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Articulo de referencia

Poliacrilamida

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La poliacrilamida (abreviada como PAM o pAAM) es un polímero con la fórmula (-CH₂CHCONH₂- ) . Posee una estructura de cadena lineal. La PAM es altamente absorbente de agua y forma un gel blando al hidratarse. En 2008, se estima que se produjeron 750 000 000 kg , principalmente para el tratamiento de aguas y las industrias papelera y minera. [ 1 ] 

Propiedades fisicoquímicas

La poliacrilamida es una poliolefina . Puede considerarse como polietileno con sustituyentes amida en carbonos alternos. A diferencia de varios nylons , la poliacrilamida no es una poliamida porque los grupos amida no se encuentran en la cadena principal del polímero. Debido a la presencia de los grupos amida (CONH₂ ) , los átomos de carbono alternos en la cadena principal son estereogénicos (quirales). Por esta razón, la poliacrilamida existe en formas atáctica, sindiotáctica e isotáctica, aunque este aspecto rara vez se discute. 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 diversos alcoholes. La reticulación se puede lograr con 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, transformando algunos sustituyentes amida en carboxilatos. Esta hidrólisis confiere al polímero una particular hidrofilicidad. El polímero obtenido a partir de N,N-dimetilacrilamida es resistente a la hidrólisis.

Entre los copolímeros de acrilamida se incluyen los derivados del ácido acrílico.

Usos

En las décadas de 1970 y 1980, el uso proporcionalmente mayor de estos polímeros fue en el tratamiento de aguas. [ 2 ] La siguiente aplicación principal en 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 petrolera y minera. [ 1 ]

Floculación

Uno de los principales usos de la poliacrilamida es la floculación de sólidos en líquidos. Este proceso se aplica al tratamiento de aguas y a procesos como la fabricación de papel y la serigrafía. La poliacrilamida se puede suministrar en polvo o en forma líquida; esta última se subclasifica como polímero en solución o en emulsión.

Aunque estos productos suelen denominarse "poliacrilamida", muchos son en realidad copolímeros de acrilamida y una o más sustancias, como ácido acrílico o una sal del mismo. Estos copolímeros presentan propiedades de humectación e hinchamiento modificadas.

Las formas iónicas de la poliacrilamida han adquirido gran importancia en la industria del tratamiento de agua potable . Las sales de metales trivalentes, como el cloruro férrico y el cloruro de aluminio , se unen mediante las largas cadenas poliméricas de la poliacrilamida. Esto resulta en una mejora significativa de la tasa de floculación , lo que permite a las plantas de tratamiento de agua optimizar la eliminación del contenido orgánico total (COT) del agua cruda.

Industria de los 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 gracias al aumento de la viscosidad. Se pueden generar soluciones acuosas de alta viscosidad con bajas concentraciones de polímeros de poliacrilamida, las cuales se inyectan para mejorar la rentabilidad de la inyección de agua convencional. En otra aplicación, 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 poliméricas a concentraciones de 30 a 3000 mg/L. [ 3 ]

Acondicionamiento del suelo

Las funciones principales de los acondicionadores de suelo de poliacrilamida son aumentar la estructura, la aireación y la porosidad del suelo, y reducir la compactación, el polvo y la escorrentía de agua. Las aplicaciones típicas son de 10 mg/L, lo que aún resulta costoso para muchas aplicaciones. [ 3 ] Las funciones secundarias son aumentar el vigor, el color, la apariencia, la profundidad de las raíces y la germinación de las semillas de las plantas, a la vez que disminuyen las necesidades de agua, las enfermedades, la erosión y los gastos de mantenimiento. El FC 2712 se utiliza para este fin.

Laboratorios de biología molecular

La poliacrilamida también se usa frecuentemente 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 laboratorios de biología molecular, incluyendo el uso de poliacrilamida lineal (LPA) como portador , que ayuda a 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, bajo ciertas condiciones, puede usarse para precipitar selectivamente solo especies de ARN de una mezcla de ácidos nucleicos. [ 7 ]

Mecanobiología

El módulo elástico de la poliacrilamida puede modificarse variando la proporción de monómero a agente 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 específicos

Este polímero también se utiliza para fabricar los juguetes Gro-Beast, que se expanden al sumergirlos en agua, como los Test Tube Aliens . Asimismo, las propiedades absorbentes de uno de sus copolímeros pueden emplearse como aditivo en polvos corporales.

Se ha utilizado como relleno subdérmico para cirugía estética facial.

También se utilizó en la síntesis del primer fluido de Boger .

Efectos ambientales

Considerando el volumen de poliacrilamida producido, estos materiales han sido objeto de un exhaustivo escrutinio en lo que respecta a sus impactos ambientales y en la salud. [ 11 ] [ 12 ]

La poliacrilamida es de baja toxicidad, pero su precursor, la acrilamida, es una neurotoxina y un carcinógeno . [ 1 ] Por lo tanto, la preocupación se centra naturalmente en la posibilidad de que la poliacrilamida esté contaminada con acrilamida . [ 12 ] [ 13 ] Se realizan esfuerzos considerables para eliminar los restos de acrilamida del polímero destinado a ser utilizado cerca de 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 en acrilamida [ 15 ] ha sido ampliamente cuestionada. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]

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

Véase también

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 Herth G, Schornick G, Buchholz F (2015). "Poliacrilamidas y poli(ácidos acrílicos)". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. págs. 1–16 . doi : 10.1002/14356007.a21_143.pub2 . ISBN  978-3-527-30673-2.
  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 del original el 30 de diciembre de 2017. Consultado el 30 de noviembre de 2013 .
  3. 1 2 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 en disco" . Pipeline.com . Archivado del original el 26 de septiembre de 2011. Consultado el 11 de junio de 2012 .citando: Ornstein L (diciembre de 1964). "Electroforesis en 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. 1 2 Raymond S, Weintraub L (septiembre de 1959). "Gel de acrilamida como medio de soporte para electroforesis de 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 . 
  6. ↑ Gaillard C, Strauss F (enero de 1990). "Precipitación de ADN con etanol utilizando poliacrilamida lineal como portador" . Nucleic Acids Research . 18 (2): 378. doi : 10.1093 / nar/18.2.378 . PMC 330293. PMID 2326177 .  
  7. 1 2 Muterko A (2022-01-02). "Precipitación selectiva de ARN con poliacrilamida lineal". Nucleósidos, Nucleótidos y Ácidos Nucleicos . 41 (1): 61– 76. doi : 10.1080/15257770.2021.2007397 . PMID 34809521 . S2CID 244490750 .  
  8. ↑ Sigma-Aldrich. "GenElute-LPA" . biocompare.com . Archivado del original el 18 de julio de 2011.
  9. ↑ Denisin AK, Pruitt BL (agosto de 2016). "Ajuste del rango de rigidez del gel de poliacrilamida para aplicaciones en mecanobiología". ACS Applied Materials & Interfaces . 8 (34): 21893– 21902. Bibcode : 2016AAMI....821893D . doi : 10.1021/acsami.5b09344 . PMID 26816386 . 
  10. ↑ Pelham RJ, Wang Y (diciembre de 1997). "La locomoción celular y las adhesiones focales están reguladas por la flexibilidad del sustrato" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 94 (25): 13661– 13665. Bibcode : 1997PNAS...9413661P . doi : 10.1073/pnas.94.25.13661 . PMC 28362. PMID 9391082 .  
  11. ↑ Environment Canada ; Health Canada (agosto de 2009). "Evaluación preliminar para el desafío: 2-propenamida (acrilamida)" . Environment and Climate Change Canada . Gobierno de Canadá.
  12. 1 2 Dotson GS (abril de 2011). "Perfil de notación cutánea (SK) del NIOSH: acrilamida [ CAS n.° 79-06-1 ] " (PDF) . Publicación DHHS (NIOSH) n.° 2011-139 . Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH).
  13. ↑ Woodrow JE, Seiber JN, Miller GC (abril de 2008). "Liberación de acrilamida resultante de la irradiación solar de mezclas acuosas de poliacrilamida/hierro". Journal of Agricultural and Food Chemistry . 56 (8): 2773– 2779. Bibcode : 2008JAFC...56.2773W . doi : 10.1021/jf703677v . PMID 18351736 . 
  14. ↑ Ahn JS, Castle L (noviembre de 2003). "Pruebas para la despolimerización de poliacrilamidas como fuente potencial de acrilamida en alimentos calentados". Journal of Agricultural and Food Chemistry . 51 (23): 6715– 6718. Bibcode : 2003JAFC...51.6715A . doi : 10.1021/jf0302308 . PMID 14582965 . 
  15. ↑ Smith EA, Prues SL, Oehme FW (junio de 1997). "Degradación ambiental de poliacrilamidas. II. Efectos de la exposición ambiental (exterior)" . Ecotoxicología y seguridad ambiental . 37 (1): 76–91 . doi : 10.1006/eesa.1997.1527 . PMID 9212339. Archivado del original el 20 de abril de 2016. Recuperado el 2 de noviembre de 2007 . 
  16. ↑ Kay-Shoemake JL, Watwood ME, Lentz RD, Sojka RE (agosto de 1998). "Poliacrilamida como fuente de nitrógeno orgánico para microorganismos del suelo con posibles efectos sobre el nitrógeno inorgánico del suelo en suelos agrícolas" . Soil Biology and Biochemistry . 30 (8/9): 1045–1052 . Bibcode : 1998SBiBi..30.1045K . doi : 10.1016/S0038-0717(97)00250-2 . Archivado del original el 18 de abril de 2021.
  17. ↑ Gao J, Lin T, Wang W, Yu J, Yuan S, Wang S (1999). "Degradación química acelerada de la poliacrilamida". Macromolecular Symposia . 144 : 179–185 . doi : 10.1002/masy.19991440116 . ISSN 1022-1360 . 
  18. ↑ Ver Vers LM (diciembre de 1999). "Determinación del monómero de acrilamida en estudios de degradación de poliacrilamida mediante cromatografía líquida de alta resolución" . Journal of Chromatographic Science . 37 (12): 486– 494. doi : 10.1093/chromsci/37.12.486 . PMID 10615596 . 
  19. ↑ Nyyssölä A, Ahlgren J (abril de 2019). "Degradación microbiana de la poliacrilamida y el producto de desaminación poliacrilato" . International Biodeterioration & Biodegradation . 139 : 24–33 . Bibcode : 2019IBiBi.139...24N . doi : 10.1016/j.ibiod.2019.02.005 . S2CID 92617790 . 
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