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聚丙烯酸钠的应用

发布日期:2018/11/7 10:24:07

背景及概述[1][2]

聚丙烯酰胺为白色粉末,无臭、无味,吸湿性极强。具有亲水和疏水基团的高分子化合物。缓慢溶于水形成极度黏稠的透明液体,其黏度并非因吸水胀润而成,而是由于它分子链的增长,表现为黏度增大而形成高黏度溶液,其黏度为CMC及海藻酸钠的15~20倍。加热处理、中性盐类、有机酸对其黏性影响很小,碱性时黏度增大。加热至300℃时不分解。

但当pH4以下时,会产生沉淀。在食品中,它可增强面粉中的蛋白质黏结力,使淀粉粒子相结合,分散渗透到蛋白质的网状结构中,形成质地致密、稳定的面团胶体,使面团表面光滑而具有光泽,保水性强,可使水分均匀保持在面团中,防止干燥,与蛋白质相互作用可改善蛋白质结构,增强食品的弹性,改善组织。

聚丙烯酸钠根据相对分子质量大小的差异而具有不同的用途,可分为低相对分子质量聚丙烯酸钠(约1 000~5 000),主要起分散作用;中相对分子质量(约l04~l06),主要起增稠作用;高相对分子质量(约l06~107),主要起絮凝作用。对于超低相对分子质量(700以下)的聚丙烯酸钠盐的用途还未完全开发,超高相对分子质量的聚丙烯酸钠高吸水性树脂,主要用作吸水剂。

聚丙烯酸钠应用领域覆盖日用化学工业、农业、石油工业、工业循环水系统、矿业、涂料、造纸、纺织、建筑和医药卫生等行业。由于其应用领域的拓展,合成聚丙烯酸钠的技术得到迅速发展。通过丙烯酸或丙烯酸酯与氢氧化钠反应得到丙烯酸钠单体,除去醇类,经浓缩后调pH,以过硫酸铵为催化剂聚合而成。

质量标准[3]

应用[4]

1. 低相对分子质量的聚丙烯酸钠的应用

低相对分子质量的聚丙烯酸钠具有广泛的用途,特别是相对分子质量小于2×l04的聚丙烯酸钠应用更为迅速,在日用化工领域主要用作水溶性表面活性剂、洗涤助剂等。因为聚丙烯酸钠具有螯合多价离子、分散污垢团粒和钙皂的作用,在污垢颗粒上有很强的吸附力,能提高阴离子表面活性剂的去污力。而且它具有良好的热稳定性和较强的抗冷水、硬水的能力,生物降解度高;在特种洗涤剂、清洗粉中可部分替代三聚磷酸钠以减少对环境的污染。

低相对分子质量聚丙烯酸钠有良好的水溶性和较大的极性,能够结合水中的钙、镁等多价离子形成可溶的链状阴离子体,因此它在工业热交换设备中应用较广,主要用作锅炉防垢和阻垢用剂。相对分子质量在500- 5000的低相对分子质量聚丙烯酸钠主要起分散剂作用。

在石油工业的油田化学领域用作降黏剂和钻井泥浆稳定剂等;在涂料、造纸、陶瓷及纺织工业用作颜料分散剂;此外在金属材料中用作新型的淬火剂;在橡胶工业用作增稠剂;在氯化铵等无机盐中作防结块剂;在采矿中作矿物浮选剂。它在食品工业、皮革工业、印刷业、塑料工业、医学、药学及金属离子废液的金属回收等方面也见到应用。

2. 中、高相对分子质量聚丙烯酸钠的应用

中、高相对分子质量聚丙烯酸钠易溶于水,且其吸附和结构上空间效应的影响。使溶液中的少量正电荷离子以沉淀的形式沉聚出来。故中、高相对分子质量聚丙烯酸钠作为絮凝剂可用于电解食盐水精制、氧化铝生产中成赤泥的分离及工业污水的处理等方面。中、高相对分子质量聚丙烯酸钠在生物方面对动植物蛋白的絮凝有特效作用。

可以用于回收食品工业废水中的大量蛋白质。高相对分子质量聚丙烯酸钠能产生宽广范围的黏度和流动性,低添加量可产生高黏度,且产品黏度受环境温度的影响较小。还能使不溶性组分永久悬浮于体系中,有助于提高产品的稳定性,延长成品的储存期。因此它在日用化学工业中常用作化妆品(如面膜、护肤霜等)增稠剂,对化妆品乳液的稳定性起着相当重要的作用,配方师不必受各原料之间的兼容性限制,使疗效性化妆品更趋于功能化、多元化;利用其成膜性制成头发定型剂、睹喱水等。还可用作食品保鲜剂。

由于中、高聚丙烯酸钠无毒又溶于水,食用前稍加洗涤即可除去。且聚丙烯酸钠在食品表层能形成一层高分子膜,可使食品隔绝空气,聚丙烯酸钠对金属离子的螯合作用也有助于防止食品的腐败。

在石油工业的油田化学领域,可用作钻井液的增黏剂、降滤失剂及黏土稳定剂等;在冶金方面,用作铸造过程的砂型黏合剂,使砂型耐用铸件质量好;在纺织方面,可用于合成纤维改性,使化纤染牢固、耐晒且光泽鲜艳;将其加入到陶瓷坯体用作陶瓷料浆减水剂,且对坯体干燥强度有一定的增强作用。此外还可用于墙体材料黏结剂、农药防漂散剂;酸化液及制药等方面的增稠剂等等。

3. 聚丙烯酸钠高吸水性树脂的应用

由于聚丙烯酸钠高吸水性树脂具吸水量大、保水性强和安全无毒等特点,使其在很多领域广泛应用,其产品形态很多,不同的形态分别满足不同的用途。在日化工业中应用最为广泛,如化妆品方面在制造护肤霜、香水和花露水等化妆品的过程中可加质量分数0.5% ~1.0%的高吸水性树脂,既可防止香料和酒精的挥发又可保持香味持久,还起保水增稠、滋润皮肤的作用。

由于聚丙烯酸钠高吸水性树脂具有亲水性基团,使其在水、酒精中的溶解性好,因此用它作头发定型剂,在干燥时有耐潮性,但洗发时又具有亲水性易去除。在染发剂中加入聚丙烯酸钠高吸水性树脂,可提高染发效果;此外还可作为增稠剂、杀菌剂来配制营养型药物型化妆品。在留香材料方面,利用高吸水性树脂对香料有较好的吸附作用和缓慢释放作用,制成的空气新鲜胶、飘香纸和芳香凝胶片的香味持久。

在卫生用品方面,如夹到多层片当的粉状树脂可制成儿童纸尿片和妇女卫生巾,具有质量轻、吸液量大和保水性好等优点;还可制成成人用尿袋、纸巾、毛巾和鞋垫等。此外聚丙烯酸钠高吸水性树脂还可用作食品保鲜包装材料和食品的增稠、保形添加剂(高吸水性树脂添加量一般小于0.2%)。在农林与园艺方面,可用于农作物育种。将树脂凝胶涂敷在种子表面,利用其吸水保水作用,提高种子发芽率和发芽速率。可作为化肥缓释剂,如把固氮细菌或植物生长微量营养元素与树脂混合使用可提高作物产量。

高吸水性树脂还可用做土壤保湿剂,改良沙土地和土壤造田,这对人多地少的我国具有深远意义。在人工造林中,用聚丙烯酸钠高吸水性树脂处理种树,可提高飞机播种出苗率;在苗圃移植之前用高吸水性树脂处理幼苗根部,可防止根部水分的遗失,提高幼苗成活率,我国在这方面的应用尚处于实验阶段。由于聚丙烯酸钠高吸水性树脂吸水后形成的凝胶比较柔软,具有人体适应性,如对人体皮肤无刺激、无副反应、不发生炎症且不引起血液凝固等,这些都为其在医药方面的应用创造了条件。

近年来聚丙烯酸钠高吸水性树脂已初步应用于医药的各个方面如用于保持部分被测液的医用检验试片;制成含水量大、使用舒适的外用软膏;能吸收手术及外伤出血和分泌液、并可防止化脓的医用绷带和棉球;能使水分和药物通过而微生物不能通过的抗感染性人造皮肤、人造骨骼、人工肌肉和长效凝胶避孕药等;此外聚丙烯酸钠高吸水性树脂在隐形眼镜和缓释药物基材等制造过程中得到应用。

土木建筑方面,利用高吸水性树脂的水膨润性能,可制备水溶性密封胶、密封件、管路施工润滑剂、防节露壁纸和顶板衬垫止水板等,达到以水制水的目的;还可用于制备高强度混凝土、嵌条玻璃表面防雾剂等。此外聚丙烯酸钠高吸水性树脂还可用于人工降雪、电子材料、涂料及消防等各个领域。

制备[3]

将去离子水和34kg链转移剂异丙醇依次加入反应釜中,加热至80~82℃。滴加14kg过硫酸铵和170kg单体丙烯酸的水溶液(去离子水)。滴毕后,反应 3h。冷至40℃,加入30%的NaOH水溶液,中和至pH值为8.0~9.0蒸出异丙醇和水得液体产品。吸雾干燥得固体产品。反应式如下:

主要参考资料

[1] 中华烘焙食品大辞典·原辅料及食品添加剂分册

[2] 贾振宇, 崔英德, 黎新明, 等. 聚丙烯酸钠高吸水性树脂的改性研究进展[J]. 化工进展, 2004, 23(5): 468-471.

[3] 化工助剂

[4] 韩慧芳, 崔英德, 蔡立彬. 聚丙烯酸钠的合成及应用[J]. 日用化学工业, 2003, 33(1): 36-39.