Poliacrilammide: usi, importanza e sostenibilità

La poliacrilammide (PAM) è un polimero sintetico ampiamente utilizzato con notevoli applicazioni in campo industriale e può essere facilmente formulato con pesi molecolari elevati dell’ordine di diversi milioni di g/mol.

Nell’ambito della chimica sostenibile sono stati studiati compositi di nanocristalli di cellulosa con polimeri che hanno dato un contributo significativo allo sviluppo di materiali biodegradabili e biocompatibili e materiali funzionali con proprietà utili.

Nel caso della poliacrilammide per la presenza di gruppi amminici e carbonilici che possono formare legami a idrogeno con i gruppi idrossilici della cellulosa, si ha un miglioramento delle proprietà termiche e meccaniche dei compositi risultanti.

La poliacrilammide presenta il vantaggio di subire una rapida biodegradazione in condizioni aerobiche da parte di microrganismi nel suolo e nell’acqua mediante deaminazione con formazione di acido acrilico e ammoniaca, che vengono utilizzati come fonti di carbonio e azoto.

Numerosi studi hanno dimostrato che il batterio del suolo Gram- negativo Pseudomonas stutzeri , gli Rhodococcus e i batteri del genere Xanthomonas sono in grado di biodegradare il polimero.

Proprietà della poliacrilammide

È un polimero lineare il cui nome I.U.P.A.C. è  poli(2-propenammide) ed  è ottenuta da acrilammide (AM), dalla combinazione di acrilammide e acido acrilico (AC) o dalla combinazione di acrilammide e acriloilossietiltrimetil ammonio cloruro (DAC).  Si noti che poiché il gruppo ammidico non fa parte dello scheletro carbonioso non si tratta di una poliammide. Essa presenta un carbonio chirale e può presentarsi atattica, sindiotattica e isotattica.

Può presentarsi in diverse forme, come polvere da bianca a giallo chiaro, granuli o sostanze gelatinose e ha una temperatura di transizione vetrosa maggiore di 130°C quindi ben al di sopra della temperatura ambiente. Subisce degradazione termica tra i 175 e i 300°C e può subire fotodegradazione.

Le sue soluzioni acquose sono limpide e trasparenti con una viscosità che aumenta con l’aumentare del peso molecolare del polimero. È insolubile in benzene, toluene, xilene, benzina, cherosene, gasolio, e in quasi tutti i solventi organici ad eccezione di acido acetico, acido acrilico, glicole etilenico, glicerolo e formammide mentre è solubile in acqua.

Le sue soluzioni acquose sono miscibili con la maggior parte delle resine naturali o sintetiche solubili in acqua, la maggior parte dei sali, tensioattivi non ionici, cationici e anionici, anche se alcuni tensioattivi  ne influenzano la viscosità.

Sintesi della poliacrilammide

Il metodo più comunemente utilizzato è la polimerizzazione radicalica in presenza di radicali liberi. Il tipico iniziatore è il  perossidisolfato d’ammonio o persolfato d’ammonio, sale di ammonio dell’acido perossidisolforico, avente formula (NH₄)₂S₂O₈. Esso in soluzione si dissocia dando l’anione S₂O₈^2-  che, in soluzione, si dissocia per dare due radicali solfato:

S₂O₈^2-  ⇄ 2 [SO₄]^–·

Lo stabilizzante solitamente usato è l’ N,N,N’,N’-tetrametiletilendiammina (CH₃)₂NCH₂CH₂N(CH₃)₂.

Dipendentemente dai monomeri utilizzati si ottiene la poliacrilammide cationica (CPAM), anionica (APAM) e neutra detta anche non ionica (PAM).

Come agente reticolante si utilizza l’N, N’-metilen-bis-acrilammide che favorisce la formazione di legami chimici tra le catene polimeriche, creando una struttura tridimensionale reticolata.

Usi

È ampiamente utilizzata nel settore del trattamento delle acque come agente di flocculazione e coagulazione in quanto aiuta a rimuovere le impurità sospese, le particelle solide e le sostanze organiche presenti nell’acqua, migliorando la sua qualità e chiarezza.

Nel settore petrolifero, è utilizzata come additivo per i fluidi di perforazione in quanto ne migliora la viscosità e le proprietà reologiche, facilitando l’estrazione del petrolio e conferisce protezione alle pareti del pozzo.

È  utilizzata nell’industria mineraria per il trattamento delle sospensioni solido-liquido facilitando la separazione dei solidi dalle acque di lavaggio o dalle sospensioni minerarie e favorendo  la sedimentazione e la filtrazione.

La poliacrilammide è utilizzata nell’industria della carta come agente di rafforzamento delle fibre. Inoltre  migliora la formazione del foglio di carta, ne aumenta la resistenza e migliora le proprietà di drenaggio durante la produzione della carta.

In campo agricolo è usata come agente di stabilizzazione del suolo. Essa migliora la struttura del terreno, l’efficienza dell’irrigazione e la ritenzione idrica nel terreno. Viene utilizzata nell’industria tessile come additivo nelle resine di finitura per migliorare la resistenza all’usura e alla piega dei tessuti.

In campo cosmetico è utilizzata per le sue proprietà schiumogene, antistatiche, stabilizzanti e lubrificanti.
È utilizzata nella tecnica di laboratorio PAGE (PolyAcrylamide Gel Electrophoresis) come matrice per l’elettroforesi su gel che è una tecnica fondamentale nella biologia molecolare e nella genetica, ed è utilizzata in una vasta gamma di applicazioni di ricerca e diagnostica.