Акриловая кислота

Акриловая кислота (проп-2-еновая кислота, CH₂=CHCOOH) — простейшая непредельная одноосновная карбоновая кислота. Представляет собой бесцветную жидкость с резким, раздражающим запахом, смешивается с водой, спиртами и эфирами в любых соотношениях. Относится к классу ненасыщенных карбоновых кислот. Является сильным раздражителем кожи, слизистых оболочек и дыхательных путей, обладает выраженной коррозионной активностью. Активно полимеризуется с образованием полиакриловой кислоты и её производных, что обуславливает её широкое промышленное применение.

История

Впервые акриловая кислота была получена в 1843 году немецким химиком Йозефом Редтенбахером (нем. Joseph Redtenbacher) при окислении акролеина — продукта разложения глицерина. Название происходит от латинского acer (острый, едкий) и отражает резкий запах и раздражающие свойства вещества. Промышленное производство акриловой кислоты началось в XX веке, после разработки экономически эффективных методов синтеза из пропилена. Ключевым этапом стало внедрение в 1960-х годах процесса гетерогенного каталитического окисления пропилена, который до сих пор остаётся основным промышленным способом получения.

Физические и химические свойства

Физические свойства

Молекулярная масса: 72,06 г/моль.
Температура плавления: 13,5 °C.
Температура кипения: 141 °C (при атмосферном давлении), с частичной полимеризацией.
Плотность: 1,051 г/см³ (при 20 °C).
Растворимость: неограниченно растворима в воде, этаноле, диэтиловом эфире, ацетоне, хлороформе.
Температура вспышки: 50 °C (в закрытом тигле).
Температура самовоспламенения: 438 °C.

Химические свойства

Акриловая кислота проявляет свойства типичной карбоновой кислоты (образует соли, сложные эфиры, галогенангидриды, амиды) и одновременно непредельного соединения (реакции присоединения по двойной связи).

Основные реакции:

Реакции по карбоксильной группе:

Этерификация со спиртами (образование акрилатов — сложных эфиров акриловой кислоты).
Образование солей (акрилатов металлов) при взаимодействии с основаниями или оксидами.
Получение акрилоилхлорида (CH₂=CHCOCl) под действием тионилхлорида или хлорида фосфора(V).
Получение амида (акриламида) при реакции с аммиаком.

Реакции по двойной связи:

Полимеризация: наиболее важная реакция. Акриловая кислота легко полимеризуется по радикальному механизму с образованием полиакриловой кислоты (гомополимер) или сополимеров с другими мономерами (стирол, метилметакрилат, бутадиен). Реакция инициируется пероксидами, УФ-излучением, нагреванием.
Присоединение: двойная связь вступает в реакции гидрирования (образование пропионовой кислоты), галогенирования (2,3-дигалогенпропионовая кислота), гидратации (образование 3-гидроксипропионовой кислоты), присоединения аммиака (3-аминопропионовая кислота) и других нуклеофилов (реакция Михаэля).

Промышленное получение

Основной промышленный метод — газофазное каталитическое окисление пропилена (пропена) в две стадии:

Окисление пропилена до акролеина (CH₂=CHCHO) на молибден-висмутовом катализаторе при 300–350 °C.
Окисление акролеина до акриловой кислоты на молибден-ванадиевом катализаторе при 250–300 °C.

Суммарное уравнение: CH₂=CHCH₃ + 1,5 O₂ → CH₂=CHCOOH + H₂O.

Выход целевого продукта составляет 85–95%. Процесс требует точного контроля температуры и соотношения реагентов для предотвращения полного окисления до CO₂ и H₂O.

Другие методы (менее распространённые):

Гидратация ацетилена (реакция Реппе): ацетилен, монооксид углерода и вода под давлением в присутствии никелевого катализатора.
Гидролиз акрилонитрила (CH₂=CHCN) в присутствии серной кислоты.
Окисление пропилена в жидкой фазе (менее селективно).

Применение

Основная область использования акриловой кислоты — производство её сложных эфиров (акрилатов) и полимеров на их основе. Около 60% производимой в мире акриловой кислоты расходуется на получение бутилакрилата, этилакрилата и метилметакрилата.

Производство полимеров и сополимеров

Полиакриловая кислота (ПАК): водорастворимый полимер, применяется как загуститель, диспергатор, флокулянт. Используется в производстве моющих средств, водоочистке, нефтедобыче.
Сополимеры акриловой кислоты с акриламидом, стиролом, малеиновым ангидридом. Широко применяются в составе:
Водоэмульсионных красок и лаков (как плёнкообразующее вещество).
Клеев и герметиков (в том числе «суперклеев» на основе цианоакрилатов).
Текстильных и кожевенных пропиток.
Суперабсорбентов (полиакрилаты натрия) — для подгузников, гигиенических прокладок, сельскохозяйственных влагоудерживающих составов.

Другие области

Производство акрилового стекла (полиметилметакрилат, ПММА) — прозрачного твёрдого пластика, используемого в остеклении, линзах, светильниках.
Синтез акриламида — мономера для полиакриламида, используемого в водоочистке, нефтедобыче, бумажной промышленности.
Производство ионообменных смол и хелатирующих агентов.
В медицине — как компонент стоматологических материалов, контактных линз, хирургических клеев.

Безопасность и токсичность

Акриловая кислота является токсичным и едким веществом. Относится ко 2-му классу опасности (высокоопасные вещества) по ГОСТ 12.1.007-76.

Острое воздействие: вызывает сильное раздражение кожи (химические ожоги), глаз (риск потери зрения), слизистых оболочек дыхательных путей (отёк лёгких, бронхоспазм). При попадании внутрь — некроз слизистой ЖКТ, шок.
Хроническое воздействие: при длительном контакте возможны дерматиты, сенсибилизация (аллергические реакции).
Пожароопасность: горючая жидкость с температурой вспышки 50 °C. Образует взрывоопасные смеси с воздухом в концентрациях 2,4–8,0% об. Полимеризация при нагревании может протекать с взрывным выделением тепла.

Меры предосторожности:

Работа в вытяжном шкафу с использованием средств индивидуальной защиты (перчатки из бутилкаучука, защитные очки, респиратор с фильтром от органических паров).
Хранение в герметичной таре из нержавеющей стали или стекла, в прохладном, хорошо вентилируемом месте, вдали от источников тепла и инициаторов полимеризации. Для предотвращения самопроизвольной полимеризации добавляют ингибиторы (гидрохинон, метилгидрохинон, фенотиазин) в концентрации 0,001–0,1%.
При разливе — нейтрализация раствором соды (Na₂CO₃) или извести (Ca(OH)₂), затем смыв большим количеством воды.

Экологические аспекты

Акриловая кислота и её производные могут попадать в окружающую среду со сточными водами химических предприятий. В водной среде она подвергается биологическому разложению (БПК₅ — 0,6–1,0 мг O₂/мг), но в высоких концентрациях токсична для водных организмов (LC₅₀ для рыб — 10–100 мг/л). В атмосфере быстро разлагается под действием УФ-излучения (период полураспада — несколько часов). В почве сорбируется органическим веществом и постепенно разлагается микроорганизмами. Полимеры на основе акриловой кислоты (полиакрилаты) считаются биоинертными и не представляют острой экологической опасности, однако их накопление в окружающей среде (например, в виде микропластика из суперабсорбентов) вызывает обеспокоенность.

Источники

Химическая энциклопедия. Том 1. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — С. 78-80.
Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. 5th ed. — Wiley, 2004. — Vol. 1, p. 350-400.
Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. — Wiley-VCH, 2012. — Vol. 1, p. 1-30.
ГОСТ 12.1.007-76. Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности.
IPCS (International Programme on Chemical Safety). Acrylic Acid. — WHO, 1999. (Environmental Health Criteria 191).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →