聚 乙烯 吡咯 (Polyvinyl pyrrolidone),简称PVP, 是一种非离子型的绿色 高分子材料 , 是乙烯吡咯烷酮的聚合体, 化学 分子式 为(C 6 H 9 NO) n。 PVP在一般情况下为白色、乳白色或者略带黄色的固体粉末, 无臭、无味、易吸湿,在水、乙醇、氯仿、 2-丙醇 中溶解,但不溶于 丙酮 及乙醚, 具有 化学性质 稳定、溶解性好和毒性低等特点。
聚乙烯吡咯烷酮是N- 乙烯基 酰胺 类聚合物中最具特色,且被研究得最深、广泛的 精细化学品 品种,按其平均分子量大小分为四级,常以K值表示,K值越大,其粘度越大,粘接性越强。 目前已发展成为非离子、 阳离子 、 阴离子 3大类,工业级、医药级、食品级3种规格,相对分子质量从数千至一百万以上的 均聚物 、 共聚物 和交联聚合物系列产品。 PVP以其优异独特的性能获得广泛应用, 可用作药物 赋形剂 、血液 相容剂 、化妆品 增稠剂 、 胶乳 稳定剂 等, 不溶性PVP还是啤酒、 果汁饮料 的稳定剂,可改善其透明度、色泽和味道。
由于PVP在人体内有积蓄作用, 世界卫生组织 对此物质不予建议采用。 2017年10月27日,世界卫生组织 国际癌症研究机构 公布了致癌物清单初步整理,聚乙烯吡咯烷酮在三类致癌物清单中。
分子量
PVP按其平均分子量大小分为四级,习惯上常以K值表示,不同的K值分别代表相应的PVP平均分子量范围。K值实际上是与PVP 水溶液 的相对粘度有关的特征值,而粘度又是与 均聚物 分子量有关的 物理量 ,因此可以用K值来 表征 PVP的平均分子量。通常K值越大,其粘度越大,粘接性越强。
以下是具体信息:
理化性质
密度:1.144g/cm
沸点 :217.6°C
熔点 :130°C
闪点:93.9°C
平均分子量:8000-700000
稳定性:常温常压下稳定
溶解性:极易溶于水及含 卤代烃 类 溶剂 、醇类、胺类、硝基 烷烃 及低分子 脂肪酸 等,不溶于 丙酮 、 乙醚 、 松节水 、 脂肪烃 和 脂环烃 等少数溶剂。能与多数 无机酸 盐、多种 没药树 相容。
纯的 乙烯基 吡咯烷酮的交联 均聚物 。具有聚乙烯吡咯烷酮(PVP)相厉的与多种物质(如导致 葡萄酒 等饮料变色的各种醐类)络合的能力。并因其不溶性而易于过滤后除去。
制备
PVP是以 单体 乙烯基吡咯烷酮(NVP)为原料,通过本体聚合、溶液聚合等方法得到。在本体聚合制备过程中,由于存在反应体系粘度大,聚合物不容易扩散,聚合反应热不容易移走导致局部 过热 等问题,因此得到的产品分子量低,残留单体的含量高,而且多呈黄色,没有太大实用价值。工业上一般都采用溶液聚合法合成PVP。 PVP生产聚合有二条主要路线,第一是N-2-吡咯烷酮(NVP)在有机 溶剂 中进行溶液聚合,然后进行蒸汽汽提。第二条路线为NVP 单体 与水溶性 阳离子 、 阴离子 或非离子单体进行 水溶液 聚合。
将NVP单体直接加热到140℃以上,或者在NVP溶液中加入 引发剂 加热,或者在NVP的溶液中( 溶剂 可以是水、 乙醇 、苯等)加入引发剂通过 自由基 溶液聚合,或者直接用光照射NVP单体或其溶液都可以得到PVP 均聚物 ,聚合方法不同,得到的聚合物结构和性能都有所不同,其中自由基溶液聚合得到的聚合物组成、结构较均匀。性能也比较稳定,是NVP均聚最常用的方法,调节 单体 浓度、聚合温度、引发剂用量等反应条件即可以得到不同分子量和不同水溶性的PVP均聚物。
工艺一:将NVP配置成质量分数为50%的溶液,用少量 过氧化氢 作为 催化剂 ,在 偶氮二异丁腈 作用下,于50℃下引发聚合,使NVP几乎全部转化成PVP。再向聚合物中加 氨水 ,使残存的偶氮二异丁 分解,单体聚合转化率近100%,固含量50%。
工艺二:在250 mL四口 烧瓶 中加入0.4 g 分散剂 P(NVP-co-VAc)和80 g分散介质 乙酸乙酯 ,70℃恒温水浴搅拌溶解后,加入20 g 单体 NVP和0.15 g 引发剂 AIBN , 氮气 氛围下反应6 h,冷却并过滤,不溶物置于 真空干燥箱 内真空干燥24h,得白色PVP固体粉末。
PVP的聚合中绝大多数使用AIBN做引发剂,未见有用水溶性 偶氮 类引发剂进行引发合成PVP的文献,但有人正在做这一方面的工作。由于NVP单体与PVP均是溶于水的,完全可以使用水溶性的偶氮类引发剂引发聚合生成线性PVP 有机高分子化合物 ,况且AIBN含有对人体有害的 基团 氰基 ,而水溶性偶氮类引发剂大多不含 基,PVP又是大多用于与人体直接接触的产品,所以 水溶性偶氮引发剂 比AIBN更有优势。
应用
PVP作为一种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质, 胶体 保护作用、成膜性、粘结性、吸湿性、增溶或凝聚作用,但其最具特色,因而受到人们重视的是其优异的溶解性能及生理相容性。在 合成高分子 中像PVP这样既溶于水,又溶于大部分有机 溶剂 、毒性很低、生理相溶性好的并不多见,特别是在医药、食品、化妆品这些与人们健康密切相关的领域中,随着其原料丁内 价格的降低,必将展示其发展的良好前景。以下是其应用领域的具体介绍:
医药卫生
PVP有优良的生理惰性,不参与人体 新陈代谢 ,又具有优良的生物相容性,对皮肤、粘膜、眼等不形成任何刺激。医药级PVP为国际倡导的三大药用新辅料之一,可用做片剂、颗粒剂的 粘结剂 、注射剂的 助溶剂 、胶囊的助流剂;眼药的去毒剂,延效剂, 润滑剂 和 包衣 成膜剂,液体制剂的 分散剂 和酶及热敏药物的 稳定剂 ,还可用做低温保存剂。用于隐形眼镜、可增加其 亲水性 和润滑性。PVP K30已获得国家医药管理部门的批准正式上市。公司同时供应带批准文号的 聚维酮K30 。
从 生物学 的观点来看,PVP的 分子结构 特色类似于用简单的 蛋白质 模型的那种结构,甚至于它的水溶性对某些 小分子 的配合能力以及能够被某些蛋白质的 沉淀剂 硫酸铵 、 三氯乙酸 、 单宁 和酚类所沉淀等特性也和蛋白质相溶。以致于使PVP被广泛地用作 药物制剂专业 的辅料,具体应用如下:①用作制剂的 粘结剂 ②共沉淀剂③作为注射液中的 助溶剂 或结晶生成阻止剂④ 包衣 或成膜剂⑤延缓剂、缓释剂药物的可控释放可延长药物的作用时间⑥人工 玻璃体 和角膜⑦外科包扎带⑧PVP碘 化学消毒剂 。另外,PVP还可以作为 着色剂 和X光造影剂;可用于片剂、颗粒剂、水剂等多种剂型药物,具有解毒、止血、提高溶解浓度、防止 腹膜 粘连、促进血沉等作用。
食品加工
PVP本身不会致癌,有良好的食物安全性,能与特定 多酚 化合物(如 单宁 )形成 配位化合物 ,在 食品加工 方面主要作为啤酒、 果汁饮料 、 葡萄酒 等食品澄清剂和 稳定剂 。PVP能与特定多酚化合物(如单宁)形成络合物,使其在 低热量天然果汁饮料 中起到澄清作用和防凝作用。如Buschke H等人在 发酵罐 中添加0. 01% ~0.02%可溶性PVP,可有效降低其凝固点。在酒和醋等的生产过程中使用PVP也能起到同样作用。交联PVP在啤酒和 茶饮料 中的应用尤为广泛,啤酒中的多酚类物质能与啤酒中的 蛋白质 结合,生成 单宁 大分子 复合物 ,会严重影响啤酒的风味,并缩短其 保质期 。而 交联聚乙烯吡咯烷酮 (PVPP)能够与啤酒中的 单宁酸 和花色 络合,从而使啤酒澄清,且提高啤酒的储存稳定,延长保质期。在茶饮料中,使用PVPP可适当降低 茶多酚 的含量,且PVPP不残留在茶饮料中,可重复使用,大大 降低成本 。
日用化妆品
在PVP的消费结构中, 发达国家 的化妆品工业占30%~50%,我国占70%~80%。由于PVP具有极低的毒性和生理惰性,它对皮肤、眼睛无刺激,在医药领域中有长期使用的记录,所以用于化妆品等很安全。在日用化妆品中,PVP及 共聚物 具有良好分散性及成膜性,PVP在乳液中有保护 胶体 的作用,可用于脂肪性和非脂肪性膏体中,用作定型液、喷发胶及摩丝的定型剂、护发剂的遮光剂、香波的 泡沫稳定剂 、波浪定型剂及染发剂中的 分散剂 和亲合剂。在 雪花膏 、防晒霜、 脱毛剂 中添加PVP,可增强湿润和润滑效果。
洗涤剂
PVP具有抗污垢再沉淀性能,可用于配制透明液体或重污垢洗涤剂,在洗涤剂中添加PVP有很好的防转色效果,而且可以增强净洗能力,洗涤织物时可防止合成洗涤剂对皮肤的刺激,尤其对 合成纤维 ,此性能比 羧甲基纤维素钠 ( CMC )类洗涤剂更为突出。PVP可与 硼砂 复配,作为含酚消毒清洁剂配方中的 有效成分 。PVP与 过氧化氢 固体复配的洗涤剂中,具有漂白、杀灭病菌的作用。
纺织印染
PVP与许多有机 染料 有很好的亲和力,它可以与 聚丙烯腈 、酯、 尼龙 和纤维性材料等 疏水性 合成纤维结合,提高染色力和 亲水性 。Kirsh Y E等人报告了PVP和尼龙接枝共聚后,生产的织物改善了抗湿皱性能和防潮性。
涂料和颜料
用PVP包覆的油漆、涂料成膜透明而不影响本色,改善涂料和颜料的光泽和分散性,提高热稳定性并能改善 彩釉玻璃 和墨水的分散性等。
高分子表面活性剂
聚乙烯 基吡咯烷酮作为高分子 表面活性剂 ,在不同的分散体系中,可作为 分散剂 、 乳化剂 、 增稠剂 、流平剂、粒度调节剂、抗再 沉淀剂 、凝聚剂、 助溶剂 和 洗洁精 。
催化剂制备
作为活性剂稳定胶粒,用于核壳催化剂的制备过程。
其它方面
PVP可作为三次采油的胶凝剂,提高油田的采油率。作为感光材料的助剂有助于降低 天然橡胶 度和增强显影图像的覆盖能力。在高分子聚合过程中作为增稠剂、分散 稳定剂 和粘结调节剂等。在 造纸 行业作为分散剂,在 丙烯 胺气化反应中作为 助催化剂 。PVP在分离膜、光固化树脂、 激光 视盘、减阻涂料、建材、炼钢和 电镀 等领域的应用也在兴起。