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2026-03-16T09:08:31Z

Synthese: lf

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{{Infobox Polymer
|Strukturformel = [[Datei:Polyacrylsäure.svg|100px|Struktur von Polyacrylsäure]]
|Polymertyp = 1
|Name = Polyacrylsäure
|Andere Namen = * Carbomer ([[Freiname]])<ref name="inn-list">''[https://www.who.int/publications/m/item/inn-rl-09 INN Recommended List 9]'', World Health Organisation (WHO), 8. Oktober 1969.</ref>
* CARBOMER ([[INCI]])
* Carbopol ([[Markenname]])
* Polypropensäure
* Poly(1-carboxyethylen)
* Acidum polyacrylicum
* Carboxyvinylpolymer
* Polyacrylic acid (PAA) (englisch)
|CAS = {{CASRN|9003-01-4}}
|PubChem = 6581
|Polymerart =
|Beschreibung =
|Bausteine = [[Acrylsäure]]
|Summenformel = C3H4O2
|Molare Masse = 72,06 g·[[mol]]−1
|Aggregat = fest
|Dichte = 1,4 g·cm−3<ref name="PhEURKommentar">Bracher, Heisig, Langguth, Mutschler, Rücker, Scriba, Stahl-Biskup, Troschütz: ''Arzneibuch-Kommentar. Wissenschaftliche Erläuterungen zum Arzneibuch.'' Gesamtwerk mit 36. Aktualisierungsauslieferung 2010. WVG Stuttgart und Govi-Verlag – Pharmazeutischer Verlag, Eschborn, ISBN 3-8047-2115-X.</ref>
|Schmelzpunkt =
|Glastemperatur = 100–105 °C<ref name="pharmainfo.net" />
|Druckfestigkeit =
|Härte =
|Schlagzähigkeit =
|Kristallinität =
|Elastizitätsmodul =
|Poissonzahl =
|Wasseraufnahme =
|Löslichkeit = * > 10 g·l−1 in [[1,4-Dioxan|Dioxan]], [[Dimethylformamid]], [[Glycerol]], [[Ethanol]], [[Methanol]] (bei 25 °C)<ref name="PhEURKommentar" />
* in [[Aceton]], [[Cyclohexan]], [[Benzol]], [[Diethylether]] unlöslich<ref name="PhEURKommentar" />
|Elektrische Leitfähigkeit =
|Bruchdehnung =
|Chemische Beständigkeit =
|Viskositätszahl =
|Wärmeformbeständigkeit =
|Wärmeleitfähigkeit =
|Thermischer Ausdehnungskoeffizient =
|Quelle GHS-Kz = <ref name="Sigma1">{{Sigma-Aldrich|ALDRICH|306223|Name=Poly(acrylic acid), average Mv ~3,000,000|Abruf=2017-12-03}}</ref>
|GHS-Piktogramme = für Beimischungen an Benzol enthaltende Polyacrylsäure {{GHS-Piktogramme-klein|08}}
|GHS-Signalwort = Gefahr
|H = {{H-Sätze|340|350}}
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|Quelle P = <ref name="Sigma1" />
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* {{ToxDaten|Typ=LD50 |Organismus=Maus |Applikationsart=oral |Wert=4,6 g·kg−1|Bezeichnung=Carbopol 934|Quelle=<ref name="PhEURKommentar" />}}
* {{ToxDaten|Typ=LD50 |Organismus=Meerschweinchen |Applikationsart=oral |Wert=2,5 g·kg−1|Bezeichnung=Carbopol 934|Quelle=<ref name="PhEURKommentar" />}}
* {{ToxDaten|Typ=LD50 |Organismus=Hund |Applikationsart=oral |Wert=> 8 g·kg−1|Bezeichnung=Carbopol 934|Quelle=<ref name="PhEURKommentar" />}}
}}

'''Polyacrylsäure''' ist eine synthetisch hergestellte organische Verbindung und ein hochmolekulares [[Polymer]] der [[Acrylsäure]]. Polyacrylsäure liegt in der Regel als [[hygroskopisch]]es, weißes Pulver vor und ist entweder geruchlos oder weist einen schwach säuerlichen Geruch auf.

Polyacrylsäure vermag unter Wasseraufnahme im [[pH-Wert|pH]]-neutralen bis schwach basischen Bereich [[Gel]]e zu bilden und wird deshalb als Verdickungsmittel verwendet, etwa in pharmazeutischen und kosmetischen Zubereitungen, aber auch in Anstreichfarben, Schmiermitteln und anderen technisch verwendeten Produkten.

Polyacrylsäure kommt in verschiedenen [[Polymerisationsgrad]]en vor.

== Eigenschaften ==
Polyacrylsäure – als Pulver – ist weiß, hygroskopisch, entweder ohne wahrnehmbaren Geruch oder leicht säuerlich riechend. Das Polymer ist wenig quervernetzt und enthält 56 % bis 68 % [[Carboxygruppe]]n. Der pKA-Wert liegt bei 6,0 ± 0,5 (Carbopol 934).<ref name="pharmainfo.net" /> Die Angaben zur [[Schüttdichte]] variieren zwischen ca. 0,2 g·cm−3<ref name="pharmainfo.net">Avinash H. Hosmani, Thorat Y.S, Kasture P.V: [https://www.researchgate.net/publication/26578152_Carbopol_and_its_Pharmaceutical_Significance_A_Review ''Carbopol and its Pharmaceutical Significance: A Review'']</ref><ref>personalformulator.com: {{Webarchiv |url=http://www.personalformulator.com/wvss/product_info.php?products_id=89 |text=Thickeners - Carbomer |wayback=20130411230515 |archiv-bot=}}.</ref> und 2,08 g·cm−3<ref name="handb">Ray C. Rowe, Paul J. Sheskey, P. J. Weller (Hrsg.): ''Handbook of Pharmaceutical Excipients.'' 5. Auflage. 2006, S. 112.</ref> bei einer Teilchengröße von 2 bis 6 µm. Polyacrylsäuregranulate haben Korngrößen von etwa 180 bis 425 µm.

1%ige wässrige Polyacrylsäuresuspensionen weisen einen pH-Wert von 2,5 bis 3,2 auf. Erst nach Zugabe eines [[Protonenakzeptor]]s [z. B. [[Trometamol]] (Tris), [[Ammoniumhydroxid]] (Ammoniakwasser) oder [[Natriumhydroxid]] (Natronlauge)] setzt die Gelbildung ein: die Carboxygruppen werden [[Deprotonierung|deprotoniert]] und stoßen sich ab, die zuvor geknäuelten Polymerketten strecken sich und bilden ein Linearkolloidgerüst, in welches das Wasser eingelagert wird. Die Gelbildung ist pH-abhängig. Wird ein bestimmter pH-Wert überschritten, bricht das Gelgerüst zusammen und das Gel verflüssigt sich. Auch gegenüber starken Säuren, mehrfach geladenen [[Kation]]en und kationischen Polymeren sind die Gelstrukturen empfindlich.<ref name="HagersEnzyklop">[http://www.justscience.de/ DrugBase: Hagers Enzyklopädie].</ref> Bereits geringe Kationenkonzentrationen (etwa [[Calcium|Ca]]2+, [[Aluminium|Al]]3+) können zur Verflüssigung bzw. Koagulation ([[Ausflockung]]) des Gels führen. Stabilisierend wirkt sich in solchen Fällen die [[Komplexierung]] der mehrwertigen Kationen mit beispielsweise [[Natriumedetat]] aus.

Je nach Polymerisationsgrad ([[Molmasse]]) unterscheidet man verschiedene Typen, deren Gele sich in ihrer [[Viskosität]] unterscheiden.

=== Pharmazeutisch verwendete Typen ===
Das US-amerikanische Arzneibuch ([[United States Pharmacopeia|USP]]) differenziert [[homopolymer]]e Polyacrylsäuren ('''Carbomere''') in die Typen A, B und C, deren Gele sich durch unterschiedliche, pharmazeutisch relevante Viskositäten auszeichnen. Diese korrespondieren mit der sogenannten viskositätsmittleren molaren Masse Mv (''Viscosity Average Molecular Weight''),<ref>Polymer Science Learning Center: [http://pslc.ws/macrog/weight.htm ''Viscosity Average Molecular Weight.'']</ref> die näherungsweise über die Viskosität ermittelt und ebenfalls zur Unterscheidung der Typen verwendet wird.

{| class="wikitable"
|- class="hintergrundfarbe5"
! Carbomer-Homopolymer, Typ nach USP || width="20%" | A || width="20%" | B || width="20%" | C
|-
| Viskosität <nowiki>[mPa·s]</nowiki> || 4.000–11.000 || 25.000–45.000 ||40.000–60.000
|-
| Ungefähre relative Molmasse Mv <nowiki>[</nowiki>g·mol−1<nowiki>]</nowiki> || 1.250.000 || 3.000.000
|| 4.000.000
|-
| Handelstypen, benzolfrei (Beispiele) || Carbopol 981, Carbopol 971, Carbopol 71G || Carbopol 974P, Carbopol 984, Carbopol 5984 || Carbopol 980
|-
| colspan="4" | Die Viskositäten werden unter definierten Bedingungen (Konzentration 0,5 %, pH 7,3–7,8 bei 25 °C) mit einem Rotations[[viskosimeter]] (Spindelmesskörper) als relative bzw. „scheinbare“ Viskosität ermittelt.
|-
|}

Pharmazeutische Carbomerqualitäten, die dem Europäischen [[Arzneibuch]] entsprechen, weisen als 0,5%ige Gele Viskositäten von 300 bis 115.000 mPa·s auf.

Die früher bestehende Anwendungsbeschränkung der Polyacrylsäuren auf den äußeren Gebrauch, die auf dem Vorhandensein von Rückständen giftiger Lösemittel ([[Benzol]]) aus dem Syntheseprozess begründete, ist nicht mehr bedeutsam. Pharmazeutische Qualitäten werden heute benzolfrei gefertigt und sind sehr rein (maximaler Benzolgehalt 2 [[Parts per million|ppm]]). Der Anteil an [[monomer]]er Acrylsäure ist auf 0,25 % beschränkt.

Technisch und haushaltstechnisch verwendete Carbomere hingegen enthalten in der Regel Restbenzol.

Carbomere sind als Viskositätserhöher auch für wässrig-alkoholische und alkoholische Zubereitungen geeignet.<ref name="PhEURKommentar" />

Polyacrylsäure ist in der Regel gut hautverträglich und auch auf Schleimhäuten anwendbar; nur in höheren Konzentrationen wirkt sie reizend.

== Synthese ==
Polyacrylsäure wird durch [[Radikalische Polymerisation#Radikalische Polymerisation|radikalische Polymerisation]] in Gegenwart von [[Peroxide]]n, mit [[Azoverbindungen]] oder anderen [[Radikalbildner]]n als Polymerisationsstartern synthetisiert.

=== Startreaktion ===
Zum Kettenstart bricht das Radikal '''1''' die C=C-Doppelbindung der [[Acrylsäure]] '''(2)''' auf und erzeugt das wachstumsfähige Radikal '''3''':

: [[Datei:Polyacrylsäure Synthese Kettenstart V4.svg|rahmenlos|hochkant=1.8|ohne]]

=== Wachstumsreaktion ===
In einer Wachstumsreaktion lagern sich an das Radikal '''3''' [[Monomere]] an. Das heißt, an das Radikal '''3''' lagert sich ein weiteres Molekül der Acrylsäure '''(2)''' an. Durch diese wiederholte Anlagerung der Acrylsäure entsteht immer wieder ein neues Radikal, so dass die Kette immer länger wird. Hierbei ist ''n'' eine natürliche Zahl, die die Anzahl der wiederholten Anlagerungen der Acrylsäure beschreibt:

: [[Datei:Polyacrylsäure Synthese Wachstumsreaktion V4.svg|rahmenlos|hochkant=4.2|ohne]]

=== Abbruchreaktion ===
In den folgenden Darstellungen sind ''m'' und ''n'' natürliche Zahlen, die die Anzahl an vorangegangenen wiederholten Anlagerungen der Acrylsäure in der Wachstumsreaktion beschreiben. Dabei können ''m'' und ''n'' verschieden sein. Das Wachsen der Kette kann durch eine [[Disproportionierung|radikalische Disproportionierung]] beendet werden:

: [[Datei:Polyacrylsäure Synthese Abbruchreaktion3 Disproportionierung V6.svg|rahmenlos|hochkant=4.5|ohne]]

Alternativ kann ein Kettenabbruch durch [[Rekombination (Chemie)|Rekombination]] zweier Radikale stattfinden, z. B. durch die Rekombination zweier Radikale mit einer hohen Molekularmasse:

: [[Datei:Polyacrylsäure Synthese Abbruchreaktion1 Kombination V4.svg|rahmenlos|hochkant=4|ohne]]

Ein konkretes Beispiel sieht so aus:
Acrylsäure wird mit geringen Mengen Allyl-Pentaerythritol, einem organischen Peroxid und einer Mischung aus den Lösungsmitteln Cyclohexan und Essigsäureethylester in einen Polymerisationsreaktor gegeben. Dann wird gemischt, polymerisiert, getrocknet und zerkleinert.<ref name="PhEURKommentar" />

Zur Herstellung der Carbomere nach dem Europäischen Arzneibuch wird mit Polyalkenethern von Zuckern oder Polyalkoholen in geringer Menge quervernetzt.<ref name="Voigt 10">Rudolf Voigt: ''Pharmazeutische Technologie.'' 10. Auflage. Deutscher Apotheker Verlag, Stuttgart 2006, ISBN 3-7692-3511-8, S. 384.</ref> Das US-amerikanische Arzneibuch (USP) führt unter der [[Monographie]] ''Carbomer Homopolymer'' ebenfalls eine Quervernetzung mit Allylethern von mehrwertigen Alkoholen (z. B. [[Pentaerythrit]]) an.

Ebenfalls möglich ist die Herstellung durch Verseifung der entsprechenden Polyacrylnitril-Vorstufen oder durch oxidative Polymerisation von Acrolein und Wasserstoffperoxid.<ref name="PhEURKommentar" />

== Verwendung ==
=== Pharmazeutische und medizinische Verwendung ===
{| class="wikitable float-right"
|- class="hintergrundfarbe5"
! colspan="2" | Verwendung der Carbomere<ref name="handb" />
|-
! Funktion || Konzentration (%)
|-
| Gelbildner || 0,5–2
|-
| Dispergierung || 0,5–1
|-
| Emulgierung || 0,1–0,5
|-
| Bindemittel || 5–10
|}
* Als [[Gel]]bildner in der Herstellung von Arzneiformen zum Auftragen auf Haut und Schleimhäute. Carbomere eignen sich auch für die Herstellung von Haftgelen.<ref name="PhEURKommentar" /> Dazu wird das Carbomer in hoher Konzentration in dickflüssiges [[Paraffin]] eingearbeitet, so dass eine halbfeste Zubereitung entsteht. Erst nach dem Auftragen auf feuchte Schleimhäute entsteht durch Wasseraufnahme das Gel, das eine hohe Haftfähigkeit aufweist.
* Als viskositätserhöhender Hilfsstoff in flüssigen Arzneimitteln zur Verhinderung von [[Sedimentation]]/Aufrahmung in [[Disperses System|dispersen Systemen]] oder Verbesserung der Dosierbarkeit.
* Als Pseudoemulgatoren stabilisieren Carbomere Öl-in-Wasser-Emulsionen. Zur Neutralisation werden langkettige [[aliphatisch]]e Amine wie z. B. [[Stearylamin]] eingesetzt.<ref name="MerckIndexElf">''The Merck Index 11.'' Merck Publications, 1989, ISBN 0-911910-28-X.</ref>
* Als Bindemittel in Tabletten.
* Als Bestandteil in [[Tränenersatzmittel]]n. Durch die feuchtigkeitsbindende Wirkung werden die Schleimhäute der Augen feucht gehalten.

=== Weitere Anwendungsbereiche ===
In emulsionsbasierten Schmiermitteln, in Druckertinte, in Polituren und Wachsen, in Farbe bzw. Anstrichen, in Wasser- oder ölfesten Beschichtungen sowie Kosmetikprodukten findet Polyacrylsäure weitere Anwendung.<ref name="MerckIndexElf" />

== Sicherheitshinweise ==
Polyacrylsäure ist untoxisch und es gehen keine kennzeichnungspflichtigen Gefahren im Sinne der [[Global harmonisiertes System zur Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien|GHS]]-Richtlinien aus. Typen, die aus dem Herstellungsprozess resultierende Beimengungen bedenklicher Stoffe in kennzeichnungspflichter Menge enthalten, sind entsprechend zu kennzeichnen. Benzolhaltige Typen etwa werden als krebserregend eingestuft.<ref name="Sigma1" /> Benzolfreie Typen haben keine Gefahrstoffkennzeichnung.<ref name="Sigma2">{{Sigma-Aldrich|ALDRICH|306231|Name=Poly(acrylic acid), average Mv ~4,000,000|Abruf=2017-12-03}}</ref>

In der Schweiz wurde der [[MAK-Wert]] auf 0,05 mg·m−3 (gemessen als [[alveolengängiger Staub]]) festgelegt.<ref>{{SUVA-MAK |Name=Polyacrylsäure (neutralisiert, vernetzt) |CAS-Nummer=9003-01-4 |Abruf=2024-12-30}}</ref>

Alle Typen können ein explosives Staub-Luftgemisch bilden.

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Gesundheitshinweis}}

{{SORTIERUNG:Polyacrylsaure}}
[[Kategorie:Alkensäure]]
[[Kategorie:Pharmazeutischer Hilfsstoff]]
[[Kategorie:Kosmetischer Inhaltsstoff]]
[[Kategorie:Polyacrylat]]

Polyacrylsäure - Versionsgeschichte

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