聚丙烯酸与聚丙烯酸钠的比较

1.化学结构和制备

聚丙烯酸（Polyacrylic Acid，PAA）是由丙烯酸单体加成聚合生成的高分子，用氢氧化钠中和后即得聚丙烯酸钠（sodium polyacrylate，PAA-Na），两者都是水溶性的聚电解质，化学结构如图5.1.1所示。

图5.1.1 聚丙烯酸、聚丙烯酸钠结构式

（a）PAA；（b）PAA-Na

丙烯酸单体易溶于水，在光、热或过氧化物等条件下迅速聚合并放出大量热。聚丙烯酸的聚合反应在50～100℃的水溶液中进行，以过硫酸钾、过硫酸铵或过氧化氢为引发剂。控制温度和单体的加入速度，可以合成分子量高达百万的聚丙烯酸。聚合物的链长可以通过在反应中加入异丙醇、次磷酸钠或巯基琥珀酸钠等链转移剂来调节；若要减小聚合物的分子量可通过升高反应温度，提高单体和引发剂的浓度来实现。在100℃和高浓度单体及引发剂的水溶液中，生成分子量仅在1万左右的聚丙烯酸，在水中聚合得到的聚丙烯酸溶液蒸干水分后即得固态块状的聚丙烯酸。如果改用苯为溶剂，用过氧化苯甲酰（BPO）引发丙烯酸聚合，聚丙烯酸在苯中不溶而析出，过滤和干燥后即得聚丙烯酸固体粉末。聚丙烯酸钠常用丙烯酸钠直接在水中聚合制得，也可用氢氧化钠中和聚丙烯酸水溶液制得，但用碱中和丙烯酸制备丙烯酸钠单体时，产生大量中和热，易导致聚合，且中和程度不同，聚合物的分子量也不同。可以利用聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺或聚丙烯腈的碱水解反应制备少量的聚丙烯酸钠。

2.性质

聚丙烯酸是硬而脆的透明片状固体或白色粉末，在空气中易潮解，遇水易溶胀和软化，玻璃化转变温度（Tg）为102℃，随着分子中羟基被中和，Tg逐渐升高，聚丙烯酸钠的Tg可达251 。聚丙烯酸及聚丙烯酸钠分子中羟基的解离性和反应性与其性质有很重要的关系。

（1）溶解性。聚丙烯酸易溶于水、乙醇、甲醇和乙二醇等极性溶剂，在饱和烷烃及芳香烃等非极性溶剂中不溶。聚丙烯酸钠仅溶于水，不溶于有机溶剂。聚丙烯酸在水中解离出阴离子和氢离子（pKa为4.75）。大分子卷曲链的伸展和溶剂化依赖于羟基阴离子的相互排斥作用，因此当聚丙烯酸被碱中和以及形成聚丙烯酸钠时，解离程度增加，在水中的溶解度也增大。当溶液中存在过量氢离子（例如加入盐酸）或一价盐离子时，与羧酸根离子的结合机会增多，解离度减小，大分子趋向卷曲状态，溶解度下降，溶液由澄明变得混浊。聚丙烯酸钠对盐类电解质的耐受能力差，碱土金属离子与羧酸根离子结合使聚合物在水中不溶解，碱土金属盐可使聚合物的稀溶液生成沉淀，使聚合物浓溶液形成凝胶。(www.xing528.com)

（2）黏度和流变性。影响聚合物溶解度的各种因素也影响聚合物的黏度。溶解度越高，黏度也越大。在pH较小、盐溶液或升高温度的条件下，聚合物的黏度均减小。与其他水溶性聚电解质分子类似，聚丙烯酸水溶液也具有明显的聚电解质效应，即溶液的比浓黏度（ηsp/c）随溶液的稀释先升高后下降。聚丙烯酸及其钠盐的水溶液呈假塑性流体性质。在高剪切应力的条件下，溶液的黏度显著下降，聚合度越高，溶液浓度越大，则流变性质越明显，同时表现出较强的触变性。大分子还可以对溶液中共存的固体粒子产生强烈的吸附作用，从而形成稳定的三维网状结构，具备类似凝胶的性质。

（3）化学性质。氢氧化钠、氨水、三乙醇胺、三乙胺等碱性物质能够与聚丙烯酸发生中和反应，生成不溶性盐。在高温下，聚丙烯酸可与乙二醇、甘油和环氧烷烃等结合生成酯键，进而形成交联型水不溶性聚合物。在常温条件下，聚丙烯酸亦能与含醚氧原子的水溶性高分子结合生成不溶性络合物。温度在150℃以上时，聚丙烯酸能够发生分子内脱水，形成含六环结构的聚丙烯酸酐，同时在分子间缓慢缩合形成交联异丁酐类聚合物。当温度升至300℃时，上述聚合物结构进一步缩合成酮，逸出CO2，并逐渐分解。聚丙烯酸钠有较好的耐热性。

3.应用

聚丙烯酸和聚丙烯酸钠主要用作软膏、乳膏、搽剂和巴布剂等外用药剂和化妆品的基质、增稠剂、分散剂和增黏剂；在面粉发酵食品中用作保鲜剂和黏合剂等。有机胺中和的聚丙烯酸和聚丙烯酸钠的分子量为2.0×104～6.6×104，常用量约在0.5％～3％。作为食品添加剂量不超过0.2％。使用时应注意聚合物粉末的均匀分散。近年来，聚丙烯酸在药物控释体系中有广泛的应用，与聚乙烯醇和聚乙二醇形成的可逆络合物以及与壳聚糖的离子复合物凝胶，能够较好地控制多肽与蛋白质药物的释放，并具有环境敏感性。

4.安全性

聚丙烯酸和聚丙烯酸钠均无毒，即使摄入也不会被消化吸收。聚丙烯酸钠对小鼠的LD50＞10g/kg[1]，皮肤贴敷试验亦未见刺激性。实际生产中应控制残余单体量在1％以下，低聚物量在5％以下，且不含游离碱。