Акриловая кислота - удивительное вещество с разнообразными полезными свойствами. От косметики до производства пластмасс - ее возможности применения поистине безграничны. Давайте разберемся, что представляет собой эта уникальная кислота и почему она так ценится в современной промышленности.
Свойства акриловой кислоты
Акриловая кислота представляет собой бесцветную жидкость с резким запахом. Она хорошо растворяется в воде, этаноле, диэтиловом эфире и других растворителях. Физические свойства акриловой кислоты:
- Плотность - 1,051 г/см3
- Температура плавления - 13°C
- Температура кипения - 141°C
Химические свойства акриловой кислоты обусловлены наличием карбоксильной группы и двойной связи. Она вступает в реакции:
- Образования солей, сложных эфиров, амидов
- Присоединения (галогенирование, гидратация, гидрирование)
- Полимеризации с образованием полиакриловой кислоты
Акриловая кислота обладает уникальной способностью к полимеризации, что и определяет ее востребованность в промышленности
Способы получения
В промышленности акриловую кислоту получают путем каталитического окисления пропена воздухом или кислородом:
CH2=CH-CH3 + O2 → CH2=CH-COOH
Реакция проводится при температуре 300-400°C в присутствии оксидных катализаторов на основе молибдена, ванадия, меди и других металлов. Катализатор наносится на инертный носитель - кварц, оксид алюминия, активированный уголь. Процесс окисления пропена до акриловой кислоты протекает с выходом 60-80%.
В лаборатории акриловую кислоту можно получить при взаимодействии ацетилена с оксидом углерода(II) в присутствии катализатора - тетракарбонила никеля:
2C2H2 + 2CO + H2O → 2CH2=CH-COOH
Применение акриловой кислоты
Основная область применения акриловой кислоты - производство полимеров. На ее основе получают такие важные материалы, как:
- Полиакриламид
- Полиакрилонитрил
- Полиакрилаты (оргстекло, клеи)
| Каучуки и латексы | Дисперсии для лакокрасочных материалов |
| Волокна | Гидрогели (подгузники) |
Кроме того, производные акриловой кислоты применяются:
- В косметике - кремы, гели, лосьоны на основе акрилатов
- Для пропитки бумаги и тканей
- В производстве клеев и герметиков
- Для очистки и умягчения воды как флокулянт
Таким образом, области использования акриловой кислоты и ее производных очень разнообразны - от бытовой химии до высокотехнологичных отраслей промышленности.
Получение полимеров на основе акриловой кислоты
Для получения полимеров акриловую кислоту подвергают реакции радикальной или ионной полимеризации. В зависимости от условий можно получить полиакриловую кислоту или ее производные:
- Полиакриламид
- Полиакрилонитрил
- Акриловые сополимеры (с метилакрилатом, бутилакрилатом и др.)
Для инициирования полимеризации используют органические перекиси (пероксид бензоила, пероксидикарбонаты) или неорганические инициаторы (персульфаты, пероксид водорода). Полимеризацию проводят в массе, эмульсии, суспензии или растворе.
- Полиакриламид. Полиакриламид получают полимеризацией акриламида или гидролизом полиакрилонитрила. Он представляет собой водорастворимый нетоксичный полимер, который находит широкое применение как флокулянт для очистки воды и в буровых растворах.
- Полиакрилонитрил. Полиакрилонитрил (PAN) является ценным полимерным волокнообразующим материалом. Его получают радикальной полимеризацией акрилонитрила в растворе или суспензии. PAN-волокна отличаются высокой прочностью, термостойкостью и морозоустойчивостью.
Применение полиакрилатов
Производные полиакриловой кислоты - акрилаты - широко используются как самостоятельные полимеры или входят в состав сополимеров. Рассмотрим некоторые важнейшие области их применения:
- Клеи и герметики. Благодаря хорошей адгезии к различным материалам полиакрилаты применяются в производстве клеев и герметиков. Их используют для склеивания стекла, металлов, керамики, бетона, древесины.
- Дисперсии для лакокрасочных материалов. Водные дисперсии на основе акриловых полимеров позволяют получать экологичные и долговечные лакокрасочные материалы - краски, эмали, грунтовки.
Перспективы применения
Учитывая уникальные свойства акриловой кислоты и полиакрилатов, ведутся работы по расширению областей их применения, в том числе:
- Создание новых биоразлагаемых полимерных материалов
- Применение в 3D-печати в качестве фотополимеризаторного материала
- Использование в сельском хозяйстве для улучшения свойств почвы и регулирования роста растений
Разрабатываются также более экологичные и экономичные способы производства акриловой кислоты из возобновляемых источников сырья - биомассы растительного или животного происхождения.
