Акриловая кислота: свойства, применение, производство

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:

1. Образования солей, сложных эфиров, амидов
2. Присоединения (галогенирование, гидратация, гидрирование)
3. 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)

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.