Статья 19
Диоксид кремния для сельского хозяйстваДиоксид кремния способствует увеличению количество подвижных фосфатов в различных грунтах. Поэтому он применяется фермерами при предпосевной обработке почвы и семян, а также при…
Статья 53
Диоксид кремния— синтетическое вещество, полученное путем нагревания кремния до +500 С. Представляет собой бесцветные твердые кристаллы. Используется в…
Статья 59Битум 100/130 — смесь углеводородов со специальными добавками, выпускаемая по лицензированной технологии «Битурокс» в соответствии с ГОСТ 22245-90. Материал широко используется в…
Статья 121
Битум дорожный БНД 60/90 – это качественный продукт переработки нефти, содержащий в своем химическом составе высокомолекулярные углеводороды и их производные (неметаллические),…
Статья 103
Дизельное топливо Евро-5 Дизельное топливо Евро-5 считается безопасным и универсальным нефтяным продуктом высокой очистки, который идеально подходит для отечественных и иностранных автомобилей. При этом год…Статья 291
Хлопковая целлюлозаХлопковая целлюлоза – это очищенный и тщательно переработанный волокнистый материал рыхлой консистенции. Он содержит высокую концентрацию альфа-целлюлозы, имеет белый цвет и…
Статья 227
Сульфированный асфальтСульфированный асфальт – высокоэффективный ингибитор глин на основе альфатенов. Представляет собой порошок черного цвета, используемый в качестве эмульгатора, лубриканта,…
Статья 291
Полианионная целлюлозаПолианионная целлюлоза – вид солей натрия карбоксиметилцеллюлозы с отличной степенью замещения. Внешне напоминает порошкообразное вещество без запаха и вкуса, которое хорошо…
Статья 293
Полиакрилат натрияПолиакрилат натрия – нетоксичное химическое вещество, растворяемое в воде и щелочных растворах без осадка. Состоит из цепей акрилатных соединений, обладающим положительным анионным…
Под названием «полиакриламид» обычно объединяется группа полимеров и сополимеров на основе акриламида и его производных. Полиакриламид относится к числу доступных и сравнительно недорогих водорастворимых полимеров с уникальным комплексом прикладных свойств. Сегодня трудно найти какую-либо область техники и технологии, где не применялись бы полиакриламидные реагенты. В частности, они являются высокоэффективными флокулянтами при извлечении и обогащении полезных ископаемых, при очистке питьевой и промышленных сточных вод. Они нашли широкое применение в качестве загустителей буровых растворов, дегидратан-тов, агентов снижающих гидравлическое сопротивление жидкостей в нефте- и газодобывающей промышленности, в качестве структурообразователей почв в сельском хозяйстве и дорожном строительстве. Как пленкообразователи, они используются в производстве минеральных удобрений и лекарственных аппаратов пролонгированного действия, при создании фоторезисторных композиций и микросхем в радиоэлектронной промышленности. Приведенные примеры являются далеко не полным перечнем областей применения полиакриламида. Промышленное производство, полиакриламида, началось в начале 50-х годов, и в течение последних лет интенсивно развивалось на качественном и количественном уровнях. Мировое производство полиакриламидных реагентов в настоящее время продолжает неуклонно возрастать, однако темпы роста далеко не достаточны для удовлетворения растущих потребностей в нем (ежегодная потребность в полиакриламидных реагентах возрастает более чем на 6%). Полиакриламидные реагенты выпускаются в виде растворов, дисперсий, гранул или порошка с широким диапазоном свойств в зависимости от назначения могут получаться растворимыми, ограниченно набухающими каучукоподобными гелями и нерастворимыми. В настоящее время мировое производство полиакриламидных реагентов превышает 200 тыс. т/год.
1 Краткая характеристика основного исходного соединения
Акриламид (2–пропенамид) СН2=СН-С(О)NН2 молекулярная масса составляет 71,08. Это бесцветные кристаллы с температурой плавления 84,5°С и температурой кипения 215°С. Плотность составляет1,122 г/мл при 30°С. Растворимость при 30°С (в г/100мл растворителя) составляет: 215,5 в воде, 155 в метаноле, 63,1 в ацетоне, 0,346 в бензоле. Группа С(О)NН2 вступает в реакции характерные для алифатических амидов карбоновых кислот. При взаимодействии с водным раствором формальдегида в присутствии оснований (рН 7-9) превращается в неустойчивый N- метилолакриламид СН2=СНС(О)NНСН2ОН а в присутствии кислотных катализаторов и в избытке акриламида в N,N’-метилен-бис-акриламид (CH 2=CHCONH)2CH2. По двойной связи акриламид легко присоединяет первичные и вторичные алифатические амины, NH3, спирты, меркаптаны, H2S, кетоны и др. С диеновыми углеводородами вступает в диеновый синтез. Электрохимческой гидродимеризацией превращается в адиподиамид. Полимеризуется с образованием полиакриламида и сополимеризуется с акриловыми мономерами, стиролом, винилиденхлоридом. В присутвии сильных оснований в апротонных растворителях образует, поли-β-аланин СН
Акриламид пожароопасен; токсичен. Поражает нервную систему, а также печень и почки; легко проникает через неповрежденную кожу; раздражает слизистые оболочки глаз
2 Общие сведения о синтезе полиакриламида.
Основным методом синтеза полимеров на основе акриламида и других ненасыщенных амидов является радикальная полимеризация, которую можно проводить всеми известными способами.В растворе, это процессы полимеризации в растворителях, в которых растворимы и мономер, и полимер. Для полиакриламида число таких растворителей невелико; вода, уксусная и муравьиная кислоты.
Эмульсии, это полимеризации в обратных эмульсиях водный раствор гидрофильного мономера диспергируется (до размера частиц 1 — 10 мкм) в гидрофобной органической фазе (ароматические, алифатические и галогенсодержашие углеводороды) в присутствии эмульгаторов эмульсий типа «вода в масле». Процесс инициируете» маслорастворимым или водорастворимым инициатором. Процесс полимеризации в обратных эмульсиях мало изучен отсутствует количественная теория полимеризации.
Суспензии. Исходную систему получают диспергированием водного раствора мономера в виде мелких капель с диаметром 0,1 — 5 мм в органической жидкости при механическом перемешивании в присутствии стабилизаторов (защитных коллоидов). В качестве дисперсионной среды могут использоваться ароматические и алифатические насыщенные углеводороды. Инициирование полимеризации обеспечивается применением различных водорастворимых инициаторов, УФ- и γ –облучения.
Каждый из способов имеет свои особенности, обусловливающие свойства полимеров и технико-экономические показатели производства
3 Полимеризация в растворе
Среди способов синтеза полимеров на основе акриламида важное место занимает полимеризация в водных растворах. Основными факторами, определяющими распространенность этого способа полимеризации, являются высокие скорости образования полимера и возможность получения в этих условиях полимера с высокой молекулярной массой. Предполагается, что причиной специфического влияния воды на полимеризацию акриламида является протонирование радикала, приводящее к локализации неспаренного электрона, в результате чего повышается реакционная способность макрорадикалавыражающаяся в высоких значениях константы скорости роста цепи. Взаимное отталкивание одноименно заряженных радикалов ответственно за ограничение константы скорости бимолекулярного обрыва цепи. В непротонированном радикале, существующем при полимеризации в неводных растворителях, сопряжение неспаренного электрона с пи-электронами группы С=О приводит к стабилизации радикала и уменьшению его активности. Кроме того, высокая реакционная способность акриламида в водных растворах может быть связана с подавлением автоассоциации молекул этого мономера ввиду образования ими водородных связей с молекулами воды.
К другим причинам широкого распространения полимеризации в воде следует отнести сокращение энергетических затрат на выделение исходного мономера в кристаллическом виде, которое к тому же связано с вероятностью его спонтанной полимеризации, и на регенерацию органических растворителей, снижение загрязнения окружающей среды, а также исключение стадии растворения полимерных реагентов, использующихся, как правило, в виде водных растворов.
4 Инициирование
Полимеризация акриламида, может инициироваться активирующим действием на мономер различных видов радиации, света видимой и ультрафиолетовой областей спектра, ультразвука, электрического тока, а также при помощи веществ, легко распадающихся на радикалы в условиях полимеризации. Кроме того, часто используются комбинированные способы инициирования, заключающиеся в сочетании физического воздействия и вещественных инициаторов.
С целью получения полностью растворимого полимера в водные растворы акриламида, подвергаемые радиационному облучению, так же как и при полимеризации в двухфазных системах, вводят спирты, в частности метанол, значительные количества (10-20%) нейтральных солей (КС1, KF, Na2SO4), аммиак, гидроксиды щелочных металлов, амины, аминокислоты и их соли.
Фотоинициирование полимеризации акриламида протекает в основном в присутствии сенсибилизаторов, которые, переходя при облучении светом УФ- и видимой областей спектра в возбужденное состояние, способны генерировать свободные радикалы. В качестве сенсибилизаторов используется пероксид бензоила, алкиловых эфиров, надбензойной кислоты и других соединений. В присутствии солей трехвалентного железа инициирующие полимеризацию радикалы НО• — возникают в результате разложения под действием света гидратированного иона железа.
При полимеризации акриламида в воде под действием ультразвука инициирующие реакцию гидроксильные радикалы образуются в результате частичного распада молекул воды. На начальных стадиях полимеризации получается полимер с максимальной степенью полимеризации, который затем, по-видимому, подвергается окислительной деструкции вследствие появления в растворе пероксида водорода.
Наибольшее распространение среди возможных способов инициирования полимеризации акриламида получило инициирование окислительно-восстановительными системами, использование которых позволяет проводить синтез при значительно более низких температурах и не требует применения сложного аппаратурного оформление.
К настоящему времени предложено огромное число окислительно-восстановительных систем. Наиболее широко применяемые из них состоят из соединений пероксидного типа, броматов, хлоратов, перманганатов в качестве окислителя, и соединений двух- и четырехвалентной серы в качестве восстановителей.
Многочисленны системы, содержащие в своем составе соли металлов переменной валентности, способные в зависимости от степени окисления выступать как в роли окислителя, так и восстановителя. Особенно часто для инициирования полимеризации используются соли железа (II). Соли железа (II) являются восстановителем в редокс системах с персульфатами. Хлорид железа (II) совместно с оксазираном способен инициировать полимеризацию акриламида в водно-спиртовом растворе при температурах — 30 ÷ + 40 °С.
Ионы железа (III) используются в качестве окислителей, например, в системе, содержащей органическую кислоту и метабисульфит натрия.
5 Кинетические особенности полимеризации в воде, водно-органических и органических средах
Скорость полимеризации акриламида определяется температурой, рН среды, природой используемого растворителя, наличием в системе комплексообразователей, Поверхностно-активных веществ, агентов передачи цепи и др.
Влияние температуры. Зависимость скорости полимеризации от температуры характеризуется энергией активации элементарных стадий процесса. Для полимеризации, описываемой классическим кинетическим уравнением, суммарная энергия активации Еа равна Ер+1/2(Еи — Ео). При фото- и радиационном инициировании энергия активации стадии инициирования практически равна нулю и Еа = Ер — 1/2 Ео. Значения энергии активации роста и обрыва цепи при полимеризации акриламида в воде составляют 11- 12 кДж/моль, а суммарная энергия активации процесса при фото- и радиационном инициировании равна 5,5- 6,0 кДж/моль, откуда следует, что влияние температуры на скорость полимеризации очень мало. При вещественном инициировании полимеризации энергия активации полимеризации при использовании гомолитически разлагающихся инициаторов значительно больше — 60 — 80 кДж/моль, а при окислительно-восстановительном инициировании — 20- 40 кДж/моль.
Влияние рН среды. Влияние рН среды на скорость полимеризации может быть обусловлено изменением скорости вещественного инициирования при различной концентрации ионов водорода в растворе. Изменение рН ведет к изменению скорости инициирования, а следовательно, и скорости полимеризации мономеров, инициируемой пероксидом водорода, периодатом натрия и различными окислительно-восстановительными системами.
С другой стороны, при полимеризации акриламида в растворах с различными рН в значительной степени изменяются и скорости протекания элементарных реакций роста и обрыва цепи.
Из данных табл. 1 можно заключить, что повышение кислотности среды интенсифицирует как реакции роста, так и реакции обрыва цепи. Соотношение же констант Кp/Ко0,5 в зависимости от величины рН меняется незначительно, что определяет практически постоянную скорость процесса в средах с разным рН при условии независимости скорости инициирования от этого параметра.
Таблица 1
t◦ C | рН | Кp л/(моль·с) | Ко л/(моль·с) | Кp/Ко0,5 л0,5/(моль·с)0,5 |
25 | 0,1 | 1,8 | 14,5 | 4,2 |
25 | 1,0 | 1,7±0,3 | 16,3±0,7 | 4,3±0,2 |
25 | 5,5 | 0,6±0,1 | 3,3±0,6 | 3,3±0,3 |
25 | 13,0 | 0,4±0,1 | 1,0±0,2 | 4,0±0,5 |
19 | — | 0,82±0,42 | 5,51±0,39 | 3,5 |
30 | 7 | 7,9±0,5 | 660±40 | 3,3 |
5 | 13 | 3,2 | 150 | 2,6 |
Влияние природы растворителя.
Частичная или полная замена воды на органический растворитель приводит, как правило, к замедлению полимеризации и снижению молекулярной массы полимеров. Эта тенденция проявляется в той большей степени, чем меньшей способностью растворять аккриламид и образовывать с ним водородные связи обладает растворитель.При исследовании полимеризации акриламида в воде, метаноле и водно-метанольных смесях показано, что скорость гомогенной полимеризации в смеси вода-метанол (8,5:1,5) несколько ниже, чем в воде. Дальнейшее увеличение доли метанола в смеси (3:7 и 1:4) приводит к смещению реакции в гетерогенную область и к существенному ее замедлению, одновременно наблюдается снижение молекулярной массы полимера, что объяснено протеканием в системе реакции передачи цепи на метанол.
6 Суспензионная полимеризация
Исходную систему получают диспергированием водного раствора мономера в виде мелких капель с диаметром 0,1 — 5 мм в органической жидкости при механическом перемешивании в присутствии стабилизаторов (защитных коллоидов). В качестве дисперсионной среды могут использоваться ароматические и алифатические насыщенные углеводороды, а также смеси углеводородов. Инициирование полимеризации обеспечивается применением различных водорастворимых инициаторов, УФ- и γ -облучения. Процесс полимеризации протекает в микрореакторах, которыми являются капли водного раствора мономера, и имеет в кинетическом отношении некоторое сходство с полимеризацией в массе, однако при этом проявляется влияние защитных коллоидов на процесс.
7 Эмульсионная полимеризация
При полимеризации в обратных эмульсиях водный раствор гидрофильного мономера диспергируется (до размера частиц 1-10 мкм) в гидрофобной органической фазе (ароматические, алифатические и галогенсодержашие углеводороды) в присутствии эмульгаторов эмульсий типа «вода в масле». Процесс инициируется маслорастворимым или водорастворимым инициатором. Важным преимуществом получения полимеров в обратных эмульсиях является возможность использования концентрированных растворов мономеров при условии облегченного теплоотвода с проведением процесса в маловязких средах. Кроме того, полимеризация может протекать с большими скоростями и с образованием высокомолекулярного водорастворимого полимера. В результате полимеризации получается коллоидная дисперсия частиц гидрофильного полимера в непрерывной органической фазе. Этот латекс характеризуется широким распределением частиц по размеру и стабилен в течение нескольких часов или дней. Латекс может быть использован непосредственно как готовый продукт, либо полимер получают в сухом виде после азеотропной дистилляции, удаления растворителя и сушки. По сравнению с полимерами в сухом виде в некоторых случаях применение латексов более предпочтительно, поскольку они имеют малую вязкость, характеризуются легкостью хранения и растворения при добавлении избытка воды.
9 Применение полиакриламида
Полиакриламид обладает уникальным комплексом полезных свойств и широко используются в различных областях техники и технологии. Различные области применения и назначения полимера показаны в табл. 2. Приведенные данные свидетельствуют о многофункциональном применении полиакриламида, которые не ограничиваются приведенными примерами.Эффективность применения полиакриламида определяется его характеристиками. Основное применение — очистка природных и сточных вод и обезвоживание осадков в целлюлозно-бумажной промышленности водообработка, флокуляция хвостов флотации руд. Обогащение и регенерация полезных ископаемых и нефти, обработка бумаги и шлихтование текстильных материалов это создание на поверхности эластичной и прочной плёнки с высокой водопоглощающей способностью, которая закрепляет выступающие волокна на стволе нити и улучшает процесс ткачества и свойства нити.
Таблица 2.
Полиакриламид относится к числу доступных и сравнительно недорогих водорастворимых полимеров с уникальным комплексом прикладных свойств. Среди способов синтеза полимеров на основе акриламида важное место занимает полимеризация в водных растворах. Основными факторами, определяющими распространенность этого способа полимеризации, являются высокие скорости образования полимера и возможность получения в этих условиях полимера с высокой молекулярной массой. Также полимеризацию можно проводить в суспензии и в эмульсии, однако эти методы плохо изучены.
Полиакрилмид по флокулируюшим свойствам превосходит все известные препараты этого типа, он является основным полимером в качестве флокулянта в цветной металлургии, горнодобывающей и химической промышленности. Также его используют в качестве пропитки бумаги с целью увеличения его прочности. При сополимеризации чистого акриламида с метилендиакриламидом его используют в нефтяной промышленности, для закрепления нефтяных скважин.
Полимеры акриамида нашли широкое применение в различных областях промышленности и сельского хозяйства, однако потенциальные возможности этих полимеров раскрыты и проанализированы далеко не в полной мере что даёт тенденции для изучения материалов на основе акриламида.
Полиакриламид — Википедия
Полиакриламид (сокр. ПАА) — общее название группы полимеров и сополимеров на основе акриламида и его производных.
Элементарное звено макромолекулы полиакриламидаПо правилам ИЮПАК основное название — поли(2-пропенамид) или поли(1-карбамоилэтилен), общая формула — (-CH2CHCONH2-)n.
Получение и химические свойства
Синтез
Основным методом синтеза полимеров на основе акриламида (АА) и других ненасыщенных амидов является радикальная полимеризация, которую можно проводить всеми известными способами: в массе кристаллических и расплавленных мономеров, в растворе, эмульсии и суспензии. Каждый из способов имеет свои особенности, обусловливающие свойства полимеров и технико-экономические показатели производства. Ниже рассмотрены закономерности и технологические аспекты гомополимеризации АА и других ненасыщенных амидов при различных способах синтеза. Кроме того, в эту главу включены разделы, касающиеся специфики полимеризации АА с другими мономерами и прививки АА к различным полимерам.
Гомогенная полимеризация
К гомогенной полимеризации относятся процессы полимеризации в растворителях, в которых растворимы и мономер, и полимер. Для полиакриламида (ПАА) число таких растворителей невелико: вода, формамид, уксусная и муравьиная кислоты, диметилсульфоксид (ДМСО), а также некоторые водно-органические смеси. Кроме того, ПАА ограниченно растворяется в диметилформамиде (ДМФА), этиленгликоле и глицерине. Полиметакриламид (ПМАА) значительно хуже растворим, чем ПАА. Полимеры N,N-диметил- и N,N-диэтилакриламида растворимы в воде и нерастворимы в углеводородах. Поли-N,N-диэтилакрил-амид растворим в ацетоне. Полимеры с более длинным алкильным заместителем у атома азота хуже растворяются в воде, но более растворимы в органических растворителях. Поли-N-метил- и поли-N-н-бу-тилметакриламид хорошо растворяются в ДМФА, полимер N-(2-этил-гексил)-метакриламида- в толуоле. Полимеры акрил- и метакрилмо-чевин растворимы в концентрированных растворах хлороводородной кислоты.
N-Замещенные акриламиды, как правило, полимеризуются значительно быстрее соответствующих метакриламидных производных. Акриламиды с объемными, например антрахиноновыми, заместителями не вступают в гомополимеризацию.
Среди способов синтеза полимеров на основе АА важное место занимает полимеризация в водных растворах. Основными факторами, определяющими распространенность этого способа полимеризации, являются высокие скорости образования полимера и возможность получения в этих условиях полимера с высокой молекулярной массой. Предполагается, что причиной специфического влияния воды на полимеризацию АА является протонирование радикала, приводящее к локализации неспаренного электрона, в результате чего повышается реакционная способность макрорадикала, выражающаяся в высоких значениях константы скорости роста цепи. Взаимное отталкивание одноименно заряженных радикалов ответственно за ограничение константы скорости бимолекулярного обрыва цепи. В непротонированном радикале, существующем при полимеризации в неводных растворителях, сопряжение неспаренного электрона с -электронами группы С=О приводит к стабилизации радикала и уменьшению его активности. Кроме того, высокая реакционная способность АА в водных растворах может быть связана с подавлением автоассоциации молекул этого мономера ввиду образования ими водородных связей с молекулами воды. В неполярных же растворителях, неспособных образовывать такие связи с АА, мономер находится преимущественно в ассоциированном состоянии в виде циклических димера, тримера и линейных многомолекулярных ассоциатов. С этим предположением согласуются и данные, полученные при полимеризации N-замещенных акрил- и метакриламидов. Так, N-o-метокси- и N-o-этоксифенилметакриламиды полимеризуются в массе значительно быстрее, чем их м- и n-изомеры, поскольку у первых ассоциация молекул отсутствует, а молекулы вторых ассоциированы посредством водородных связей. В свою очередь, диметил-гидразиды акриловая кислота (АК) и метакриловая кислота (МАК), в отличие от их гидрохлоридов, не полимеризуются в массе, поскольку молекулы этих мономеров сильно ассоциированы. В водных же растворах в полимеры превращаются как соли, так и свободные основания.
В связи с вышеизложенным АА имеет довольно высокое значение соотношения констант kp/k00,5 (по данным разных авторов для интервала температур 30-60 °C оно составляет 3,2-4,4), что наряду с малыми величинами констант передачи цепи на мономер и воду обусловливает возможность получения в водных растворах ПАА со скоростью и молекулярной массой (ММ), недостижимыми при полимеризации в органических растворителях. К другим причинам широкого распространения полимеризации в воде следует отнести сокращение энергетических затрат на выделение исходного мономера в кристаллическом виде, которое к тому же связано с вероятностью его спонтанной полимеризации, и на регенерацию органических растворителей, снижение загрязнения окружающей среды, а также исключение стадии растворения полимерных реагентов, использующихся, как правило, в виде водных растворов.
Промышленное производство
Широкое производство полиакриламида началось в начале 1950-х годов. Устойчивый рост был обеспечен уникальными свойствами полиэлектролита, обеспечившими ему возможность широкого применения в качестве гелеобразователя, плёнкообразователя, флокулянта и коагулянта.
Применение
Основное применение полиакриламид находит в качестве недорогого водорастворимого полимера со свойствами полиэлектролита. Ниже приведены основные сферы применения ПАА:
- Очистка воды. ПАА — хороший и недорогой коагулянт и флокулянт для очистки питьевой воды, технологических сточных вод.
- Получение гелей для химического анализа сложных биологических систем.
- В производстве минеральных удобрений
- В молекулярной биологии ПАА используется в качестве поддерживающей среды для проведения гель-электрофореза белков и нуклеиновых кислот (т. н. ПААГ-электрофорез)[1][2]
- Использование в нефтяной промышленности для заводнения пластов и проведения ремонтно-изоляционных работ в скважине
- Полиакриламид используют в буровых растворах при нефтедобыче как регулятор водоотдачи и ингибитор реакции набухания глины.
Ссылки
Полиакриламид — это… Что такое Полиакриламид?
Полиакриламид (сокр. ПАА) — общее название группы полимеров и сополимеров на основе акриламида и его производных.
Элементарное звено макромолекулы полиакриламидаПо правилам ИЮПАК основное название поли(2-пропенамид) или поли(1-карбамоилэтилен), общая формула (-CH2CHCONH2-)n.
Получение и химические свойства
Синтез
Основным методом синтеза полимеров на основе акриламида (АА) и других ненасыщенных амидов является радикальная полимеризация, которую можно проводить всеми известными способами: в массе кристаллических и расплавленных мономеров, в растворе, эмульсии и суспензии. Каждый из способов имеет свои особенности, обусловливающие свойства полимеров и технико-экономические показатели производства. Ниже рассмотрены закономерности и технологические аспекты гомополимеризации АА и других ненасыщенных амидов при различных способах синтеза. Кроме того, в эту главу включены разделы, касающиеся специфики полимеризации АА с другими мономерами и прививки АА к различным полимерам.
Гомогенная полимеризация
К гомогенной полимеризации относятся процессы полимеризации в растворителях, в которых растворимы и мономер, и полимер. Для полиакриамида (ПАА) число таких растворителей невелико: вода, формамид, уксусная и муравьиная кислоты, диметилсульфоксид (ДМСО), а также некоторые водно-органические смеси. Кроме того, ПАА ограниченно растворяется в диметилформамиде (ДМФА), этиленгликоле и глицерине. Полиметакриламид (ПМАА) значительно хуже растворим, чем ПАА. Полимеры N,N-диметил- и N,N-диэтилакриламида растворимы в воде и нерастворимы в углеводородах. Поли-N,N-диэтилакрил-амид растворим в ацетоне. Полимеры с более длинным алкильным заместителем у атома азота хуже растворяются в воде, но более растворимы в органических растворителях. Поли-N-метил- и поли-N-н-бу-тилметакриламид хорошо растворяются в ДМФА, полимер N-(2-этил-гексил)-метакриламида- в толуоле. Полимеры акрил- и метакрилмо-чевин растворимы в концентрированных растворах хлороводородной кислоты. N-Замещенные акриламиды, как правило, полимеризуются значительно быстрее соответствующих метакриламидных производных. Акриламиды с объемными, например антрахиноновыми, заместителями не вступают в гомополимеризацию. В данном разделе обобщены сведения, относящиеся к синтезу полимеров на основе АА и замещенных амидов в гомогенных условиях при различных способах инициирования, влиянию среды на кинетические параметры полимеризации, вопросам передачи цепи на компоненты реакционной смеси, протеканию в системе побочных реакций, влиянию различного рода добавок, комплексообразователей и ПАВ на полимеризацию и свойства образующихся полимеров. Среди способов синтеза полимеров на основе АА важное место занимает полимеризация в водных растворах. Основными факторами, определяющими распространенность этого способа полимеризации, являются высокие скорости образования полимера и возможность получения в этих условиях полимера с высокой молекулярной массой. Предполагается, что причиной специфического влияния воды на полимеризацию АА является протонирование радикала, приводящее к локализации неспаренного электрона, в результате чего повышается реакционная способность макрорадикала, выражающаяся в высоких значениях константы скорости роста цепи. Взаимное отталкивание одноименно заряженных радикалов ответственно за ограничение константы скорости бимолекулярного обрыва цепи. В непротонированном радикале, существующем при полимеризации в неводных растворителях, сопряжение неспаренного электрона с -электронами группы С=О приводит к стабилизации радикала и уменьшению его активности. Кроме того, высокая реакционная способность АА в водных растворах может быть связана с подавлением автоассоциации молекул этого мономера ввиду образования ими водородных связей с молекулами воды. В неполярных же растворителях, неспособных образовывать такие связи с АА, мономер находится преимущественно в ассоциированном состоянии в виде циклических димера, тримера и линейных многомолекулярных ассоциатов. С этим предположением согласуются и данные, полученные при полимеризации N-замещенных акрил- и метакриламидов. Так, N-o-метокси- и N-o-этоксифенилметакриламиды полимеризуются в массе значительно быстрее, чем их м- и n-изомеры, поскольку у первых ассоциация молекул отсутствует, а молекулы вторых ассоциированы посредством водородных связей. В свою очередь, диметил-гидразиды акриловая кислота (АК) и метакриловая кислота (МАК), в отличие от их гидрохлоридов, не полимеризуются в массе, поскольку молекулы этих мономеров сильно ассоциированы. В водных же растворах в полимеры превращаются как соли, так и свободные основания. В связи с вышеизложенным АА имеет довольно высокое значение соотношения констант kp/k00,5 (по данным разных авторов для интервала температур 30-60 °C оно составляет 3,2-4,4), что наряду с малыми величинами констант передачи цепи на мономер и воду обусловливает возможность получения в водных растворах ПАА со скоростью и молекулярной массой (ММ), недостижимыми при полимеризации в органических растворителях. К другим причинам широкого распространения полимеризации в воде следует отнести сокращение энергетических затрат на выделение исходного мономера в кристаллическом виде, которое к тому же связано с вероятностью его спонтанной полимеризации, и на регенерацию органических растворителей, снижение загрязнения окружающей среды, а также исключение стадии растворения полимерных реагентов, использующихся, как правило, в виде водных растворов.
Промышленное производство
Широкое производство полиакриламида началось в начале 50-х годов. Устойчивый рост был обеспечен уникальными свойствами полиэлектролита, обеспечившими ему возможность широкого применения в качестве гелеобразователя, плёнкообразователя, флокулянта и коагулянта.
Применение
Основное применение полиакриламид находит в качестве недорогого водорастворимого полимера со свойствами полиэлектролита. Ниже приведены основные сферы применения ПАА:
- Очистка воды. ПАА — хороший и недорогой коагулянт и флокулянт для очистки питьевой воды, технологических сточных вод.
- Получение гелей для химического анализа сложных биологических систем.
- В производстве минеральных удобрений
- В молекулярной биологии ПАА используется в качестве поддерживающей среды для проведения гель-электрофореза белков и нуклеиновых кислот (т. н. ПААГ-электрофорез)[1][2]
- Использование в нефтяной промышленности для заводнения пластов и проведения ремонтно-изоляционных работ в скважине
- Полиакриламид используют в буровых растворах при нефтедобыче как регулятор водоотдачи и ингибитор реакции набухания глины.
Ссылки
Полиакриламид — что это такое и где применяется
Дата публикации: 03.12.2018 19:10
Полиакриламид (межд. Polyacrylamide) — смесь полимеров на основе акриламида и его аналогов. Вещество применяется в качестве гелеобразователя в системах очистки технических и сточных вод. Использование ППА — эффективный и недорогой способ очистки воды, используемый промышленными и перерабатывающими предприятиями, а также в сфере энергетики, нефте- и газодобычи, в коммунальном, сельском хозяйстве.
Принцип действия
На основе полиакриламида получают флокулянт, который используется в виде водного раствора с рН 5-10. Принцип действия флокулянта основывается на абсорбционных свойствах молекул. Частицы имеют вытянутую форму, благодаря чему площадь абсорбции быстро увеличивается. В результате образуются крупные хлопья, связывающие загрязнения. Полиакриламид не имеет цвета, вкуса или запаха, относится к нетоксичным веществам и разрешен к использованию на всей территории России. Процесс водоочистки с использованием ППА регламентируется ГОСТ 19355-85.
Производство и применение полиакриламида
Массовое производство ППА началось в 1956 г. Основной метод — радикальная полимеризация в массе кристаллических мономеров, растворов, эмульсий. Вещество применяется в следующих отраслях промышленности:
- горнохимической;
- фармацевтической;
- пищевой и алкогольной;
- металлургической;
- нефтеперерабатывающей;
- текстильной;
- целлюлозно-бумажной и пр.
В мире насчитывается 15 стран, производящих полиакриламид. Крупнейшие химические производства расположены в США, Германии, Нидерландах, Франции, Японии и Италии. Остальные страны вынуждены импортировать ППА для собственной промышленности. В России также налажены выпуск и продажа полиакриламида. В Саратове завод полиакриламида и флокулянтов успешно работает с 2008 г. Производство ППА сопряжено с использованием высокотоксичных продуктов, поэтому обязательно оснащается системами очистки и контроля выбросов. Предприятия должны приобретать полиакриламид и его производные только при наличии сертификатов, подтверждающих качество и безопасность.
Интересные статьи
Статья 19
Диоксид кремния для сельского хозяйстваДиоксид кремния способствует увеличению количество подвижных фосфатов в различных грунтах. Поэтому он применяется фермерами при предпосевной обработке почвы и семян, а также при…
Статья 53
Диоксид кремния— синтетическое вещество, полученное путем нагревания кремния до +500 С. Представляет собой бесцветные твердые кристаллы. Используется в…
Статья 59
Битум 100/130 — смесь углеводородов со специальными добавками, выпускаемая по лицензированной технологии «Битурокс» в соответствии с ГОСТ 22245-90. Материал широко используется в…
Статья 121
Битум дорожный БНД 60/90Битум дорожный БНД 60/90 – это качественный продукт переработки нефти, содержащий в своем химическом составе высокомолекулярные углеводороды и их производные (неметаллические),…
Статья 103
Дизельное топливо Евро-5Дизельное топливо Евро-5 считается безопасным и универсальным нефтяным продуктом высокой очистки, который идеально подходит для отечественных и иностранных автомобилей. При этом год…
Статья 291
Хлопковая целлюлозаХлопковая целлюлоза – это очищенный и тщательно переработанный волокнистый материал рыхлой консистенции. Он содержит высокую концентрацию альфа-целлюлозы, имеет белый цвет и…
Статья 227
Сульфированный асфальтСульфированный асфальт – высокоэффективный ингибитор глин на основе альфатенов. Представляет собой порошок черного цвета, используемый в качестве эмульгатора, лубриканта,…
Статья 291
Полианионная целлюлозаПолианионная целлюлоза – вид солей натрия карбоксиметилцеллюлозы с отличной степенью замещения. Внешне напоминает порошкообразное вещество без запаха и вкуса, которое хорошо…
Статья 293
Полиакрилат натрияПолиакрилат натрия – нетоксичное химическое вещество, растворяемое в воде и щелочных растворах без осадка. Состоит из цепей акрилатных соединений, обладающим положительным анионным…
Полиакриламид (сокр. ПАА) — общее название группы полимеров и сополимеров на основе акриламида и его производных.
Элементарное звено макромолекулы полиакриламидаПо правилам ИЮПАК основное название — поли(2-пропенамид) или поли(1-карбамоилэтилен), общая формула — (-CH2CHCONH2-)n.
Получение и химические свойства
Синтез
Основным методом синтеза полимеров на основе акриламида (АА) и других ненасыщенных амидов является радикальная полимеризация, которую можно проводить всеми известными способами: в массе кристаллических и расплавленных мономеров, в растворе, эмульсии и суспензии. Каждый из способов имеет свои особенности, обусловливающие свойства полимеров и технико-экономические показатели производства. Ниже рассмотрены закономерности и технологические аспекты гомополимеризации АА и других ненасыщенных амидов при различных способах синтеза. Кроме того, в эту главу включены разделы, касающиеся специфики полимеризации АА с другими мономерами и прививки АА к различным полимерам.
Гомогенная полимеризация
К гомогенной полимеризации относятся процессы полимеризации в растворителях, в которых растворимы и мономер, и полимер. Для полиакриламида (ПАА) число таких растворителей невелико: вода, формамид, уксусная и муравьиная кислоты, диметилсульфоксид (ДМСО), а также некоторые водно-органические смеси. Кроме того, ПАА ограниченно растворяется в диметилформамиде (ДМФА), этиленгликоле и глицерине. Полиметакриламид (ПМАА) значительно хуже растворим, чем ПАА. Полимеры N,N-диметил- и N,N-диэтилакриламида растворимы в воде и нерастворимы в углеводородах. Поли-N,N-диэтилакрил-амид растворим в ацетоне. Полимеры с более длинным алкильным заместителем у атома азота хуже растворяются в воде, но более растворимы в органических растворителях. Поли-N-метил- и поли-N-н-бу-тилметакриламид хорошо растворяются в ДМФА, полимер N-(2-этил-гексил)-метакриламида- в толуоле. Полимеры акрил- и метакрилмо-чевин растворимы в концентрированных растворах хлороводородной кислоты.
N-Замещенные акриламиды, как правило, полимеризуются значительно быстрее соответствующих метакриламидных производных. Акриламиды с объемными, например антрахиноновыми, заместителями не вступают в гомополимеризацию.
Среди способов синтеза полимеров на основе АА важное место занимает полимеризация в водных растворах. Основными факторами, определяющими распространенность этого способа полимеризации, являются высокие скорости образования полимера и возможность получения в этих условиях полимера с высокой молекулярной массой. Предполагается, что причиной специфического влияния воды на полимеризацию АА является протонирование радикала, приводящее к локализации неспаренного электрона, в результате чего повышается реакционная способность макрорадикала, выражающаяся в высоких значениях константы скорости роста цепи. Взаимное отталкивание одноименно заряженных радикалов ответственно за ограничение константы скорости бимолекулярного обрыва цепи. В непротонированном радикале, существующем при полимеризации в неводных растворителях, сопряжение неспаренного электрона с -электронами группы С=О приводит к стабилизации радикала и уменьшению его активности. Кроме того, высокая реакционная способность АА в водных растворах может быть связана с подавлением автоассоциации молекул этого мономера ввиду образования ими водородных связей с молекулами воды. В неполярных же растворителях, неспособных образовывать такие связи с АА, мономер находится преимущественно в ассоциированном состоянии в виде циклических димера, тримера и линейных многомолекулярных ассоциатов. С этим предположением согласуются и данные, полученные при полимеризации N-замещенных акрил- и метакриламидов. Так, N-o-метокси- и N-o-этоксифенилметакриламиды полимеризуются в массе значительно быстрее, чем их м- и n-изомеры, поскольку у первых ассоциация молекул отсутствует, а молекулы вторых ассоциированы посредством водородных связей. В свою очередь, диметил-гидразиды акриловая кислота (АК) и метакриловая кислота (МАК), в отличие от их гидрохлоридов, не полимеризуются в массе, поскольку молекулы этих мономеров сильно ассоциированы. В водных же растворах в полимеры превращаются как соли, так и свободные основания.
В связи с вышеизложенным АА имеет довольно высокое значение соотношения констант kp/k00,5 (по данным разных авторов для интервала температур 30-60 °C оно составляет 3,2-4,4), что наряду с малыми величинами констант передачи цепи на мономер и воду обусловливает возможность получения в водных растворах ПАА со скоростью и молекулярной массой (ММ), недостижимыми при полимеризации в органических растворителях. К другим причинам широкого распространения полимеризации в воде следует отнести сокращение энергетических затрат на выделение исходного мономера в кристаллическом виде, которое к тому же связано с вероятностью его спонтанной полимеризации, и на регенерацию органических растворителей, снижение загрязнения окружающей среды, а также исключение стадии растворения полимерных реагентов, использующихся, как правило, в виде водных растворов.
Промышленное производство
Широкое производство полиакриламида началось в начале 1950-х годов. Устойчивый рост был обеспечен уникальными свойствами полиэлектролита, обеспечившими ему возможность широкого применения в качестве гелеобразователя, плёнкообразователя, флокулянта и коагулянта.
Применение
Основное применение полиакриламид находит в качестве недорогого водорастворимого полимера со свойствами полиэлектролита. Ниже приведены основные сферы применения ПАА:
- Очистка воды. ПАА — хороший и недорогой коагулянт и флокулянт для очистки питьевой воды, технологических сточных вод.
- Получение гелей для химического анализа сложных биологических систем.
- В производстве минеральных удобрений
- В молекулярной биологии ПАА используется в качестве поддерживающей среды для проведения гель-электрофореза белков и нуклеиновых кислот (т. н. ПААГ-электрофорез)[1][2]
- Использование в нефтяной промышленности для заводнения пластов и проведения ремонтно-изоляционных работ в скважине
- Полиакриламид используют в буровых растворах при нефтедобыче как регулятор водоотдачи и ингибитор реакции набухания глины.
Ссылки
получение и свойства (стр. 1 из 3)
Курсовая работа по теме:
Акриламид и полиакриламид, получение и свойства
1. Акриламид
1.1 Физические свойства
Акриламид (АА) – амид акриловой кислоты. Номенклатурное название — 2-пропенамид. Представляет собой бесцветные кристаллы.
Формула: CH2=CHC(O)NH2,
Молекулярная масса — 71,08.
Температура плавления — 84,5°С, температура кипения 215°С, 125°С/25 мм рт. ст., 87 °С/2 мм рт. ст..
Плотность d304 1,122. Давление пара 0,93 Па (25°С), 9,3 Па (50°С).
Растворимость представлена в таблице 1 [1].
Таблица 1 – Растворимость акриламида
1.2 Химические свойства
Группа CONH2 вступает в реакции, характерные для алифатических амидов карбоновых кислот. Акриламид слабо амфотерен: с трет-бутилатом Na образует Na-соль, с H2SO4-сульфат:
CH2=CHC(O)NH2 + H2SO4 = (CH2=CHC(O)NH3 )2SO4
Количественно титруется в растворе уксусного ангидрида 0,1 н. раствором НС1О4 в ледяной уксусной кислоте. При взаимодействии с водным раствором формальдегида в присутствии оснований (рН 7-9) превращается в неустойчивый N-метилолакриламид:
CH2=CHC(O)NH2 + СН2О = СН2=CHC(O)NHCH2OH
В присутствии кислотных катализаторов и в избытке акриламида — в N,N’-метилен-бис-акриламид (CH2=CHCONH)2CH2.
По двойной связи акриламид легко присоединяет первичные и вторичные алифатические амины, NH3, спирты, меркаптаны, H2S, кетоны и др.
С диеновыми углеводородами вступает в диеновый синтез. Электрохимической гидродимеризацией превращается в адиподиамид. Полимеризуется с образованием полиакриламида и сополимеризуется с акриловыми мономерами, стиролом, винилиденхлоридом и др [1].
В присутствии сильных оснований в апротонных растворителях образует поли-β-аланин СН2=CHCONH—[CH2CH2CONH]n—CH2CH2CONH2.
1.3 Получение и определение акриламида
В промышленности акриламид получают:
1. Гидролизом акрилонитрила 84,5%-ной H2SO4 при 80-100°С в присутствии ингибиторов полимеризации (соли Си или Fe, сера, фенотиазин и др.). Образовавшуюся сернокислую соль акриламида нейтрализуют стехиометрическим количеством NH3 или известковым молоком.
2. Каталитическим гидролизом акрилонитрила при 80-120 °С в присутствии медных катализаторов (медь Ренея, Cu/Cr2O3, Cu/Al2O3-SiO2 или др.). Степень превращения акрилонитрила 98,5%. Основная примесь – β-гидроксипропионитрил (до 0,1%). Этот способ производства предпочтительнее, чем сернокислотный, в экономическом и экологическом отношении.
В лабораторной практике акриламид можно получать из акрилоилхлорида или акрилового ангидрида и NH3.
Акриламид определяют бромид-броматометрически, в водных растворах — рефрактометрически, малые количества — методами полярографии или газожидкостной хроматографии. Примеси акриловой кислоты и ее солей обнаруживают алкалиметрически [1].
1.4 Применение акриламида и производных
Акриламид — мономер в производстве полиакриламида и сополимеров с акриловой кислотой, кислыми эфирами малеиновой кислоты и др., клеев.
N-Метилолакриламид, используемый в виде 60%-ного водного раствора, — мономер для получения сополимеров с акриламидом, винилацетатом, акрилонитрилом и акриловой кислотой.
N, N’ — Метилен-бис-акриламид — сшивающий агент и модификатор аминоальдегидных смол [1].
1.5 Токсичность акриламида
Акриламид и его производные действуют преимущественно на нервную систему при любом пути поступления в организм (нарушается координация движений, возникают атаксия, судороги, параличи). Поражаются также печень и почки. Легко проникая через неповрежденную кожу, вызывают развитие неврологических симптомов. Наиболее токсичен акриламид [2].
Острое отравление. Введение через рот смертельных доз акриламида белым крысам вызывало судороги. Для крыс, морских свинок и кроликов ЛД50 = 150÷180 мг/кг. Изменения на энцефалограммах свидетельствовали о диффузности поражения различных отделов нервной системы. Повторное введение доз, не вызывающих судорог, приводит к развитию атаксии и дрожания тела по типу мозжечковой асинергии.
Хроническое отравление. Животные. На кумулятивные свойства акриламида указывает нарастание симптомов при длительном поступлении яда. При добавлении к пище крыс в течение 1-6 месяцев 0,02—0,04% или при поступлении акриламида с питьевой водой в дозе 10—20 мг/кг в течение 29—192 дней поражались в основном периферические нервы, имели место дегенеративные изменения осевых цилиндров и миелиновых оболочек. Страдали преимущественно дистальные отделы нервов с наибольшим диаметром.
Человек. Описано несколько случаев производственных отравлений при контакте с акриламидом в течение 4-60 недель. В клинической картине отравления превалировали симптомы нарушения функций среднего мозга и периферической нервной системы. Наблюдались мышечная слабость, потеря чувствительности, арефлексия, потеря равновесия. При прекращении контакта с акриламидом полное выздоровление наступало через 2-12 месяцев (авторы ставят под сомнение возможность полного восстановления при тяжелых случаях отравления). Нарушение функции периферической нервной системы у 15 рабочих производства акриламида со стажем работы от 2 месяцев до 8 лет. При большом стаже имели место атактическая походка, изменения энцефалограмм.
Действие на кожу. У кроликов после 10 нанесений 10% водного раствора акриламида развивались некоторые неврологические симптомы, без раздражающего действия на кожу. Однако у человека 1% водный раствор акриламида вызывал раздражение кожи [2].
Предельно допустимая концентрация. В РФ не установлена. В США принята 0,3 мг/м3 [2].
Индивидуальная защита. Меры предупреждения. Защита дыхательных путей — использование респираторов типа «Лепесток» и «Астра-2» при наличии пыли. Тщательная защита кожи. Соблюдение мер личной гигиены. Периодические медицинские осмотры рабочих для возможно более раннего выявления неврологических симптомов [2].
Аналогично действуют N,Ν-диметилакриламид, Ν,Ν-диэтилакриламид, N-изопропилакриламид, N-гидроксиметиленакриламид и метакриламид. Но они менее токсичны, специфические неврологические симптомы развиваются при бóльших дозах. Для крыс ЛД50N-изопропилакриламида 350 мг/кг (Barnes). Раздражают кожу и проникают через нее [2].
2.Полиакриламид
В настоящее время широко применяются водорастворимые полимеры на основе акриламида (АА) [3]
которые объединены общим названием «полиакриламиды».
В эту группу входят полиакриламид (ПАА) — неионогенный полимер
его анионные производные, например, частично гидролизованный ПАА
и катионные производные, например поливиниламин
а также сополимеры АА с различными ионогенными и неионогенными мономерами. Полимеры и сополимеры с разной молекулярной массой (ММ), молекулярно-массовым распределением, химическим составом и распределением звеньев исходных мономеров вдоль цепи, линейные, разветвленные и сшитые имеют разное функциональное назначение и различные области применения.
Впервые АА был получен в 1893 году, однако освоение промышленного производства началось только в начале 50-х годов нашего столетия, что сдерживалось плохой сырьевой базой. Способность АА полимеризоваться в присутствии радикальных инициаторов и подходящие для многих целей свойства обеспечили быстрое налаживание и расширение производства полимеров. Первоначально эти полимеры применяли в качестве флокулянтов для осаждения и фильтрации шлама фосфоритов в технологии обработки урановых руд и прочностных добавок для бумаги, а в дальнейшем стали широко использовать в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и медицине в качестве флокулянтов, загустителей, адгезивов, смазок, структурообразователей, пленкообразователей. Несмотря на важные мирные профессии полимеров АА, их использование в оборонной промышленности значительно ограничило доступность научной информации, поэтому до начала 70-х годов в литературе отсутствовали сведения о технологии производства полимеров. В последние годы наряду с улучшением сырьевой базы создана научная основа для направленной разработки полимеров с заданными свойствами, разработаны перспективные методы синтеза полимеров — полимеризация и сополимеризация АА в концентрированных водных растворах и дисперсиях, получили развитие методы химической модификации полимеров. В настоящее время полимеры АА производят крупные фирмы США, Японии и развитых стран Европы. Они являются основными поставщиками полимеров на мировой рынок, а в России, Китае и ЮАР полимеры производят для внутреннего потребления. Производство полимеров АА продолжает неуклонно возрастать и к концу века достигнет 400 тыс. т в год. Однако темпы роста производства не удовлетворяют потребностей, которые ежегодно возрастают на 8-10%. Поэтому актуальны разработка новых и совершенствование существующих перспективных методов синтеза ПАА, его производных и сополимеров АА [4].
2.1 Применение полимеров акриламида
Полимеры АА обладают уникальным комплексом полезных свойств и широко используются в различных областях техники и технологии. Различные области применения и назначение полимеров показаны в табл. 2 [3].
полиакриламид — Википедия переиздано // WIKI 2
Полиакриламид (IUPAC поли (2-пропенамид) или поли (1-карбамоилэтилен) , сокращенно PAM) представляет собой полимер (-CH 2 CHCONH 2 -), образованный из акриламидных субъединиц. Он может быть синтезирован как простая линейно-цепочечная структура или сшитый, как правило, с использованием N , N ‘-метиленбисакриламида. В сшитой форме возможность присутствия мономера уменьшается еще больше.Он обладает высокой водопоглощающей способностью, образуя мягкий гель при гидратации, используемый в таких применениях, как электрофорез в полиакриламидном геле, и может также называться призрачными кристаллами при сшивании и при производстве мягких контактных линз. В форме с прямой цепью он также используется в качестве загустителя и суспендирующего агента. Совсем недавно он использовался в качестве подкожного наполнителя для эстетической хирургии лица (см. Аквамид).
Энциклопедия YouTube
1/3
Просмотров:1 232
104 730
31 700
✪ SDS-полиакриламидный гель электрофорез
✪ Как сделать акриламидный гель для электрофореза
Содержание
Физико-химические свойства
Линейный полиакриламид является водорастворимым полимером.Обычно это неионный полимер, но из-за гидролиза некоторых амидных групп они могут превращаться в карбоксильные группы, придающие полиакриламиду некоторые слабые анионные свойства.
Использование полиакриламида
Одним из самых масштабных применений полиакриламида является флоккуляция твердых частиц в жидкости. Этот процесс относится к обработке воды и таким процессам, как изготовление бумаги и трафаретная печать. Полиакриламид может поставляться в форме порошка или жидкости, причем жидкая форма подразделяется на подгруппы в виде раствора и эмульсионного полимера.Хотя эти продукты часто называют «полиакриламидом», многие из них на самом деле являются сополимерами акриламида и одного или нескольких других химических веществ, таких как акриловая кислота или ее соль. Основным следствием этого является придание «модифицированному» полимеру особого ионного характера.
Еще одним распространенным применением полиакриламида и его производных является использование в недрах, таких как усиленная добыча нефти. Высоковязкие водные растворы могут быть получены с низкими концентрациями полиакриламидных полимеров, и их можно вводить для повышения эффективности обычного заводнения.
Линейная форма подготовки почвы была разработана в 1950-х годах компанией Monsanto и продавалась под торговой маркой Krilium. Технология кондиционирования почвы была представлена на симпозиуме «Улучшение структуры почвы», состоявшемся в Филадельфии, штат Пенсильвания, 29 декабря 1951 года. Технология была тщательно документирована и была опубликована в июньском номере журнала «Почвоведение» , том 73, выпуск в июне 1952 года. Июнь 1952 года, посвященный полимерным почвенным кондиционерам.
Исходную композицию крилия было трудно использовать, поскольку она содержала кальций, который сшивал линейный полимер в полевых условиях.Даже после сильной маркетинговой кампании Monsanto отказалась от Krilium.
Через 34 года журнал Soil Science захотел обновить технологию кондиционирования почвы и опубликовал еще один специальный выпуск о полимерном кондиционере почвы и особенно о линейном водорастворимом анионном полиакриламиде в выпуске за май 1986 года, том 141, выпуск № 5 ,
Предисловие, написанное Артуром Уоллесом из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Шелдоном Д. Нельсоном из УБЯ, частично гласило:
Новые водорастворимые кондиционеры почвы могут, если используются в соответствии с установленными процедурами
- увеличение порового пространства в почвах, содержащих глину
- увеличение проникновения воды в грунты, содержащие глину
- предотвратить корку почвы
- остановить эрозию и сток воды
- делают рыхлую почву, которую легко обрабатывать
- ускоряет высыхание почвы после дождя или орошения, чтобы почва могла быть обработана раньше
Следовательно, они переводят в
- сильных, более крупных растений с более обширной корневой системой
- раннее всхожесть семян и зрелость урожая
- более эффективное использование воды
- облегчает удаление сорняков
- больше отклика на удобрения и новые сорта урожая На
- меньше болезней растений, связанных с плохой аэрацией почвы
- уменьшена потребность в энергии для обработки почвы
Сшитая форма, которая удерживает воду, часто используется для садоводства и сельского хозяйства под торговыми названиями, такими как Broadleaf P4, Swell-Gel и так далее.
Анионная форма линейного водорастворимого полиакриламида часто используется в качестве кондиционера почвы на сельскохозяйственных угодьях и строительных площадках для борьбы с эрозией, чтобы защитить качество воды близлежащих рек и ручьев. [1]
Полимер также используется для изготовления игрушек Gro-Beast, которые расширяются при помещении в воду, например, в пробирку с инопланетянами. Аналогичным образом, абсорбирующие свойства одного из его сополимеров можно использовать в качестве добавки в порошке для тела.
Ионная форма полиакриламида нашла важную роль в индустрии очистки питьевой воды.Соли трехвалентных металлов, такие как хлорид железа и хлорид алюминия, соединены длинными полимерными цепями полиакриламида. Это приводит к значительному повышению скорости флокуляции. Это позволяет водоочистным сооружениям значительно улучшить удаление общего органического содержимого (TOC) из сырой воды.
Полиакриламид также часто используется в приложениях молекулярной биологии в качестве среды для электрофореза белков и нуклеиновых кислот в методике, известной как PAGE.
Он также использовался в синтезе первой жидкости Богера.
Лаборатории молекулярной биологии
Полиакриламид был впервые использован в лабораторных условиях в начале 1950-х годов. В 1959 году группы Дэвиса и Орнштейна [2] и Рэймонда и Вайнтрауба [3] независимо друг от друга опубликовали информацию об использовании электрофореза в полиакриламидном геле для разделения заряженных молекул. [3] Метод широко принят сегодня и остается распространенным протоколом в лабораториях молекулярной биологии.
Акриламид имеет много других применений в лабораториях молекулярной биологии, включая использование линейного полиакриламида (LPA) в качестве носителя, который помогает в осаждении небольших количеств ДНК.Многие компании, поставляющие лабораторные материалы, продают LPA для этого использования. [4]
Другое использование
Большая часть акриламида используется для производства различных полимеров. [5] [6] В 1970-х и 1980-х годах пропорционально наибольшее использование этих полимеров было при обработке воды. [7] Дополнительные применения включают в качестве связующих, загущающих или флокулирующих агентов в цементном растворе, цементе, очистке сточных вод / сточных вод, пестицидных составах, косметике, производстве сахара, предотвращении эрозии почвы, переработке руды, упаковке пищевых продуктов, пластиковых изделиях и производстве бумаги. [5] [8] Полиакриламид также используется в некоторых почвах. [5] Другое применение полиакриламида является химическим промежуточным соединением при получении N-метилолакриламида и N-бутоксиакриламида. [8] В нефтегазовой промышленности производные полиакриламида, особенно сополимеры, оказывают существенное влияние на нетрадиционное производство и гидроразрыв пласта. В качестве неионного мономера он может быть сополимеризован с анионной, например, акриловой кислотой и катионным мономером, таким как диаллилдиметиламмонийхлорид (DADMAC), и образуется сополимер, который может иметь различную совместимость в различных применениях.
Почвенный кондиционер
Основные функции полиакриламидных почвенных кондиционеров состоят в том, чтобы увеличить уклон почвы, аэрацию и пористость и уменьшить уплотнение, запыленность и сток воды. Вторичные функции заключаются в том, чтобы увеличить силу растения, его цвет, внешний вид, глубину укоренения и всхожесть семян, одновременно уменьшая потребность в воде, болезни, эрозию и расходы на техническое обслуживание. FC 2712 используется для этой цели.
Стабильность
В разбавленном водном растворе, который обычно используется для применений с улучшенной добычей нефти, полиакриламидные полимеры подвержены химической, термической и механической деградации.Химическая деградация происходит, когда лабильный амидный фрагмент гидролизуется при повышенной температуре или pH, что приводит к выделению аммиака и оставшейся карбоксильной группы. Таким образом, степень анионности молекулы увеличивается. Термическая деградация виниловой основной цепи может происходить через несколько возможных радикальных механизмов, включая автоокисление небольших количеств железа и реакции между кислородом и остаточными примесями в результате полимеризации при повышенной температуре. Механическая деградация также может быть проблемой при высоких скоростях сдвига, наблюдаемых в призабойной зоне.
Воздействие на окружающую среду
Были высказаны опасения, что полиакриламид, используемый в сельском хозяйстве, может загрязнить пищу акриламидом, известным нейротоксином и канцерогеном. [9] Хотя сам полиакриламид относительно нетоксичен, известно, что коммерчески доступный полиакриламид содержит незначительные остаточные количества акриламида, остающиеся от его производства, обычно менее 0,05% мас. / Мас. [10]
Кроме того, существуют опасения, что полиакриламид может деполимеризоваться с образованием акриламида.В исследовании, проведенном в 2003 году в Центральной научной лаборатории в Санд-Хаттоне, Англия, полиакриламид обрабатывался аналогично пище во время приготовления пищи. Было показано, что эти условия не вызывают значительную деполимеризацию полиакриламида. [11]
В исследовании, проведенном в 1997 году в Канзасском государственном университете, было проверено влияние условий окружающей среды на полиакриламид, и было показано, что разложение полиакриламида при определенных условиях может вызвать высвобождение акриламида. [12] Экспериментальный дизайн этого исследования, а также его результаты и их интерпретация были поставлены под сомнение, [13] [14] и исследование Nalco Chemical Company 1999 года не повторяли результаты. [15]
См. Также
Ссылки
Последний раз эта страница редактировалась 8 июня 2020 года, в 11:54. ,Страницане найдена — Холдинговая компания ОЯТ
- Обзор ОЯТ
- О SNFHC
- мест хранения ОЯТ
- Отдел обеспечения качества
- Новости компании
- События
- Видео & Брошюры
- Сертификаты компании
- обслуживаемых рынков
- Нефть и Газ
- Инновации
- Услуги
- нефтеносных песков
- Муниципальный
- Продажи и поддержка
- POLYDYNE Форма заказа
- Перепродажа и дистрибуция
- Продажи и поддержка
- Сельское хозяйство
- Mining
- Уход на дому, промышленные и институциональные
- Личная гигиена
- Текстиль
- Строительство
- Нефть и Газ
- Услуги
- Обслуживание клиентов
- Исследования и разработки
- Лаборатория
- Техника и оборудование
- Стандартная упаковка
- Логистика
- Безопасность, здоровье и окружающая среда
- Управление и устойчивое развитие
- SNF CommuniCALL
- Паспорта безопасности продукта (SDS)
- Калифорнийский закон о цепочках поставок от 2010 года
- Карьера
- Свяжитесь с нами
- Оборудование и техника
- мест хранения ОЯТ
- Видео & Брошюры
- Обзор ОЯТ
- О SNFHC
- мест хранения ОЯТ
- Отдел обеспечения качества
- Новости компании
- События
- Видео & Брошюры
Последнее обновление: Sagar Aryal
- Электрофорез с использованием агарозы или полиакриламидных гелей является стандартным методом, используемым для разделения, идентификации и очистки биополимеров, поскольку оба этих геля пористы по своей природе.
- Полиакриламидные гели представляют собой химически сшитые гели, образованные в результате полимеризации акриламида со сшивающим агентом, обычно N, N’-метиленбисакриламидом.
- Реакция представляет собой свободнорадикальную полимеризацию, обычно проводимую с персульфатом аммония в качестве инициатора и N, N, N ‘, N’-тетраметилэтилендиамином (TEMED) в качестве катализатора.
- Электрофорез в полиакриламидном геле (PAGE) — это метод, широко используемый в биохимии, судебной химии, генетике, молекулярной биологии и биотехнологии для разделения биологических макромолекул, обычно белков или нуклеиновых кислот, в соответствии с их электрофоретической подвижностью.
- Наиболее часто используемой формой электрофореза в полиакриламидном геле является электрофорез в полиакриламидном геле с додецилсульфатом натрия (SDS-PAGE), используемый в основном для разделения белков.
Принцип электрофореза в полиакриламидном геле (PAGE)
SDS-PAGE (Электрофорез в полиакриламидном геле) — это аналитический метод, используемый для разделения компонентов белковой смеси в зависимости от их размера.
Методика основана на принципе, что заряженная молекула будет мигрировать в электрическом поле к электроду с противоположным знаком. Общие методы электрофореза не могут быть использованы для определения молекулярной массы биологических молекул, поскольку подвижность вещества в геле зависит как от заряда, так и от размера.
Чтобы преодолеть это, биологические образцы необходимо обработать так, чтобы они приобрели равномерный заряд, тогда электрофоретическая подвижность зависит, прежде всего, от размера. Для этого различные белковые молекулы с различными формами и размерами должны быть денатурированы (сделано с помощью SDS), чтобы белки теряли свою вторичную, третичную или четвертичную структуру. Белки, покрываемые SDS, заряжены отрицательно и при нагрузке на гель и помещенный в электрическое поле, он будет мигрировать в сторону анода (положительно заряженного электрода), разделенных эффектом молекулярного просеивания в зависимости от размера.После визуализации методом окрашивания (специфичным для белка) размер белка может быть рассчитан путем сравнения его расстояния миграции с таковым для известной лестницы молекулярного веса (маркера).
Требования к электрофорезу в полиакриламидном геле (PAGE)
- Акриламидные растворы (для расщепления и укладки гелей).
- Изопропанол / дистиллированная вода.
- Гелевый загрузочный буфер.
- Запущен буфер.
- Окрашивающие, удаляющие растворы.
- Пробы белка
- Маркеры молекулярной массы.
Оборудование и материалы, необходимые для проведения SDS-PAGE, включают в себя:
- Камера электрофореза и электропитания.
- Стеклянные тарелки (короткая и верхняя тарелка).
- Литая рама
- Стенд для литья
- Расчески
этапов электрофореза в полиакриламидном геле (PAGE)
- Пробоподготовка
- Образцы могут быть любым материалом, содержащим белки или нуклеиновые кислоты.
- Образец для анализа необязательно смешивают с химическим денатурантом, если это желательно, обычно с SDS для белков или мочевиной для нуклеиновых кислот.
- SDS — это анионный детергент, который денатурирует вторичные и недисульфидно-связанные третичные структуры и дополнительно придает отрицательный заряд каждому белку пропорционально его массе. Мочевина разрывает водородные связи между парами оснований нуклеиновой кислоты, вызывая отжиг составляющих нитей. Нагревание образцов по крайней мере до 60 ° C дополнительно способствует денатурации.
- В раствор может быть добавлен следящий краситель. Это обычно имеет более высокую электрофоретическую подвижность, чем аналиты, что позволяет экспериментатору отслеживать прохождение раствора через гель во время электрофоретического прогона.
- Приготовление полиакриламидного геля
- Гели обычно состоят из акриламида, бисакриламида, необязательного денатуранта (SDS или мочевина) и буфера с отрегулированным pH.
- Отношение бисакриламида к акриламиду можно варьировать для специальных целей, но обычно оно составляет около 1 части на 35. Концентрация акриламида в геле также может варьироваться, как правило, в диапазоне от 5% до 25%.
- Гели с меньшим процентным содержанием лучше подходят для расщепления молекул с очень высокой молекулярной массой, в то время как для расщепления меньших белков требуется гораздо более высокий процент акриламида,
- Гели обычно полимеризуются между двумя стеклянными пластинами в гелевом устройстве, с гребенкой, вставленной сверху, чтобы создать лунки для образцов.
- После того, как гель полимеризован, расческа может быть удалена, и гель готов к электрофорезу.
- Электрофорез
- В PAGE используются различные буферные системы в зависимости от природы образца и цели эксперимента.
- Буферы, используемые на аноде и катоде, могут быть одинаковыми или разными.
- Электрическое поле воздействует на гель, заставляя отрицательно заряженные белки или нуклеиновые кислоты мигрировать через гель от отрицательного и к положительному электроду (аноду).
- В зависимости от своего размера каждая биомолекула движется по-разному через матрицу геля: маленькие молекулы легче проникают через поры в геле, в то время как более крупные имеют большую сложность.
- Гель обычно работает в течение нескольких часов, хотя это зависит от напряжения, приложенного к гелю.
- По истечении заданного времени биомолекулы будут мигрировать на разные расстояния в зависимости от их размера.
- Меньшие биомолекулы перемещаются дальше вниз по гелю, в то время как более крупные остаются ближе к точке происхождения. Таким образом, биомолекулы
- могут быть разделены примерно в соответствии с размером, который зависит в основном от молекулярной массы в денатурирующих условиях, но также зависит от конформации высшего порядка в нативных условиях.
- Обнаружение
- После электрофореза гель может быть окрашен (для белков, чаще всего с кумасси бриллиантовым синим или авторадиографией; для нуклеиновых кислот, бромистого этидия или для любого из них, с окрашиванием серебром), что позволяет визуализировать отделенные белки, или обрабатывать дальше (например,грамм. Вестерн-блот).
- После окрашивания биомолекулы разных видов появляются в виде отдельных полос в геле.
- Для калибровки геля и определения приблизительной молекулярной массы неизвестных биомолекул путем сравнения пройденного расстояния относительно маркера обычно используют маркер размера молекулярной массы и известной молекулярной массы в отдельной дорожке в геле.
Применение электрофореза в полиакриламидном геле (PAGE)
- Измерение молекулярной массы.
- Пептидное картирование.
- Оценка размера белка.
- Определение белковых субъединиц или структур агрегации.
- Оценка чистоты белка.
- Количественное определение белка.
- Мониторинг целостности белка.
- Сравнение полипептидной композиции разных образцов.
- Анализ количества и размера полипептидных субъединиц.
- Приложения после электрофореза, такие как вестерн-блоттинг.
- Окрашивание белков в гелях с кумасси G-250 без органического растворителя и уксусной кислоты.
- Заливка и запуск протеинового геля путем повторного использования коммерческих кассет.
- Селективная маркировка белков клеточной поверхности с использованием минимальных красителей CyDye DIGE Fluor.
- Обнаружение убиквитинирования белка.
Преимущества электрофореза в полиакриламидном геле (PAGE)
- Стабильный химически сшитый гель
- Большая разрешающая способность (резкие полосы)
- Может вместить большие количества ДНК без значительных потерь в разрешении
- ДНК, полученная из полиакриламидных гелей, очень чистая
- Размер пор полиакриламидных гелей можно легко и просто изменять, изменяя концентрации двух мономеров.
- Хорошо для разделения фрагментов с низкой молекулярной массой
Недостатки электрофореза в полиакриламидном геле (PAGE)
- Обычно сложнее готовить и обрабатывать, что требует больше времени для приготовления, чем агарозные гели.
- Токсичные мономеры
- Гели очень утомительны в приготовлении и часто дают утечку
- Нужен новый гель для каждого эксперимента Стабильный химически сшитый гель
Рекомендации
- http: // elte.prompt.hu/sites/default/files/tananyagok/IntroductionToPracticalBiochemistry/ch07s03.html
- https://www.wou.edu/las/physci/ch562/Gel%20Electrophoresis.pdf
- https://www.slideshare.net/mbn1994/introduction-principle-instrumentation-and-applications-of-sdspage-55728195
- https://en.wikipedia.org/wiki/Polyacrylamide_gel_electrophoresis https://msu.edu/course/css/451/Lecture/PT-electrophoresis%20(2009).pdf
- http://library.umac.mo/ebooks/b28050459.pdf
- http: // vlab.amrita.edu/?sub=3&brch=186&sim=319&cnt=1
Электрофорез в полиакриламидном геле (PAGE)
,