Polyacrylamide

Le polyacrylamide (abrégé en PAM ou pAAM) est un polymère de formule (-CH ₂ CHCONH ₂ -). Il a une structure à chaîne linéaire. Le PAM absorbe très bien l'eau et forme un gel mou lorsqu'il est hydraté. En 2008, on estime que 750 000 000 kg ont été produits, principalement pour le traitement des eaux et les industries du papier et des minéraux.

Le polyacrylamide est une polyoléfine . Il peut être considéré comme du polyéthylène avec des substituants amides sur des carbones alternés. Contrairement à divers nylons , le polyacrylamide n'est pas un polyamide car les groupes amides ne sont pas dans le squelette du polymère. En raison de la présence des groupes amides (CONH ₂ ), les atomes de carbone alternés dans le squelette sont stéréogéniques (familièrement : chiraux). Pour cette raison, le polyacrylamide existe sous des formes atactiques, syndiotactiques et isotactiques, bien que cet aspect soit rarement abordé. La polymérisation est initiée par des radicaux et est supposée être stéréoaléatoire.

Le polyacrylamide linéaire est un polymère soluble dans l'eau. D'autres solvants polaires comprennent le DMSO et divers alcools. La réticulation peut être introduite en utilisant le N,N-méthylènebisacrylamide . Certains matériaux réticulés sont gonflables mais non solubles, c'est-à-dire qu'ils sont des hydrogels .

L'hydrolyse partielle se produit à température élevée dans les milieux aqueux, transformant certains substituants amides en carboxylates. Cette hydrolyse rend ainsi le polymère particulièrement hydrophile. Le polymère produit à partir de N,N-diméthylacrylamide résiste à l'hydrolyse.

Les copolymères d’ acrylamide comprennent ceux dérivés de l’acide acrylique.

Dans les années 1970 et 1980, l'utilisation la plus importante de ces polymères concernait le traitement de l'eau. La deuxième application majeure en termes de poids est celle des additifs pour le traitement de la pâte à papier et la fabrication du papier . Environ 30 % du polyacrylamide est utilisé dans les industries pétrolières et minérales.

L'une des principales utilisations du polyacrylamide est la floculation des solides dans un liquide. Ce procédé s'applique au traitement de l'eau et à des procédés tels que la fabrication du papier et la sérigraphie. Le polyacrylamide peut être fourni sous forme de poudre ou de liquide, la forme liquide étant subdivisée en polymères en solution et en émulsion.

Bien que ces produits soient souvent appelés « polyacrylamide », beaucoup d'entre eux sont en fait des copolymères d' acrylamide et d'une ou plusieurs autres espèces, comme un acide acrylique ou un sel de celui-ci. Ces copolymères ont une mouillabilité et une gonfabilité modifiées.

Les formes ioniques du polyacrylamide ont trouvé un rôle important dans l' industrie du traitement de l'eau potable . Les sels de métaux trivalents, comme le chlorure ferrique et le chlorure d'aluminium , sont reliés par les longues chaînes polymères du polyacrylamide. Cela entraîne une amélioration significative du taux de floculation . Cela permet aux usines de traitement de l'eau d'améliorer considérablement l'élimination du contenu organique total (COT) de l'eau brute.

Dans l'industrie pétrolière et gazière, les dérivés de polyacrylamide (en particulier les copolymères) ont un effet considérable sur la production en améliorant la récupération du pétrole par augmentation de la viscosité. Des solutions aqueuses à haute viscosité peuvent être générées avec de faibles concentrations de polymères de polyacrylamide, qui sont injectés pour améliorer l'économie de l'injection d'eau classique. Dans une autre application, la fracturation hydraulique bénéficie de la réduction de la traînée résultant de l'injection de ces solutions. Ces applications utilisent de grands volumes de solutions de polymères à une concentration de 30 à 3 000 mg/L.

Les amendements de sol à base de polyacrylamide ont pour principales fonctions d'augmenter la fermeté, l'aération et la porosité du sol et de réduire le compactage, la formation de poussière et le ruissellement des eaux. Les applications typiques sont de 10 mg/L, ce qui reste cher pour de nombreuses applications. Les fonctions secondaires sont d'augmenter la vigueur, la couleur, l'apparence, la profondeur d'enracinement et l'émergence des graines des plantes tout en diminuant les besoins en eau, les maladies, l'érosion et les dépenses d'entretien. Le FC 2712 est utilisé à cette fin.

Le polyacrylamide est également souvent utilisé dans les applications de biologie moléculaire comme milieu pour l'électrophorèse des protéines et des acides nucléiques dans une technique connue sous le nom de PAGE . La PAGE a été utilisée pour la première fois en laboratoire au début des années 1950. En 1959, les groupes de Davis et Ornstein et de Raymond et Weintraub ont publié indépendamment sur l'utilisation de l'électrophorèse sur gel de polyacrylamide pour séparer les molécules chargées . protocole courant dans les laboratoires de biologie moléculaire .

L'acrylamide a d'autres utilisations dans les laboratoires de biologie moléculaire, notamment l'utilisation du polyacrylamide linéaire (LPA) comme support, qui facilite la précipitation de petites quantités d'acides nucléiques (ADN et ARN). De nombreuses sociétés de fournitures de laboratoire vendent du LPA pour cette utilisation. De plus, dans certaines conditions, il peut être utilisé pour précipiter de manière sélective uniquement des espèces d'ARN à partir d'un mélange d'acides nucléiques.

Le module d'élasticité du polyacrylamide peut être modifié en faisant varier le rapport entre le monomère et l'agent de réticulation lors de la fabrication du gel de polyacrylamide. Cette propriété rend le polyacrylamide utile dans le domaine de la mécanobiologie , car un certain nombre de cellules répondent aux stimuli mécaniques.

Le polymère est également utilisé pour fabriquer des jouets Gro-Beast, qui se dilatent lorsqu'ils sont placés dans l'eau, comme les Test Tube Aliens . De même, les propriétés absorbantes de l'un de ses copolymères peuvent être utilisées comme additif dans la poudre corporelle.

Il a été utilisé dans le Botox comme produit de comblement sous-cutané pour la chirurgie esthétique du visage (voir Aquamid ).

Il a également été utilisé dans la synthèse du premier fluide de Boger .

Compte tenu du volume de polyacrylamide produit, ces matériaux ont été scrutés de près en ce qui concerne leurs impacts environnementaux et sanitaires.

Le polyacrylamide est peu toxique, mais son précurseur, l'acrylamide, est une neurotoxine et un cancérigène . Ainsi, les inquiétudes se concentrent naturellement sur la possibilité que le polyacrylamide soit contaminé par l'acrylamide . Des efforts considérables sont déployés pour éliminer les traces d'acrylamide du polymère destiné à être utilisé à proximité des aliments.

En outre, on craint que le polyacrylamide ne se dépolymérise pour former de l'acrylamide. Dans des conditions typiques de cuisson, le polyacrylamide ne se dépolymérise pas de manière significative. L'affirmation selon laquelle le polyacrylamide se transforme en acrylamide a été largement contestée.

Le polyacrylamide est généralement partiellement biodégradé par l'action des amidases , produisant de l'ammoniac et des polyacrylates . Les polyacrylates sont difficiles à biodégrader, mais il a été démontré que certaines cultures de microbes du sol y parviennent dans des conditions aérobies.