Poliacrilamida
Poliacrilamida
Nombres
Nombre IUPAC
poli(2-propenamida)
Otros nombres
poli(2-propenamida), poli(1-carbamoiletileno)
Identificadores
  • 9003-05-8 controlarY
Araña química
  • ninguno
Tarjeta informativa de la ECHA100.118.050
UNIVERSIDAD
  • 5D6TC4BRWV  (1500 MW) controlarY
  • DTXSID7042308
Propiedades
( C3H5NO ) n​​
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Compuesto químico

La poliacrilamida (abreviada como PAM o pAAM) es un polímero con la fórmula (-CH2CHCONH2- ) . Tiene una estructura de cadena lineal. La PAM es muy absorbente de agua y forma un gel blando cuando se hidrata. En 2008, se produjeron aproximadamente 750.000.000 kg , principalmente para el tratamiento de agua y las industrias papelera y minera. [1]

Propiedades fisicoquímicas

La poliacrilamida es una poliolefina . Puede considerarse como un polietileno con sustituyentes amida en carbonos alternados. A diferencia de varios nailones , la poliacrilamida no es una poliamida porque los grupos amida no están en la cadena principal del polímero. Debido a la presencia de los grupos amida (CONH 2 ), los átomos de carbono alternados en la cadena principal son estereogénicos (coloquialmente: quirales). Por esta razón, la poliacrilamida existe en formas atácticas, sindiotácticas e isotácticas, aunque este aspecto rara vez se analiza. La polimerización se inicia con radicales y se supone que es estereoaleatoria. [1]

Copolímeros y polímeros modificados

La poliacrilamida lineal es un polímero soluble en agua. Otros disolventes polares incluyen DMSO y varios alcoholes. La reticulación se puede introducir utilizando N,N-metilenbisacrilamida . Algunos materiales reticulados son hinchables pero no solubles, es decir, son hidrogeles .

La hidrólisis parcial se produce a temperaturas elevadas en medios acuosos, convirtiendo algunos sustituyentes de amida en carboxilatos. Esta hidrólisis hace que el polímero sea especialmente hidrófilo. El polímero producido a partir de N,N-dimetilacrilamida resiste la hidrólisis.

Los copolímeros de acrilamida incluyen aquellos derivados del ácido acrílico.

Usos

En los años 1970 y 1980, el uso proporcionalmente más grande de estos polímeros fue en el tratamiento del agua. [2] La siguiente aplicación importante por peso son los aditivos para el procesamiento de pulpa y la fabricación de papel . Alrededor del 30% de la poliacrilamida se utiliza en las industrias del petróleo y los minerales. [1]

Floculación

Uno de los usos más importantes de la poliacrilamida es la floculación de sólidos en un líquido. Este proceso se aplica al tratamiento de agua y a procesos como la fabricación de papel y la serigrafía. La poliacrilamida se puede suministrar en forma de polvo o líquido; la forma líquida se subclasifica como polímero en solución y en emulsión.

Aunque estos productos suelen denominarse "poliacrilamida", muchos son en realidad copolímeros de acrilamida y una o más especies distintas, como un ácido acrílico o una sal del mismo. Estos copolímeros tienen una humectabilidad y una capacidad de hinchamiento modificadas.

Las formas iónicas de poliacrilamida han desempeñado un papel importante en la industria de tratamiento de agua potable . Las sales de metales trivalentes, como el cloruro férrico y el cloruro de aluminio , están unidas por las largas cadenas poliméricas de poliacrilamida. Esto da como resultado una mejora significativa de la tasa de floculación . Esto permite que las plantas de tratamiento de agua mejoren en gran medida la eliminación del contenido orgánico total (COT) del agua cruda.

Industria de combustibles fósiles

En la industria del petróleo y el gas, los derivados de poliacrilamida (especialmente los copolímeros) tienen un efecto sustancial en la producción mediante la recuperación mejorada de petróleo mediante el aumento de la viscosidad. Se pueden generar soluciones acuosas de alta viscosidad con bajas concentraciones de polímeros de poliacrilamida, que se inyectan para mejorar la economía de la inyección de agua convencional. En una aplicación separada, la fracturación hidráulica se beneficia de la reducción de la fricción resultante de la inyección de estas soluciones. Estas aplicaciones utilizan grandes volúmenes de soluciones de polímeros a una concentración de 30 a 3000 mg/L. [3]

Acondicionamiento del suelo

Las funciones principales de los acondicionadores de suelo a base de poliacrilamida son aumentar la labranza, la aireación y la porosidad del suelo y reducir la compactación, la formación de polvo y la escorrentía de agua. Las aplicaciones típicas son de 10 mg/L, que sigue siendo caro para muchas aplicaciones. [3] Las funciones secundarias son aumentar el vigor de la planta, el color, la apariencia, la profundidad de las raíces y la emergencia de las semillas, al tiempo que disminuyen los requisitos de agua, las enfermedades, la erosión y los gastos de mantenimiento. Para este propósito se utiliza el FC 2712.

Laboratorios de biología molecular

La poliacrilamida también se utiliza a menudo en aplicaciones de biología molecular como medio para la electroforesis de proteínas y ácidos nucleicos en una técnica conocida como PAGE . La PAGE se utilizó por primera vez en un entorno de laboratorio a principios de la década de 1950. En 1959, los grupos de Davis y Ornstein [4] y de Raymond y Weintraub [5] publicaron de forma independiente sobre el uso de la electroforesis en gel de poliacrilamida para separar moléculas cargadas . [5] La técnica es ampliamente aceptada hoy en día y sigue siendo un protocolo común en los laboratorios de biología molecular .

La acrilamida tiene otros usos en los laboratorios de biología molecular, incluido el uso de poliacrilamida lineal (LPA) como transportador, que ayuda en la precipitación de pequeñas cantidades de ácidos nucleicos (ADN y ARN). [6] [7] Muchas empresas de suministros de laboratorio venden LPA para este uso. [8] Además, en determinadas condiciones, se puede utilizar para precipitar selectivamente solo especies de ARN de una mezcla de ácidos nucleicos. [7]

Mecanobiología

El módulo elástico de la poliacrilamida se puede cambiar variando la relación entre monómero y reticulante durante la fabricación del gel de poliacrilamida. [9] Esta propiedad hace que la poliacrilamida sea útil en el campo de la mecanobiología , ya que varias células responden a estímulos mecánicos. [10]

Usos de nicho

El polímero también se utiliza para fabricar juguetes Gro-Beast, que se expanden cuando se colocan en agua, como los Test Tube Aliens . De manera similar, las propiedades absorbentes de uno de sus copolímeros se pueden utilizar como aditivo en polvos corporales.

Se ha utilizado en Botox como relleno subdérmico para cirugía estética facial (ver Aquamid ).

También se utilizó en la síntesis del primer fluido Boger .

Efectos ambientales

Teniendo en cuenta el volumen de poliacrilamida producida, estos materiales han sido objeto de un intenso análisis en lo que respecta a sus impactos ambientales y sobre la salud. [11] [12]

La poliacrilamida tiene una baja toxicidad, pero su precursor, la acrilamida, es una neurotoxina y un carcinógeno . [1] Por lo tanto, las preocupaciones se centran naturalmente en la posibilidad de que la poliacrilamida esté contaminada con acrilamida . [12] [13] Se hace un esfuerzo considerable para eliminar los rastros de acrilamida del polímero destinado a usarse cerca de los alimentos. [1]

Además, existe la preocupación de que la poliacrilamida pueda despolimerizarse para formar acrilamida. En condiciones típicas de cocción, la poliacrilamida no se despolimeriza significativamente. [14] La afirmación de que la poliacrilamida se transforma nuevamente en acrilamida [15] ha sido ampliamente cuestionada. [16] [17] [18]

La poliacrilamida se biodegrada parcialmente con mayor frecuencia por la acción de las amidasas , lo que produce amoníaco y poliacrilatos . Los poliacrilatos son difíciles de biodegradar, pero se ha demostrado que algunos cultivos de microbios del suelo lo hacen en condiciones aeróbicas. [19]

Véase también

Referencias

  1. ^ abcde Herth G, Schornick G, Buchholz F (2015). "Poliacrilamidas y ácidos poli(acrílicos)". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry . Weinheim: Wiley-VCH. págs. 1–16. doi :10.1002/14356007.a21_143.pub2. ISBN 978-3527306732.
  2. ^ "Poliacrilamida". Banco de datos de sustancias peligrosas . Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos. 14 de febrero de 2003. Patrones de consumo. CASRN: 9003-05-8. Archivado desde el original el 30 de diciembre de 2017. Consultado el 30 de noviembre de 2013 .
  3. ^ ab Xiong B, Loss RD, Shields D, Pawlik T, Hochreiter R, Zydney AL, Kumar M (2018). "Degradación de poliacrilamida y sus implicaciones en los sistemas ambientales". Clean Water . 1 (1): 17. Bibcode :2018npjCW...1...17X. doi : 10.1038/s41545-018-0016-8 . S2CID  135203788.
  4. ^ "Electroforesis de disco". Pipeline.com . Archivado desde el original el 26 de septiembre de 2011. Consultado el 11 de junio de 2012 .citando: Ornstein L (diciembre de 1964). "Electroforesis de disco. I. Antecedentes y teoría". Anales de la Academia de Ciencias de Nueva York . 121 (2): 321–49. Bibcode :1964NYASA.121..321O. doi :10.1111/j.1749-6632.1964.tb14207.x. PMID  14240533. S2CID  28591995.
  5. ^ ab Raymond S, Weintraub L (septiembre de 1959). "Gel de acrilamida como medio de soporte para la electroforesis en zona". Science . 130 (3377): 711. Bibcode :1959Sci...130..711R. doi :10.1126/science.130.3377.711. PMID  14436634. S2CID  7242716.citando: Davis DR, Budd RE (junio de 1959). "Electroforesis continua; fraccionamiento cuantitativo de proteínas séricas". The Journal of Laboratory and Clinical Medicine . 53 (6): 958–65. PMID  13665142.
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