Кислота метакриловая: состав, свойства, применение
Метакриловая кислота - уникальное вещество, которое широко используется в промышленности. Давайте разберемся, что это за вещество, откуда оно берется и чем так полезно.
История открытия
Впервые метакриловая кислота была синтезирована в 1865 году немецкими учеными Фиттигом и Ребелем. Они получили это вещество при нагревании β-йодпропионовой кислоты с окисью серебра и водой:
CH2=C(CH3)COOH + Ag2O + H2O → CH2=C(CH3)COOH + 2AgI
Название "метакриловая кислота" произошло от слова "метакрилат" - сложного эфира этой кислоты. А сам термин "метакрилат" был введен в 1865 году немецким химиком Августом Вильгельмом Гофманом.
Химический состав и строение
По химическому строению кислота метакриловая относится к альфа,бета-ненасыщенным монокарбоновым кислотам. Ее молекулярная формула - C4H6O2.
Основные физико-химические характеристики:
- Бесцветная вязкая жидкость или легкоплавкое твердое вещество
- Молекулярная масса - 86,06 г/моль
- Температура плавления - 14°C
- Температура кипения - 161°C
- Плотность - 1,015 г/см3
Отличается способностью к самопроизвольной полимеризации с образованием полиметакриловой кислоты. Поэтому ее хранят со стабилизирующими добавками.
Применение в промышленности
Кислота метакриловая широко используется как сырье для производства различных полимерных материалов:
- Органическое стекло
- Полиметакрилаты
- Ионообменные смолы
- Клеи
- Лакокрасочные материалы
- Эмульгаторы
Например, из метилметакрилата, который получают путем этерификации метакриловой кислоты метанолом, производят самый распространенный полимер - оргстекло или плексиглас:
| Мономер | Метилметакрилат CH2=C(CH3)COOCH3 |
| Полимер | Полиметилметакрилат [CH2C(CH3)COOCH3]n |
Таким образом, без метакриловой кислоты невозможно было бы получить этот полезный полимерный материал.
А вот интересный исторический факт. Во время Второй мировой войны из-за нехватки стекла для обтекателей самолетов авиационные конструкторы стали использовать оргстекло. Это позволило решить проблему и создавать обтекатели нужной формы.
Применение в оптике
Благодаря своей прозрачности и устойчивости к ультрафиолетовому излучению, полиметилметакрилат находит широкое применение в производстве оптических изделий.
Из него делают линзы для очков, контактные линзы, оптические фильтры, корпуса биноклей и подзорных труб. ПММА обладает высокой светопропускной способностью в видимом и ближнем ИК-диапазоне, что важно для оптики.
Использование в стоматологии
На основе метакриловых полимеров изготавливают различные стоматологические изделия - коронки, мосты, брекет-системы, пломбировочные материалы.
Главное преимущество этих полимеров - их высокая механическая прочность и стойкость к истиранию. Благодаря этому они могут длительное время находиться в полости рта, испытывая значительные нагрузки.
Метакриловая кислота в косметике
Производные метакриловой кислоты входят в состав многих косметических средств - кремов, лосьонов, гелей для душа.
Чаще всего используются акрилат сополимеры на основе акриловой и метакриловой кислот. Они обладают влагоудерживающими и пленкообразующими свойствами, применяются в качестве загустителей и стабилизаторов.
Применение в медицине
В медицине нашли применение гидрогелевые повязки на основе полимеров метакриловой кислоты. Они отличаются высокой впитывающей способностью, могут поддерживать необходимый уровень влажности раны.
Также эти полимеры используются для изготовления мягких контактных линз. В отличие от жестких, они обеспечивают лучший комфорт и не вызывают раздражения глаз.
Другие области применения
Кроме вышеперечисленного, производные метакриловой кислоты находят применение:
- В производстве клеев и герметиков
- Для синтеза ионообменных смол
- В качестве компонента смазочно-охлаждающих жидкостей
- Для получения акриловых волокон
Этот список можно продолжать очень долго. Метакриловая кислота и полимеры на ее основе - поистине уникальные и универсальные материалы.
Токсичность метакриловой кислоты
Несмотря на широкое применение, сама метакриловая кислота обладает выраженной токсичностью. Попадание ее на кожу или в дыхательные пути вызывает химические ожоги.
При проглатывании возможно поражение пищеварительного тракта, при вдыхании - дыхательной системы. Также метакриловая кислота оказывает раздражающее действие на слизистые оболочки глаз.
Меры безопасности
Чтобы избежать негативных последствий, при работе с метакриловой кислотой необходимо:
- Использовать средства защиты органов дыхания и кожных покровов
- Проводить все операции в вытяжном шкафу
- Избегать розливов и брызг - работать аккуратно
При попадании кислоты на кожу нужно промыть этот участок большим количеством воды, затем нейтрализовать 5% раствором питьевой соды.
Экологические аспекты
Сама по себе метакриловая кислота при попадании в окружающую среду подвергается биоразложению, однако этот процесс может занимать до нескольких недель.
Более серьезную опасность представляют ее полимеры - полиметакрилаты. Их разложение может длиться годами, что приводит к накоплению в почве и водоемах.
Утилизация отходов
Отходы производства метакриловой кислоты и полиметакрилатов требуют ответственной утилизации. Наиболее перспективным представляется метод их термического обезвреживания.
При температуре свыше 900°C метакрилаты полностью разлагаются без образования токсичных продуктов. Этот метод позволяет предотвратить попадание опасных веществ в окружающую среду.