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聚乙烯吡咯烷酮的制備與應(yīng)用
閱讀：1624 發(fā)布時間：2022-7-14聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone)，簡稱PVP，是一種非離子型高分子化合物，是N-乙烯基酰胺類聚合物中*具特色，被研究得最深、*泛的精細(xì)化學(xué)品。已發(fā)展成為非離子、陽離子、陰離子3大類，工業(yè)級、醫(yī)藥級、食品級3種規(guī)格，相對分子質(zhì)量從數(shù)千至一百萬以上的均聚物、共聚物和交聯(lián)聚合物系列產(chǎn)品，并以其優(yōu)異*的性能獲得廣泛應(yīng)用。
2017年10月27日，世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構(gòu)公布的致癌物清單初步整理參考，聚乙烯吡咯烷酮在3類致癌物清單中。
制備
PVP是以單體乙烯基吡咯烷酮（NVP）為原料，通過本體聚合、溶液聚合等方法得到。在本體聚合制備過程中，由于存在反應(yīng)體系粘度大，聚合物不容易擴散，聚合反應(yīng)熱不容易移走導(dǎo)致局部過熱等問題，因此得到的產(chǎn)品分子量低，殘留單體的含量高，而且多呈黃色，沒有太大實用價值。工業(yè)上一般都采用溶液聚合法合成PVP。PVP生產(chǎn)聚合有二條主要路線，第一是NVP在有機溶劑中進(jìn)行溶液聚合，然后進(jìn)行蒸汽汽提。第二條路線為NVP單體與水溶性陽離子、陰離子或非離子單體進(jìn)行水溶液聚合。將NVP單體直接加熱到140℃以上，或者在NVP溶液中加入引發(fā)劑加熱，或者在NVP的溶液中（溶劑可以是水、乙醇、苯等）加入引發(fā)劑通過自由基溶液聚合，或者直接用光照射NVP單體或其溶液都可以得到PVP均聚物，聚合方法不同，得到的聚合物結(jié)構(gòu)和性能都有所不同，其中自由基溶液聚合得到的聚合物組成、結(jié)構(gòu)較均勻。性能也比較穩(wěn)定，是NVP均聚最.常用的方法，調(diào)節(jié)單體濃度、聚合溫度、引發(fā)劑用量等反應(yīng)條件即可以得到不同分子量和不同水溶性的PVP均聚物。
工藝一：將NVP配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的溶液，用少量過氧化氫作為催化劑，在偶氮二異.丁腈作用下，于50℃下引發(fā)聚合，使NVP幾乎全部轉(zhuǎn)化成PVP。再向聚合物中加氨水，使殘存的偶氮二異.丁腈分解，單體聚合轉(zhuǎn)化率近100%，固含量50%。
工藝二：在250 mL四口燒瓶中加入0.4g分散劑P（NVP-co-VAc）和80g分散介質(zhì)乙酸乙酯，70℃恒溫水浴攪拌溶解后，加入20g單體NVP和0.15g引發(fā)劑AIBN，氮氣氛圍下反應(yīng)6h，冷卻并過濾，不溶物置于真空干燥箱內(nèi)真空干燥24h，得白色PVP固體粉末。
PVP的聚合中絕大多數(shù)使用AIBN做引發(fā)劑，未見有用水溶性偶氮類引發(fā)劑進(jìn)行引發(fā)合成PVP的文獻(xiàn)，但有人正在做這一方面的工作。由于NVP單體與PVP均是溶于水的，*可以使用水溶性的偶氮類引發(fā)劑引發(fā)聚合生成線性PVP高分子，況且AIBN含有對人體有害的基團氰基，而水溶性偶氮類引發(fā)劑大多不含氰基，PVP又是大多用于與人體直接接觸的產(chǎn)品，所以水溶性偶氮引發(fā)劑比AIBN更有優(yōu)勢。
應(yīng)用
PVP作為一種合成水溶性高分子化合物，具有水溶性高分子化合物的一般性質(zhì)，膠體保護(hù)作用、成膜性、粘結(jié)性、吸濕性、增溶或凝聚作用，但其*具特色，因而受到人們重視的是其優(yōu)異的溶解性能及生理相容性。在合成高分子中像PVP這樣既溶于水，又溶于大部分有機溶劑、毒性很低、生理相溶性好的并不多見，特別是在醫(yī)藥、食品、化妝品這些與人們健康密切相關(guān)的領(lǐng)域中，隨著其原料丁內(nèi)酯價格的降低，必將展示其發(fā)展的良好前景。以下是其應(yīng)用領(lǐng)域的具體介紹：
醫(yī)藥衛(wèi)生
PVP有優(yōu)良的生理惰性，不參與人體新陳代謝，又具有優(yōu)良的生物相容性，對皮膚、粘膜、眼等不形成任何刺激。醫(yī)藥級PVP為國際倡導(dǎo)的三大藥用新輔料之一，可用做片劑、顆粒劑的粘結(jié)劑、注射劑的助溶劑、膠囊的助流劑；眼藥的去毒劑，延效劑，潤滑劑和包衣成膜劑，液體制劑的分散劑和酶及熱敏藥物的穩(wěn)定劑，還可用做低溫保存劑。用于隱形眼鏡、可增加其親水性和潤滑性。PVP K30已獲得國家醫(yī)藥管理部門的批準(zhǔn)正式上市。 公司同時供應(yīng)帶批準(zhǔn)文號的聚維酮K30。
從生物學(xué)的觀點來看，PVP的分子結(jié)構(gòu)特色類似于用簡單的蛋白質(zhì)模型的那種結(jié)構(gòu)，甚至于它的水溶性對某些小分子的配合能力以及能夠被某些蛋白質(zhì)的沉淀劑硫酸銨、三氯.乙酸、單寧酸和酚類所沉淀等特性也和蛋白質(zhì)相溶。以致于使PVP被廣泛地用作藥物制劑的輔料，具體應(yīng)用如下：①用作制劑的粘結(jié)劑②共沉淀劑③作為注射液中的助溶劑或結(jié)晶生成阻止劑④包衣或成膜劑⑤延緩劑、緩釋劑藥物的可控釋放可延長藥物的作用時間⑥人工玻璃體和角膜⑦外科包扎帶⑧PVP碘消毒劑。另外，PVP還可以作為著色劑和X光造影劑；可用于片劑、顆粒劑、水劑等多種劑型藥物，具有解毒、止血、提高溶解濃度、防止腹膜粘連、促進(jìn)血沉等作用。
食品加工
PVP本身不會致癌，有良好的食物安全性，能與特定多酚化合物（如單寧）形成絡(luò)合物，在食品加工方面主要作為啤酒、果汁、葡萄酒等食品澄清劑和穩(wěn)定劑。PVP能與特定多酚化合物(如單寧)形成絡(luò)合物,使其在果汁飲料中起到澄清作用和防凝作用。如Buschke H等人在發(fā)酵罐中添加0.01% ~0.02%可溶性PVP，可有效降低其凝固點。在酒和醋等的生產(chǎn)過程中使用PVP也能起到同樣作用。交聯(lián)PVP在啤酒和茶飲料中的應(yīng)用尤為廣泛，啤酒中的多酚類物質(zhì)能與啤酒中的蛋白質(zhì)結(jié)合，生成單寧大分子復(fù)合物，會嚴(yán)重影響啤酒的風(fēng)味，并縮短其保質(zhì)期。而交聯(lián)聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）能夠與啤酒中的單寧酸和花色苷絡(luò)合，從而使啤酒澄清，且提高啤酒的儲存穩(wěn)定，延長保質(zhì)期。在茶飲料中，使用PVPP可適當(dāng)降低茶多酚的含量，且PVPP不殘留在茶飲料中，可重復(fù)使用，大大降低成本。
日用化妝品
在PVP的消費結(jié)構(gòu)中，發(fā)達(dá)國家的化妝品工業(yè)占30%～50%，我國占70%～80%。由于PVP具有極低的毒性和生理惰性，它對皮膚、眼睛無刺激，在醫(yī)藥領(lǐng)域中有長期使用的記錄，所以用于化妝品等很安全。在日用化妝品中，PVP及共聚物具有良好分散性及成膜性，PVP在乳液中有保護(hù)膠體的作用，可用于脂肪性和非脂肪性膏體中,用作定型液、噴發(fā)膠及摩絲的定型劑、護(hù)發(fā)劑的遮光劑、香波的泡沫穩(wěn)定劑、波浪定型劑及染發(fā)劑中的分散劑和親合劑。在雪花膏、防曬霜、脫毛劑中添加PVP，可增強濕潤和潤滑效果。
洗滌劑
PVP具有抗污垢再沉淀性能，可用于配制透明液體或重污垢洗滌劑，在洗滌劑中添加PVP有很好的防轉(zhuǎn)色效果，而且可以增強凈洗能力，洗滌織物時可防止合成洗滌劑對皮膚的刺激，尤其對合成纖維，此性能比羧甲基纖維素（CMC）類洗滌劑更為突出。PVP可與硼砂復(fù)配，作為含酚消毒清潔劑配方中的有效成分。PVP與過氧化氫固體復(fù)配的洗滌劑中，具有漂白、殺滅病菌的作用。
紡織印染
PVP與許多有機染料有很好的親和力，它可以與聚丙烯腈、酯、尼龍和纖維性材料等疏水性合成纖維結(jié)合，提高染色力和親水性。Kirsh Y E等人報告了PVP和尼龍接枝共聚后，生產(chǎn)的織物改善了抗?jié)癜櫺阅芎头莱毙浴?/p>
涂料和顏料
用PVP包覆的油漆、涂料成膜透明而不影響本色，改善涂料和顏料的光澤和分散性，提高熱穩(wěn)定性并能改善油墨和墨水的分散性等。
高分子表面活性劑
聚乙烯基吡咯烷酮作為高分子表面活性劑，在不同的分散體系中，可作為分散劑、乳化劑、增稠劑、流平劑、粒度調(diào)節(jié)劑、抗再沉淀劑、凝聚劑、助溶劑和洗滌劑。
催化劑制備
作為活性劑穩(wěn)定膠粒，用于核殼催化劑的制備過程。
其他方面
PVP可作為三次采油的膠凝劑，提高油田的采油率。作為感光材料的助劑有助于降低乳膠度和增強顯影圖像的覆蓋能力。在高分子聚合過程中作為增稠劑、分散穩(wěn)定劑和粘結(jié)調(diào)節(jié)劑等。在造紙行業(yè)作為分散劑，在丙烯胺氣化反應(yīng)中作為助催化劑。PVP在分離膜、光固化樹脂、激光視盤、減阻涂料、建材、煉鋼和電鍍等領(lǐng)域的應(yīng)用也在興起。