La poliacrilamida ( IUPAC poli (2-propenamida) o poli (1-carbamoiletileno) , abreviado como PAM) es un polímero (-CH 2 CHCONH 2 -) formado a partir de subunidades de acrilamida . Puede sintetizarse como una estructura de cadena lineal simple o reticulada , normalmente usando N , N ' -metilenbisacrilamida . En la forma reticulada, la posibilidad de que esté presente el monómero se reduce aún más. Es altamente absorbente de agua, formando un gel suave cuando se hidrata, usado en aplicaciones tales como electroforesis en gel de poliacrilamida., y también se pueden llamar cristales fantasma cuando se reticulan y en la fabricación de lentes de contacto blandas . En forma de cadena lineal, también se utiliza como espesante y agente de suspensión . Más recientemente, se ha utilizado como relleno subdérmico para cirugía facial estética (ver Aquamid ).
Nombres | |
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Nombre IUPAC poli (2-propenamida) | |
Identificadores | |
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ChemSpider |
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Tarjeta de información ECHA | 100.118.050 |
UNII |
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Tablero CompTox ( EPA ) | |
Propiedades | |
(C 3 H 5 NO) n | |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
Propiedades fisicoquímicas
La poliacrilamida lineal es un polímero soluble en agua. Por lo general, es un polímero no iónico, pero debido a la hidrólisis de algunos grupos amida, pueden convertirse en grupos carboxílicos, lo que da a la poliacrilamida algunas propiedades aniónicas débiles.
Usos de poliacrilamida
Uno de los usos más importantes de la poliacrilamida es flocular sólidos en un líquido. Este proceso se aplica al tratamiento del agua y a procesos como la fabricación de papel y la serigrafía. La poliacrilamida se puede suministrar en forma de polvo o líquido, y la forma líquida se subcategoriza como polímero en solución y emulsión. Aunque estos productos a menudo se denominan "poliacrilamida", muchos son en realidad copolímeros de acrilamida y una o más especies químicas, como un ácido acrílico o una sal del mismo. La principal consecuencia de esto es dar al polímero "modificado" un carácter iónico particular .
Otro uso común de la poliacrilamida y sus derivados es en aplicaciones subterráneas como la recuperación mejorada de petróleo. Se pueden generar soluciones acuosas de alta viscosidad con bajas concentraciones de polímeros de poliacrilamida, y estos se pueden inyectar para mejorar la economía de la inyección de agua convencional.
La forma de acondicionamiento lineal del suelo fue desarrollada en la década de 1950 por Monsanto Company y se comercializó con el nombre comercial Krilium . La tecnología de acondicionamiento del suelo se presentó en un simposio sobre "Mejoramiento de la estructura del suelo" celebrado en Filadelfia, Pensilvania el 29 de diciembre de 1951. La tecnología fue fuertemente documentada y se publicó en la edición de junio de 1952 de la revista Soil Science , volumen 73, junio 1952 que se dedicó a los acondicionadores poliméricos del suelo.
La formulación original de Krilium era difícil de usar porque contenía calcio que reticulaba el polímero lineal en condiciones de campo. Incluso con una fuerte campaña de marketing, Monsanto abandonó Krilium .
Después de 34 años, la revista Soil Science quería actualizar la tecnología de acondicionamiento del suelo y publicó otro número dedicado al acondicionador polimérico del suelo y, especialmente, a la poliacrilamida aniónica lineal soluble en agua en el número de mayo de 1986, volumen 141, número 5.
El Prólogo, escrito por Arthur Wallace de UCLA y Sheldon D. Nelson de BYU, declaró en parte:
Los nuevos acondicionadores de suelo solubles en agua pueden, si se usan de acuerdo con los procedimientos establecidos
- aumentar el espacio poroso en suelos que contienen arcilla
- aumentar la infiltración de agua en suelos que contienen arcilla
- prevenir la formación de costras en el suelo
- detener la erosión y la escorrentía de agua
- hacer un suelo friable que sea fácil de cultivar
- hacer que el suelo se seque más rápido después de la lluvia o el riego, para que el suelo se pueda trabajar antes
En consecuencia, estos se traducen en
- plantas más fuertes y más grandes con un sistema de raíces más extenso
- aparición más temprana de semillas y madurez del cultivo
- utilización más eficiente del agua
- eliminación de malezas más fácil
- mayor respuesta a los fertilizantes y a las nuevas variedades de cultivos
- menos enfermedades de las plantas relacionadas con una aireación deficiente del suelo
- disminución del requerimiento de energía para la labranza
La forma reticulada que retiene el agua se utiliza a menudo para horticultura y agricultura con nombres comerciales como Broadleaf P4, Swell-Gel, etc.
La forma aniónica de la poliacrilamida lineal soluble en agua se usa con frecuencia como acondicionador de suelos en tierras agrícolas y sitios de construcción para el control de la erosión , con el fin de proteger la calidad del agua de los ríos y arroyos cercanos . [1]
El polímero también se utiliza para fabricar juguetes Gro-Beast, que se expanden cuando se colocan en el agua, como el Test Tube Aliens . De manera similar, las propiedades absorbentes de uno de sus copolímeros se pueden utilizar como aditivo en polvos corporales.
La forma iónica de poliacrilamida ha tenido un papel importante en la industria del tratamiento de agua potable . Las sales de metales trivalentes, como el cloruro férrico y el cloruro de aluminio , están unidas por 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 (TOC) del agua cruda.
La poliacrilamida también se usa a menudo en aplicaciones de biología molecular como medio para la electroforesis de proteínas y ácidos nucleicos en una técnica conocida como PAGE .
También se utilizó en la síntesis del primer fluido de Boger .
Laboratorios de biología molecular
La poliacrilamida se utilizó por primera vez en un laboratorio a principios de la década de 1950. En 1959, los grupos de Davis y Ornstein [2] y de Raymond y Weintraub [3] publicaron de forma independiente sobre el uso de la electroforesis en gel de poliacrilamida para separar moléculas cargadas . [3] La técnica es ampliamente aceptada en la actualidad y sigue siendo un protocolo común en los laboratorios de biología molecular .
La acrilamida tiene muchos otros usos en los laboratorios de biología molecular, incluido el uso de poliacrilamida lineal (LPA) como vehículo , que ayuda en la precipitación de pequeñas cantidades de ADN . Muchas empresas de suministros de laboratorio venden LPA para este uso. [4]
Otros usos
La mayor parte de la acrilamida se utiliza para fabricar varios polímeros. [5] [6] En las décadas de 1970 y 1980, el uso proporcionalmente mayor de estos polímeros fue en el tratamiento de agua. [7] Los usos adicionales incluyen agentes aglutinantes, espesantes o floculantes en lechada, cemento, tratamiento de aguas residuales / aguas residuales, formulaciones de pesticidas, cosméticos, fabricación de azúcar, prevención de la erosión del suelo, procesamiento de minerales, envasado de alimentos, productos plásticos y producción de papel. [5] [8] La poliacrilamida también se usa en algunas tierras para macetas . [5] Otro uso de la poliacrilamida es como producto químico intermedio en la producción de N-metilol acrilamida y N-butoxiacrilamida. [8] En la industria del petróleo y el gas, los derivados de poliacrilamida, especialmente los copolímeros, tienen un efecto sustancial sobre la producción no convencional y la fracturación hidráulica. Como monómero no iónico se puede copolimerizar con aniónico, por ejemplo, ácido acrílico y monómero catiónico como cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC) y copolímero resultante que puede tener una compatibilidad diferente en diferentes aplicaciones.
Acondicionador de suelo
Las funciones principales de los acondicionadores de suelo de poliacrilamida son aumentar la inclinación del suelo, la aireación y la porosidad y reducir la compactación, el polvo y la escorrentía del agua. Las funciones secundarias son aumentar el vigor, el color, la apariencia, la profundidad de enraizamiento y la emergencia de las semillas de la planta, al tiempo que disminuyen los requisitos de agua, las enfermedades, la erosión y los gastos de mantenimiento. El FC 2712 se utiliza para este propósito.
Estabilidad
En solución acuosa diluida, como la que se usa comúnmente para aplicaciones de recuperación mejorada de aceite , los polímeros de poliacrilamida son susceptibles a la degradación química, térmica y mecánica. La degradación química ocurre cuando el resto de amida lábil se hidroliza a temperatura o pH elevados, lo que da como resultado el desprendimiento de amoníaco y un grupo carboxilo restante. Por tanto, aumenta el grado de anionicidad de la molécula. La degradación térmica del esqueleto de vinilo puede ocurrir a través de varios posibles mecanismos de radicales, incluida la autooxidación de pequeñas cantidades de hierro y reacciones entre el oxígeno y las impurezas residuales de la polimerización a temperatura elevada. La degradación mecánica también puede ser un problema debido a las altas tasas de cizallamiento experimentadas en la región cercana al pozo.
Efectos ambientales
Se ha planteado la preocupación de que la poliacrilamida utilizada en la agricultura pueda contaminar los alimentos con acrilamida , una neurotoxina conocida y carcinógena . [9] Si bien la poliacrilamida en sí misma es relativamente no tóxica, se sabe que la poliacrilamida disponible comercialmente contiene cantidades residuales diminutas de acrilamida que quedan de su producción, generalmente menos del 0,05% p / p . [10]
Además, existe la preocupación de que la poliacrilamida pueda despolimerizarse para formar acrilamida. En un estudio realizado en 2003 en el Laboratorio Central de Ciencias en Sand Hutton , Inglaterra , la poliacrilamida se trató de manera similar como alimento durante la cocción. Se demostró que estas condiciones no provocan una despolimerización significativa de la poliacrilamida. [11]
En un estudio realizado en 1997 en la Universidad Estatal de Kansas , se probó el efecto de las condiciones ambientales sobre la poliacrilamida y se demostró que la degradación de la poliacrilamida en determinadas condiciones puede provocar la liberación de acrilamida. [12] El diseño experimental de este estudio, así como sus resultados y su interpretación, han sido cuestionados, [13] [14] y un estudio de 1999 de Nalco Chemical Company no replicó los resultados. [15]
Ver también
- Aquamid
- Quitosano
- Rhoca-Gil
- Poliacrilato de sodio , un material similar
Referencias
- ^ Normas de contrato de construcción [1] "Especificaciones estándar del estado de California"
- ^ Davis y Ornstein Archivado el 26 de septiembre de 2011 en la Wayback Machine . Pipeline.com. Consultado el 11 de junio de 2012.
- ↑ a b Reynolds S, Weintraub L (18 de septiembre de 1959). "Gel de acrilamida como medio de soporte para electroforesis de zona". Ciencia . 130 (3377): 711. doi : 10.1126 / science.130.3377.711 . PMID 14436634 . S2CID 7242716 .
- ^ GenElute ™ -LPA de Sigma-Aldrich . biocompare.com
- ^ a b c Environment Canada ; Health Canada (agosto de 2009). "Evaluación de detección para el desafío: 2-propenamida (acrilamida)" . Medio Ambiente y Cambio Climático de Canadá . Gobierno de Canadá.
- ^ Oficina de Prevención de la Contaminación y Tóxicos (septiembre de 1994). "II. Producción, uso y tendencias" (texto sin formato) . Resumen químico de la acrilamida (informe). Agencia de Proteccion Ambiental de los Estados Unidos. EPA 749-F-94-005a . Consultado el 30 de noviembre de 2013 .
- ^ "Poliacrilamida" . Banco de datos de sustancias peligrosas . Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. 14 de febrero de 2003. Patrones de consumo. CASRN: 9003-05-8 . Consultado el 30 de noviembre de 2013 .
- ^ a b Dotson, GS (abril de 2011). "Perfil de notación cutánea (SK) de NIOSH: acrilamida [CAS No. 79-06-1]" (PDF) . Publicación del DHHS (NIOSH) No. 2011-139 . Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
- ^ https://www.cdc.gov/niosh/docs/2011-139/pdfs/2011-139.pdf
- ^ Woodrow JE; Seiber JN; Miller GC. (23 de abril de 2008). "Liberación de acrilamida resultante de la irradiación de luz solar de mezclas acuosas de poliacrilamida / hierro". Revista de Química Agrícola y Alimentaria . 56 (8): 2773–2779. doi : 10.1021 / jf703677v . PMID 18351736 .
- ^ Ahn JS; Castle L. (5 de noviembre de 2003). "Pruebas para la despolimerización de poliacrilamidas como fuente potencial de acrilamida en alimentos calentados". Revista de Química Agrícola y Alimentaria . 51 (23): 6715–6718. doi : 10.1021 / jf0302308 . PMID 14582965 .
- ^ Smith EA; Prues SL; Oehme FW. (Junio de 1997). "Degradación ambiental de poliacrilamidas. II. Efectos de la exposición ambiental (al aire libre)" . Ecotoxicología y seguridad ambiental . 37 (1): 76–91. doi : 10.1006 / eesa.1997.1527 . PMID 9212339 . Archivado desde el original el 20 de abril de 2016 . Consultado el 2 de noviembre de 2007 .
- ^ Kay-Shoemake JL; Watwood ME; Lentz RD; Sojka RE. (Agosto de 1998). "Poliacrilamida como fuente de nitrógeno orgánico para microorganismos del suelo con efectos potenciales sobre el nitrógeno inorgánico del suelo en suelos agrícolas" . Biología y Bioquímica del Suelo . 30 (9/8): 1045–1052. doi : 10.1016 / S0038-0717 (97) 00250-2 .
- ^ Gao JP; Lin T; Wang W; Yu JG; Yuan SJ; Wang SM. (1999). "Degradación química acelerada de poliacrilamida". Simposios macromoleculares . 144 : 179-185. doi : 10.1002 / masy.19991440116 . ISSN 1022-1360 .
- ^ Ver Vers LM. (Diciembre de 1999). "Determinación de monómero de acrilamida en estudios de degradación de poliacrilamida mediante cromatografía líquida de alta resolución" . Revista de ciencia cromatográfica . 37 (12): 486–494. doi : 10.1093 / chromsci / 37.12.486 . PMID 10615596 .