Esiste un gruppo di polimeri, gli acrilici, che possono essere considerati a base di acido acrilico, più formalmente chiamato acido propenoico.
L’acido polimerizza tramite polimerizzazione per addizione per ottenere l’acido poli-propenoico (acido poliacrilico).
Altri composti, basati sull’acido, che formano polimeri acrilici includono gli esteri metilici, etilici e butilici dell’acido 2-propenoico.
Ciascuno di questi esteri può essere polimerizzato: ad esempio l’estere metilico forma questo polimero acrilico:
Altri due importanti monomeri, basati sull’acido, sono 2-propenen-nitrile (propenitrile, acrilonitrile) e 2-propenammide (acrilammide).
Si può vedere che i polimeri hanno la struttura di base degli acrilici sopra mostrati.
Il poli-metil-2-metilpropenoato (poli-metil-metacrilato) è un altro importante polimero ed è noto semplicemente come acrilico o vetro acrilico. Si basa sull’estere metilico dell’acido 2-metilpropenoico (acido metacrilico).
Questo sito web contiene tre unità sugli acrilici:
- Acido poli-propenoico (acido poliacrilico)
- Poli-propenonitrile (poliacrilonitrile)
- Poli-metil-2-metilpropenoato (poli-metil-metacrilato)
Quest’unità si occupa dell’acido 2-propenoico (acido acrilico), dei suoi esteri e dei polimeri da essi prodotti.
Impieghi dell’acido poli-propenoico (acido poliacrilico)
Il poli-acido propenoico viene utilizzato nei detergenti per rimuovere gli ioni calcio e magnesio dall’acqua, addolcendola in tal modo. Ciò ha comportato che non vi è bisogno di utilizzare i fosfati a questo scopo producendo così un detergente molto più rispettoso dell’ambiente.
Per gentile concessione di BASF
Un secondo utilizzo è la produzione dei cosiddetti superassorbenti. Questi sono polimeri principalmente di acido 2-propenoico e sodio propenoato. La polimerizzazione è iniziata ad esempio con perossodisolfato di potassio (K2S2O8), o d’ammonio, che si decompone per formare radicali. Un altro composto è aggiunto contemporaneamente per reticolare le catene tramite i gruppi carbossilici. Uno di questi composti è N, N’-metilen-bis(2-propenammide). Si forma un gel idroassorbente che si idrata più di 1000 volte la sua massa (Figura 1) e viene utilizzato come base per i pannolini usa-e-getta. Circa il 40 % dell’acido viene utilizzato in questo modo e circa il 20 % nel trattamento delle acque[1].
[1] Market Research Store citato da GlobeNewswire 2018.
Impieghi di poli-propenoati (poliacrilati)
I polimeri derivati dagli esteri dell’acido 2-propenoico sono usati come base in molte pitture e vernici. I polimeri dei propenoati di etile e butile sono utilizzati nelle vernici a emulsione su base acquosa, così come il copolimero di propenoato di butile e metile (2-metilpropenoato). Il metil-propenoato è utilizzato per produrre un copolimero con acrilonitrile, una delle fibre “acriliche” più utilizzate. I propenoati di metile ed etile sono copolimerizzati con 2-metilpropenoato di metile come aiuto nella fabbricazione del poli-2-metilpropenoato di metile, la gamma di polimeri nota come il PERSPEX®.
Impieghi dell’acido 2-propenoico (acido acrilico)
Circa il 50% dell’acido acrilico prodotto è utilizzato per produrre esteri, principalmente propenoati di metile, etile e butile. Questi sono, a loro volta, polimerizzati (vedi sotto). Circa il 30 % viene utilizzato per produrre poli-acido propenoico e quindi superassorbenti.
Produzione annuale di acido 2-propenoico (acido acrilico)
| Mondo | 5,9 milioni di tonnellate2 |
Produzione di acido 2-propenoico (acido acrilico)
L’acido propenoico è prodotto dal propilene in due fasi. Il primo stadio è l’ossidazione del propilene a propenale (acroleina). L’alchene e l’aria vengono miscelati e fatti passare su un catalizzatore eterogeneo riscaldato, spesso una miscela di ossidi di bismuto (III) e molibdeno (VI) su silice, a circa 650 °K:
La seconda fase si verifica quando propenale e aria vengono fatti passare su un altro catalizzatore, una miscela di ossidi di vanadio (V) e molibdeno (VI) su silice a circa 550 °K:
Produzione di acido poli-propenoico (acido poliacrilico)
La polimerizzazione dell’acido 2-propenoico è un processo a radicali liberi, che utilizza un perossido organico come iniziatore. Può essere effettuato con il monomero puro (noto come polimerizzazione in massa), ma più spesso viene polimerizzato in soluzione acquosa o come emulsione, anche in acqua:
Fabbricazione dei poli-propenati (poliacrilati)
L’acido 2-propenoico è fatto reagire con un alcol (ad esempio, metanolo, etanolo, 1-butanolo) in fase liquida con una traccia di acido solforico come catalizzatore per produrre gli esteri. Per esempio:
Successivamente gli esteri vengono polimerizzati, mediante un processo a radicali liberi, utilizzando un perossido organico come iniziatore. Può essere utilizzato il monomero puro (nel processo noto come polimerizzazione in massa), ma ancora più frequentemente la reazione è condotta in una soluzione acquosa o in un’emulsione acquosa. Per esempio:
Se sono richiesti copolimeri degli esteri, i due monomeri vengono miscelati prima della reazione di polimerizzazione in condizioni similari.
Un poscritto sul propilene
Tutti i polimeri propenoati (acrilici) derivano dal propilene, come mostra il riepilogo:
Ultimo aggiornamento 29 Ottobre 2018
Edizione italiana a cura di Salvatore Parisi e Valter Ballantini, 21 novembre 2020
Foto in alto da Kaneka