantes telles que le latex. L'eau et l'éther acrylique sont pris dans un rapport de 2 : 1. Si un matériau élastique dur est requis, il est alors rationnel d'utiliser la méthode de polymérisation en suspension « perles », obtenant ainsi un polymère granulaire. L'initiateur est le peroxyde de benzoyle, dissous dans le monomère (0,5 à 1 %). Le carbonate de magnésium est utilisé comme émulsifiant, ainsi que l'acide polyacrylique, l'alcool polyvinylique et d'autres polymères solubles dans l'eau. La taille des granulés dépend de la concentration de l'émulsifiant et de la vitesse de mélange. L'eau et le monomère sont pris dans des proportions de 2:1 ou 3:1. Le processus de production de polymère granulaire consiste à charger les matières premières dans un réacteur, à polymériser, à filtrer et à laver les granulés de polymère, à les sécher et à les tamiser.
L'eau distillée et le monomère sont chargés séquentiellement depuis un réservoir de mesure dans un réacteur en nickel équipé d'une chemise de vapeur et d'un agitateur, puis l'émulsifiant est ajouté manuellement via un raccord. Après 10 à 20 minutes d'agitation, un plastifiant, un colorant et un initiateur, solubles dans le monomère, sont introduits dans le réacteur. En fournissant de la vapeur à l'enveloppe du réacteur, la température est portée à 70-75°C. Après 40 à 60 minutes, en raison de la chaleur dégagée suite à la polymérisation, la température dans le réacteur s'élève à 80 à 85°C. La température peut être contrôlée en fournissant de l'eau ou de la vapeur à l'enveloppe du réacteur. Le processus est contrôlé en déterminant la teneur en monomères. La polymérisation dure 2 à 4 heures ; en fin de polymérisation, le mélange réactionnel est transféré dans une centrifugeuse dotée d'un panier en acier inoxydable, dans laquelle les granules de polymère sont facilement séparés et lavés à plusieurs reprises avec de l'eau pour éliminer l'émulsifiant.
La poudre lavée est chargée en couche mince sur des plaques à pâtisserie en aluminium et séchée dans des fours à température lente entre 40 et 70°C pendant 8 à 12 heures. Après séchage, la poudre est tamisée et placée dans un récipient. Le polyméthacrylate de méthyle granulé peut être utilisé pour fabriquer des vernis sans transformation.
Pour obtenir des poudres à presser, le polymère granulé doit être passé à travers des rouleaux pendant 3 à 5 minutes à 170-190°C ; Lors de cette opération, des plastifiants et des colorants peuvent être ajoutés au polyméthacrylate de méthyle. Les feuilles laminées sont broyées dans un broyeur à percussion et tamisées à travers un tamis.
2.2 Propriétés et applications des dérivés des acides acrylique et méthacrylique
Les polyacrylates ont une structure amorphe. Même les diagrammes de diffraction des rayons X ne révèlent aucun signe notable de cristallisation.
Les éthers de polyméthacrylate de méthyle se caractérisent par une résistance à la chaleur plus élevée que les éthers polyacryliques. En conséquence, il est conseillé d'utiliser les polymères méthacryliques comme matériau pour les toitures et les vitrages translucides, tandis que les polymères acryliques plus souples sont principalement utilisés pour produire des matériaux résistants au gel, dont la température de transition vitreuse est nettement inférieure aux températures normales.
La différence entre les polymères méthacryliques et acryliques réside dans leur résistance chimique. Les polymères méthacryliques sont plus résistants aux produits chimiques, à la chaleur et à l’eau que les polymères acryliques.
Selon leur destination, les produits techniques sont obtenus avec différents degrés de polymérisation. Avec une augmentation du degré de polymérisation, la température de fusion du polymère augmente et ses propriétés mécaniques, notamment sa résistance aux chocs, s'améliorent dans une certaine mesure. Les propriétés techniques précieuses des polyacrylates sont leur transparence et leur incolore, ainsi que leur capacité à transmettre les rayons ultraviolets. Ainsi, le polyméthacrylate de méthyle transmet plus de 99 % de la lumière solaire et est à cet égard nettement supérieur aux verres silicatés. Les avantages des verres en polyacrylate sont encore plus prononcés si l'on prend en compte leur capacité à transmettre la partie ultraviolette du spectre. Ainsi, le verre de quartz transmet 100 % des rayons ultraviolets, le verre de polyméthacrylate de méthyle - 73,5 %, le verre de silicate miroir - 3 %, le verre de silicate ordinaire - 0,6 %.
Le polyméthacrylate de méthyle est essentiellement le premier polymère qui, sur la base d'un ensemble de propriétés, peut être appelé verre organique. Son avantage par rapport au verre ordinaire est sa moindre fragilité. Cependant, les verres en polyméthacrylate de méthyle ont une dureté de surface inférieure à celle des verres minéraux. Un avantage important du verre organique est sa capacité à être traité à la fois mécaniquement (élimination des copeaux) et par déformation plastique.
Les grands produits sphériques sont fabriqués à partir de feuilles de verre organique par moulage. Pour ce faire, il est rationnel d'utiliser la méthode de moulage sous vide, proposée pour la première fois par S. N. Ouchakov et utilisée en technologie. Des feuilles de plastique préchauffées à 120-150°C sont posées et fixées sur la surface d'un moule métallique doté d'une sortie sous vide ; lorsque le vide est activé, les feuilles sont aspirées dans le moule et refroidies dans cet état ; La surface lisse des produits est conservée. Des produits plus petits de formes simples peuvent être fabriqués par emboutissage d'ébauches à partir d'une feuille chauffée, suivi d'un moulage dans des moules à basse pression ou sans formage. Les tuyaux et autres produits creux sont fabriqués par la méthode centrifuge à partir d'une masse fluide visqueuse préparée en dissolvant un polymère dans un monomère.
Les poudres de polyméthacrylate de méthyle sont beaucoup plus difficiles à traiter par pressage et moulage par injection, même à des températures plus élevées, que le polystyrène et certains autres polymères. Cela s'explique par la viscosité élevée de ses matières fondues, due au poids moléculaire élevé des matériaux de presse en polyméthacrylate de méthyle. Parallèlement, pour obtenir des produits très stables dans le temps et conservant leur forme et leurs dimensions à une température proche de la température de transition vitreuse, il est nécessaire que le processus d'écoulement visqueux irréversible de la masse prévale lors du pressage. Par conséquent, le traitement du polyméthacrylate de méthyle, ainsi que de tous les polymères linéaires, doit être effectué à des températures plus élevées qui garantissent l'écoulement plastique du matériau, c'est-à-dire entre 200 et 220°C.
Les poudres de presse à base de copolymères de méthacrylate de méthyle, en particulier avec le styrène, ont une fluidité plus élevée lors du traitement, une température d'écoulement visqueuse plus faible et sont donc plus faciles à traiter par moulage par injection, qui est l'un des plus efficaces.
Le polyméthacrylate de méthyle ne modifie que légèrement ses propriétés avec la diminution de la température ; C'est l'un des très rares polymères dont la résistance aux chocs est pratiquement stable de -183 à +60°C, bien que le module élastique et la résistance statique du polymère augmentent de manière monotone avec la diminution de la température.
Le polyméthacrylate de méthyle est largement utilisé dans divers domaines technologiques ; il existe des perspectives pour son utilisation généralisée dans la construction : pour le vitrage de divers bâtiments, notamment les serres, pour les clôtures décoratives, pour la fabrication de ferrures de portes et de fenêtres, dans la production de papier peint lavable et sous forme d'émulsions pour peintures et apprêts.
Les polymères acryliques souples produits par polymérisation en émulsion, ne contenant aucun plastifiant, ont une résistance élevée à l'huile et aux intempéries. Des films imperméabilisants peuvent être réalisés sur cette base. En raison de la compatibilité de ces polymères avec l'acétate de cellulose nitropique, ils sont inclus dans les vernis cellulosiques pour augmenter l'adhérence, la résistance à l'eau et aux intempéries. Des dispersions acryliques sont utilisées
pour rendre le béton imperméable, et comme apprêt pour la peinture intérieure des murs, l'imprégnation des matériaux de construction poreux,
3. Polyacrylonitrile
En plus des polymères d'acides acrylique et méthacrylique décrits ci-dessus, un polymère appelé polyacrylonitrile est utilisé en technologie.
Le nitrile d'acide acrylique, ou acrylonitrile, est un liquide avec un point de fusion - 83°C, point d'ébullition + 77,3°C, densité 80 (5 kg/m :|, capacité thermique 2,1 kJ/kg"°C, chaleur de polymérisation 73,3 kJ/mol ; il est miscible en n'importe quelle quantité avec la plupart des liquides polaires et non polaires.
La plus courante est la polymérisation en émulsion aqueuse de l'acrylonitrile avec un initiateur (persulfate d'ammonium), qui produit un polymère amorphe infusible et peu soluble.
La production de polyacrolonitrile peut être réalisée en utilisant des méthodes discontinues et continues. Selon la méthode discontinue, le réacteur est chargé d'eau distillée et, après avoir été chauffé à une température de 25°C, de l'acrylonitrile fraîchement distillé est introduit. Ensuite, de l'acide sulfurique et des solutions aqueuses de persulfate de potassium et d'hydrogénosulfate de sodium sont ajoutés au mélange réactionnel sous agitation. Au bout de 2 minutes, la réaction de polymérisation démarre sans agitation. Elle s'accompagne d'un dégagement de chaleur, qui élève la température du mélange jusqu'à 40°C. 20 minutes après que la température du mélange cesse d'augmenter, la réaction s'arrête. Le rendement en polyacrylonitrile atteint 98 %. Le polymère qui a précipité du mélange réactionnel est soumis à des lavages répétés avec de l'eau distillée puis séché à 40°C jusqu'à ce que la teneur en matières volatiles ne dépasse pas 0,8 %. Après séchage, le polymère est broyé et tamisé.
Le processus de polymérisation de l'acrylonitrile par une méthode continue s'accompagne d'une agitation dans le réacteur. Dans ce dernier, de l'acrylonitrile, des solutions aqueuses de persulfate d'ammonium et un agent réducteur - activateur bisulfate de sodium - sont introduits en continu. La suspension de polymère est continuellement retirée du réacteur. Le polyacrylonitrile, contrairement aux autres polymères acryliques, ne se dissout pas dans les solvants ordinaires.
Selon les conditions de polymérisation de l'acrylonitrile, des polymères de différents poids moléculaires peuvent être obtenus - de 20 000 à 350 000. Le polyacrylonitrile change de couleur lorsqu'il est chauffé, et ce processus s'accompagne toujours d'une perte de solubilité. On suppose que le changement de couleur est associé à la formation de ponts isométhyle entre macromolécules voisines. Lorsqu'il est chauffé sous atmosphère d'azote, le polyacrylonitrile ne subit aucune modification jusqu'à 200°C, mais à des températures plus élevées, il se ramollit et des produits gazeux, principalement de l'ammoniac, apparaissent.
A 270°C, un dégagement de cyanure d'hydrogène est également observé. La température de transition vitreuse du polyacrylonitrile est difficile à déterminer, car elle est supérieure à la température à laquelle commence la transformation thermique du polymère.
Le polyacrylonitrile est utilisé pour fabriquer des fibres selon la méthode de la filière. Fibre de polyacrylonitrile, mais ses propriétés ressemblent à celles de la laine. Cette fibre est utilisée pour les tissus techniques (filtres, feutres spéciaux), les bandes transporteuses et comme charge pour les plastiques laminés.
Lorsque l'acrylonitrile est copolymérisé avec du chlorure de vinyle, du déchlorure de vinyle, du styrène, de l'isobutylène et certains autres polymères, on obtient des copolymères aux propriétés techniques élevées. Grâce à la copolymérisation, un certain nombre d'inconvénients inhérents au polyacrylonitrile disparaissent : la température de ramollissement augmente, la dureté de surface et la résistance à la flexion augmentent et la résistance chimique s'améliore.
Les copolymères de butadiène et d'acrylonitrile sont utilisés pour la production de caoutchoucs techniques présentant une résistance accrue à l'huile, qui peuvent également être utilisés à des fins de construction.
Liste de la littérature utilisée
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3. Nikolaïev A.F. Polymères synthétiques et plastiques à base de ceux-ci.-L. : Khimiya, 1966.
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5. N.A. Plate, E.F. Slivinsky, 2002. Fondements de la chimie et de la technologie des polymères.
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L'acide polyacrylique est un polymère unique doté d'une grande capacité à absorber l'eau. Ce composé est biologiquement inerte, il est donc largement utilisé dans la fabrication de produits d'hygiène et cosmétiques, ainsi que comme matériau auxiliaire en médecine. Une gamme d'applications encore plus large est disponible pour les polyacrylates (sels d'acide), qui présentent des propriétés physiques et mécaniques améliorées.
Description
L'acide polyacrylique est une substance de haut poids moléculaire dont l'unité monomère est le composé CH2=CH−COOH (acide acrylique ou propénoïque, éthènecarboxylique). Ce polymère se caractérise par un manque de toxicité, une bonne solubilité dans l'eau et une résistance aux environnements hautement alcalins.
La formule chimique de l'acide polyacrylique est (C 2 H 3 COOH) n. La formule développée du composé est présentée dans la figure ci-dessous.
L'acide polyacrylique est un représentant typique des polyacides faibles. Ses macromolécules possèdent des groupes fonctionnels capables de subir une dissociation électrolytique. En apparence, il s’agit d’un liquide ambré clair ou d’une poudre granulaire blanche.
Propriétés
Les principales propriétés physicochimiques de l'acide polyacrylique sont :
- La température à laquelle ce polymère devient solide, en contournant la phase de cristallisation (état vitreux), est de 106 °C.
- Lorsqu'ils sont chauffés, des anhydrides se forment et si la température dépasse 250 °C, la réaction d'élimination du dioxyde de carbone du groupe carboxyle - COOH, ainsi que la réticulation des macromolécules, commencent, ce qui conduit à la formation de polymères d'un structure spatiale et augmentation du degré de polymérisation.
- Les sels de ce polymère ont une plus grande stabilité thermique. Cette propriété est utilisée pour produire des fibres résistantes avec une couche greffée d'acide polyacrylique.
- Lors de l'interaction avec des alcalis (C 2 H 3 COOH), n forme des sels et en réaction avec des alcools - des esters.
- Après polymérisation dans des solvants, le polymère devient dur et cassant et conserve ces qualités même à une température de 240 °C.
- Lorsque des alcools de faible poids moléculaire réagissent avec cet acide, des esters de différentes structures spatiales sont obtenus.
- Un changement brutal des propriétés du polymère se produit avec un très faible degré de conversion des groupes fonctionnels (seulement 0,1 % d'éthylène glycol est nécessaire pour réticuler des molécules pesant 50 kDa).
L'une des propriétés d'une solution aqueuse d'acide polyacrylique est qu'avec une augmentation du poids moléculaire d'un polymère donné, la viscosité de la solution augmente également, ce qui est associé à la croissance des macromolécules et à leur effet sur l'eau. Dans le même temps, la viscosité de la solution ne dépend pas de la contrainte de cisaillement appliquée et constitue une valeur constante sur une large plage de mesures, contrairement aux autres polymères polyélectrolytes. Lorsque l'acidité de la solution change, les fibres d'acide polyacrylique subissent une contraction ou un allongement suite à la conversion de l'énergie chimique en énergie mécanique.
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Solubilité
(C 2 H 3 COOH) n est hautement soluble dans les substances suivantes :
- eau;
- dioxyde de diéthylène;
- alcool méthylique et éthylique;
- l'amide d'acide formique;
- diméthylformamide.
Une solution aqueuse d'acide polyacrylique a un effet polyélectrolytique (capable de dissociation électrolytique), qui augmente linéairement avec l'augmentation du degré de neutralisation.
La substance est insoluble dans des composés tels que :
- monomère d'acide acrylique;
- acétone;
- éthoxyéthane;
- les hydrocarbures.
Avec les solutions cationiques et les tensioactifs, la substance peut former des sels insolubles.
Reçu
La synthèse de l'acide polyacrylique est réalisée par polymérisation du monomère. La réaction se produit en milieu aqueux, auquel est ajouté un agent de réticulation, ou dans des solvants organiques. Le mélange est généralement effectué dans un réacteur équipé d'agitateurs à palettes, et la surface de l'équipement est refroidie à 70 °C avec un réfrigérant liquide. Le produit final est un gel, un polymère hydrophile qui absorbe activement l'humidité.
Une solution aqueuse plus stable de l'acide peut être obtenue par exposition au peroxyde d'hydrogène et par addition d'une petite quantité de para-dihydroxybenzène avec du thioglycolate de sodium utilisé pour ajuster le poids moléculaire. Le produit final de la réaction est utilisé en dentisterie.
Application d'acide polyacrylique
Ce polymère est le plus largement utilisé comme superabsorbant (pour capturer et retenir les liquides) dans les charges pour couches pour enfants et adultes, serviettes hygiéniques, couches jetables et autres produits similaires.
Les autres domaines dans lesquels l'acide polyacrylique est utilisé sont :
- agriculture - matériau pour améliorer les propriétés du sol;
- industrie – stabilisants et floculants pour solutions colloïdales ;
- production de cuir et de textiles - substances permettant de réduire l'électrification lors du tannage du cuir et de la production de fibres ;
- électronique – un composant de connexion dans les batteries lithium-ion ;
- production industrielle - dans les systèmes de refroidissement par eau et de climatisation en tant qu'inhibiteur de dépôts et composant qui maintient l'homogénéité des mélanges (centrales électriques, raffineries d'acier et de pétrole, production d'engrais).
Sur ce sujet: "Une personne n'est pas un poêle" - Pas besoin de compter les calories
Cette substance est également utilisée comme additif dans la production de films, qui améliorent leur capacité à être peints et à adhérer à d'autres matériaux.
Médecine
L'acide et ses sels sont utilisés en médecine aux fins suivantes :
- porteur de substances actives;
- composant de pommades hémostatiques, matériaux tissés et non tissés utilisés pour les brûlures et l'inflammation afin d'accélérer la cicatrisation des plaies ;
- additif liant dans les matériaux d’obturation en dentisterie.
L'avantage de ce matériau est qu'il est biologiquement inerte et qu'il peut être utilisé avec des composés bioactifs (enzymes, antibiotiques, facteurs de croissance et autres).
Polyacrylates
Les sels d'acide polyacrylique sont des polymères d'esters de ce composé. En apparence, ils ressemblent à des paraffines. Ils se caractérisent par les propriétés suivantes :
- résistance aux alcalis et acides dilués, à la lumière et à l’oxygène ;
- la décomposition par des solutions alcalines est observée à des températures de 80 à 100 °C, avec formation d'acide polyacrylique ;
- lorsqu'ils sont chauffés au-dessus de 150 °C, leur destruction thermique se produit, les molécules de polyacrylate sont réticulées, des monomères (environ 1 %) et des produits volatils sont libérés ;
- Les polyacrylates sont hautement solubles dans les monomères, les éthers, les hydrocarbures et l'acétone.
Les sels d'acide polyacrylique sont obtenus par polymérisation en émulsion ou en suspension, et lorsqu'ils sont produits à petite échelle, par polymérisation en bloc.
Utilisation de polyacrylates
Ces composés sont utilisés dans la production des matériaux suivants :
- verre organique;
- divers films;
- fibres synthétiques;
- peintures et vernis (émaux, vernis, résines) ;
- compositions adhésives et imprégnantes (émulsions) pour tissus, papier, cuir, bois.
Les vernis à base de polyacrylates ont des caractéristiques de hautes performances :
- haute adhérence aux surfaces métalliques et poreuses;
- bonnes qualités décoratives ;
- résistance à l'eau, aux rayons ultraviolets, aux influences atmosphériques, aux alcalis ;
- préservation à long terme des propriétés décoratives (brillance et élasticité) - jusqu'à 10 ans.
Ils sont utilisés pour colorer des produits tels que :
- voitures, avions et autres équipements ;
- métal de qualité ;
- matières plastiques;
- produits d'impression;
- produits de l'industrie électrique;
- industrie agroalimentaire (production de canettes).
Le polyacrylate de sodium
Le sel de sodium de l'acide polyacrylique (Polyacrylate de sodium) est très soluble dans l'eau et ne modifie pas sa structure même à une température de 240 °C. Ce composé est utilisé dans la préparation de solutions fraîches ou salines pour réduire leur viscosité. Le polyacrylate de sodium est capable d'émulsionner les microcristaux, les microsables de carbonates, de sulfates et de phosphates.