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化工原料常见问题

聚乙烯吡咯烷酮PVP应用

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聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone)是一种非离子型水溶性高分子化合物,分子内既有亲水基团,又有亲油基团,使其既能溶于水,又溶于大部分有机溶剂(如醇、羧酸、胺、卤代烃等),毒性很低,生理相容性好。

  PVP在分析化学及催化剂中得应用


  聚乙烯吡咯烷酮(简称PVP)的水溶液在不同量的(NH4)2SO4存在下,能分成液—液或液—固两相,该体系用于金属离子被有机溶剂的萃取分离,可得到新的萃取体系。该体系用于某些金属离子具有较好的萃取效果,如含PVP20%的PVP-(NH4)2SO4-H2O体系中,以偶氮胂(III)为萃取剂于含Zr(IV),La(III)离子的溶液反应形成络合物,在一定条件下,Zr(IV)与偶氮胂的螯合物在PVP相中萃取率很高,而La(III)的萃取率很低,进而达到分离Zr(IV),La(III)的目的,另外,PVP与某些金属本身有良好的络合性,如PVP与微量的Cd即可络合生成PVP-Cd,利用此性质可成功地测出微量镉。另据相关研究报道,对于甲醇气相羰基化反应,碳负载胶体金属铹催化剂(PVP-Rh/C)的活性合选择性远远大于单纯的碳负载金属铑催化剂,这是因为铹与PVP形成的胶体金属催化剂颗粒粒径分布窄、分散度高,比表面积增大,在提高催化活性的同时也提高了反应选择性。


  PVP在特种涂层中的应用


  聚乙烯吡咯烷酮PVP又叫聚维酮(Povidone)是N-乙烯基吡咯烷酮(N-Vinylpyrrolidone,简称NVP)在特定条件下聚合而成的一种水溶性均聚物,具有吸附络合性、生理相容性和吸水和保水等性能。PVP的这些优良性能使聚乙烯基吡咯烷酮在化妆品、食品、医药,工业等领域有着广泛的应用前景,现讲诉下PVP在特种涂层上的应用。


  在喷印用纸表面,一般涂有一覆盖层。含有PVP的透明涂层使喷印墨水在其上快速干燥。该透明层具有良好的吸墨水性,不溶于水,有较好的凝固性,扩散性。并且因透明而高速成像。尤其适用于多色彩的墨水喷印。


  PVP还可用于导电性涂膜的制备中。为防止静电危害而制造的导电性塑料薄膜,是在塑料薄膜上薄薄地涂上含有炭黑和粘结剂的导电性透明涂料,再于其上涂有一层透明保护层而制成的。PVP在此作为炭黑粘结剂。以往用水溶性聚醋酸乙烯碱化物等作为粘结剂,则不能得到满意的稀释液,并有干燥困难,流平性不良等问题。若用PVP代替,则可得到导电性和透明度好,涂布均匀,易干燥的导电涂层。一般PVP的分子量以10000为宜,因为低分子量的PVP对炭黑分散也有利。另外,若需要提高涂料含量,则可通过添加高分子PVP来调节。


  科技发展推动PVP应用领域的拓展


  聚乙烯吡咯烷酮(英文简称为PVP)是一种完全人工合成的水溶性高分子化合物,是由单体N-乙烯基吡咯烷酮经均聚、共聚、交联聚合等方法,得到的一系列性能优异的高分子精细化工产品。聚乙烯吡咯烷酮(英文简称为PVP)是一种完全人工合成的水溶性高分子化合物,是由单体N-乙烯基吡咯烷酮经均聚、共聚、交联聚合等方法,得到的一系列性能优异的高分子精细化工产品。尽管PVP产品问世的时间已经超过50年,但还是迄今为止为数不多的与人体、动物等具有良好相容性的人工合成化合物。它具有优异的溶解性、生理相溶性、络合性、成膜性、粘接能力、吸水保湿性等性能,因而在药物制剂、生物医药、化妆品、食品饮料、洗涤剂等领域具有广泛而重要的作用。


  近年来各项新兴产业对PVP系列产品中的相关品种有比较大的促进作用,如下:

 

  1,环保水处理事业的发展对PVP产品有较大需求支撑膜分离法污水处理及净水处理工艺已经成为当今这一产业的主流工艺,其中纳滤、或超滤用PVDF膜是膜工业中的重要组成部分,其成膜致孔剂K30的使用量目前已经有3000MT/a的消费量,随着世界水资源的稀缺程度的日益增加、水的回收利用的经济价值日益突显、以及各主要国家对环境治理的加强,未来3-5年PVPK30在环保水处理行业使用量达到或超过10000吨的可能性非常大。


  2,医药科技的进一步发展对PVP产品的需求进一步加大聚乙烯吡咯烷酮所已知的优良理化特性以及其优良的生理相容性,在药用辅料上的作用日显重要。除此之外,PVP以及相关的聚合物在某些药品上的附加功能正在不断地被科学家开发出来。例如某一新型的抗艾滋病药物,PVP和醋酸乙烯的共聚物(共聚维酮)在其中是一个重要的辅料,同时还提到了一定的药物增效作用,因此在该药物中的添加量超过一般辅料的添加率一倍以上。


  聚乙烯吡咯烷酮PVP在环保事业上的发展


  环保水处理事业的发展对PVP产品有较大需求支撑膜分离法污水处理及净水处理工艺已经成为当今这一产业的主流工艺,其中纳滤、或超滤用PVDF膜是膜工业中的重要组成部分,其成膜致孔剂K30的使用量目前已经有3000MT/a的消费量,随着世界水资源的稀缺程度的日益增加、水的回收利用的经济价值日益突显、以及各主要国家对环境治理的加强,未来3-5年PVPK30在环保水处理行业使用量达到或超过10000吨的可能性非常大。2,医药科技的进一步发展对PVP产品的需求进一步加大聚乙烯吡咯烷酮所已知的优良理化特性以及其优良的生理相容性,在药用辅料上的作用日显重要。除此之外,PVP以及相关的聚合物在某些药品上的附加功能正在不断地被科学家开发出来。例如某一新型的抗艾滋病药物,PVP和醋酸乙烯的共聚物(共聚维酮)在其中是一个重要的辅料,同时还提到了一定的药物增效作用,因此在该药物中的添加量超过一般辅料的添加率一倍以上。


  PVP在酿酒饮料食品中的应用


  1.PVP在酿酒中的应用


  以大麦、玉米、酒花、葡萄等植物性原料酿造的低度酒,富含多种蛋白质及多酚类物质,这些蛋白质及多酚类物质以胶体微粒存在于酒中,当长期放置或温度低于0度,高于20度就可能产生絮凝状沉淀,致使酒液变浑浊,影响其风味,某些多酚类物质是致癌物,在酒液中也对人体有害。浑浊现象尤以啤酒最为常见,除上述的胶体微粒絮凝而引起的浑浊外,还有由于某些生物性杂质引起的酸败而产生的浑浊现象,而啤酒在冷藏时还会产生冷浑浊。这些都是啤酒生产过程中必须解决的技术问题,否则酒难以保证质量。容易使啤酒产生浑浊并影响其质量的多酚类主要尤花色苷、儿茶酸、黄酮类多羟基衍生物等,在空气中这些多酚类物质或氧化为醌类,或聚合成更易沉降的聚合体,再通过分子中的羟基于O原子与蛋白质分子以氢键络合沉淀,这些沉淀就是影响啤酒稳定性、色泽、风味的原因所在,要解决这一问题,就要去除产生絮凝沉淀现象的前驱体——多酚类。


  在生产中,解决啤酒絮凝沉淀现象的方法有吸附过滤法、沉淀分离法、蛋白酶分解法等。交联PVP(PVPP)用于啤酒中正是利用它与蛋白质结构相似,所以与多酚类络合而吸附分离出来,用于酿造的PVP或交联PVP一般是不溶性的,所以能够很容易地通过过滤除去而不残留在啤酒中。


  PVPP处理啤酒、黄酒等的步骤如下:


  当啤酒经过硅藻土处理和经过过滤后,计量加入PVPP,搅拌150~180分钟,静置5分钟后过滤,滤液包装,滤渣用1%NaOH溶液在85度下再生,然后用85度热水冲洗至PH为7,即得再生后的PVPP,可继续使用。


  本公司生产的用于酿造用的交联PVP,商品名为PolyFilter,规格为:PolyFilterVT,PolyFilter10,PolyFilterV.与国内多家啤酒厂进行了工业化实验,取得了基本一致的效果,经过PolyFilter处理后的啤酒,其保质期可延长180天以上,对特质啤酒,保质期可延长300~360天以上。


  PVPP与其他稳定剂的比较见表:11

        pvpp与其他稳定剂的比较详情表.png

  2.PVPP在非酒类饮料中的应用PVPP不仅在啤酒中作为稳定剂的应用已经得到广泛应用,也是茶饮料,果汁、醋、酱油合其他液体食品、保健食品良好的澄清剂和稳定剂。在很多情况下,由于一些液体食品中含有少量酚类和多元酸,放置时间过长就会析出,进而出现浑浊现象,在生产和加工过程中只要加入微量的PVPP,就可以改进它们的澄清度,防止发生浑浊现象,并可以稳定色泽、改善口味、延长贮存时间。

  PVP在日用化工中的应用


  利用PVP优异的表面活性、成膜性及对皮肤无刺激、无过敏反应等特点,在日化工业尤其是在化妆品、护肤品、护发品及洗涤用品等方面的应用具有广阔的前景。


  PVP在化妆品中的应用:


  PVP在化妆品中的应用研究始于20世纪60年代,现在已经在洗发护法品、护肤品、装饰品等方面广泛使用,其中最为突出的是在洗发护发品中的应用,作为优良的表面活性剂,在洗发液中添加PVP可以使泡沫稳定。由于它的生理相容性使其既不会对皮肤产生刺激和过敏反应,长期使用也不会损坏头发,洗后的头发柔顺有光泽、容易梳理。加有PVP的喷发胶和摩丝定型持久,具有良好的光泽,而且由于PVP具有一定的吸水性,使头发润泽光滑而不会显得干枯,用于护发用品的PVP可通过共聚单体种类的选择和比例的调配,调节其吸水能力而适用于干性、中性及油性发质作为护发素成分的PVP更是具有独特的优点,头发的主要成分为蛋白质,而PVP的分子结构也类似于蛋白质,所以可以作为头发营养成分的补充,长期使用含有PVP的洗发护发品,可使头发乌黑亮泽,减少发梢分叉现象。


  先举例说明PVP用于护发洗发用品的配方:


  喷发胶:


  PVP 用于护发洗发用品的配方详情.png


  PVP用于其他化妆品中的作用主要使对乳液、悬浮液等分散体系的稳定作用,护肤产品中的保湿、成膜作用,例如PVP在防晒霜中的作用不只是湿润,更重要的是通过形成膜把皮肤与阳光隔离,起到保护皮肤的作用。除此之外,PVP在其他方面,如色素稳定剂、除臭剂、保香剂、牙膏、剃须膏等许多化妆品中都有特殊的用途。PVP在化妆品中的应用成分及功能列于下表:


  PVP及其共聚物在化妆品中的应用


  PVP 及其共聚物在化妆品中的应用详情表.png


  PVP在洗涤用品中的应用


  PVP优良的表面活性使其作为一些洗涤用品的成分也具有很好的效果。PVPP的交联聚合物PVPP用做牙膏的成分,不仅能去垢防污,还有消炎、镇痛的功效,先举一含PVPP的牙膏配方如下:


  PVP 在洗涤用品中的应用详情表.png


  PVP的丙烯酸共聚物用于浴液不仅具有分散稳定剂、去污剂的作用,还有杀菌消毒的功能,尤其是作为药皂、香皂成分在夏天使用具有良好的效果,PVP的既亲油又亲水的性质使它在清洗衣物特别使在清洗宾馆、饭店桌布用的清洗剂中具有特殊的功效,如广州金源洗涤剂用品厂用BASF生产的“台布净”用于洗涤桌布,不仅洗涤时间短,洗后的桌布洁白柔软,还有一股淡淡的清香气味,且兼备杀菌消毒的效果。


  综上所述,PVP在日用化工产品中的功能主要表现在以下几个方面:


  分散稳定功能,常见的护肤品、霜膏及其他一些化妆品大多是乳液和悬浮液,要使其能长期放置而不沉淀变质,使其分散为均一的体系并具有一定的稳定时间十分重要,PVP在化妆品中的重要功能便是分散稳定功能。


  去污洗涤功能,PVP及其共聚物由于其特定分子结构,一方面具有亲油性,可以脱掉衣物、头发及皮肤的油污、汗渍等,另一方面又具有良好的亲水性,这样就容易洗去衣物及皮肤的污渍。


  成膜、保湿功能,这是PVP在化妆品中最普遍的功能,广泛用于头发护理品、护肤品等。


  杀菌、消毒功能,主要用于洗涤用品中。

  PVP在医药中的应用


  利用PVP良好的溶解性、增溶性、生理相溶性、黏结能力及络合能力等性能,在医药医疗卫生领域中,可用作黏结剂、赋形剂、包衣剂、蹦解剂、助溶剂、杀菌消毒剂、增溶剂、缓释剂、胶囊外壳、分散稳定剂、成膜剂等。在一些发达国家,如美国、德国、日本等,PVP在医药医疗卫生领域中的应用约占PVP消费总量的40%~55%。目前,PVP在医药医疗中的作用如下:


  医药级产品标准详情表.jpg

  PVP具有很好的黏接性能和很强的溶解能力。PVP形成的片剂,服用后在消化道中,首先快速溶解,使药片局部膨胀而崩解,释放出药物碎片,进而加速了药物的溶解吸收,起到迅速发挥药效的作用。PVP能溶于水及多数有机溶剂。正由于这些原因,PVP已在药物片剂中广泛使用,尤其是在国外,使用PVP做片剂黏合的常见药物举例


  如下:


  复方磺胺甲恶唑、阿司匹林、复方阿司匹林、扑热息痛、维生素C、潘生丁、二甲基四环素、可乐定、苯磺酰胺、复方止痛、咀嚼片为例加以说明,其配方如下:


  氢氧化铝干胶0.4g


  氢氧化镁细粉0.08g


  糖粉0.02g


  甘露醇细粉0.2g


  10%PVP乙醇(50%)溶液0.03g


  硬脂酸镁0.015g


  薄荷油0.0005g


  作为药物片剂黏接剂的PVP主要是PVP-K30,其用量随药物片剂机械强度的要求和药物本身的性质而定,一般为0.5%~5%。


  PVP作为药物辅料的另一个重要的用途是共沉淀剂,有些药物药效好,但其致命的缺点是在水中的溶解度很小,导致其生物利用率大大降低,使用某些水溶性物质与这些药物共沉淀,进而提高药物的溶解度和溶解速度,达到减小剂量、提高疗效的效果。作为难溶药物的共沉淀剂,PVP正得到广泛的应用。


  PVP作为药物共沉淀剂的主要原因是利用PVP分子中的羰基O可以与难溶药物分子中的活泼氢键结合在一起,一方面使相对较小药物分子成为无定形的状态进入PVP大分子,另一方面,氢键并没有改变PVP易溶于水的性质,所以结果就使得难溶的药物分子通过氢键分散于PVP大分子中,使其变得容易溶解,一些难溶药物与PVP形成共沉淀物后溶解度得变化情况如下:


  药物名称与PVP共沉淀物比例溶解度提高得倍数


  苯妥英1:52.3


  阿吗啉1:538


  利血平(297-420um)1:315


  难溶药物在人体内溶解度的提高也相应地提高了药物地生物利用率,如苯妥英与PVP共沉淀后生物利用率增加了1.55倍,难溶药物共沉淀后溶解度提高地倍数与PVP分子量及PVP用量有关。在PVP用量(质量)相同地情况下,药物溶解度增加幅度按PVP-K15>PVPK30>PVPK90的顺序减小,这是因为PVP本身的增溶作用按PVP-K15>PVPK30>PVPK90的顺序变化,一般情况下PVP-K15用的比较多。


  难溶药物与PVP共沉淀物溶解度增加随PVP用量的变化比较复杂,对于一定分子量的PVP,每个PVP分子能结合的药物的分子数是一定的,难溶药物往往具有一定的晶体状态,PVP的用量不足以结合一定量的药物而使其处于无定形分散状态时,药物仍以结晶状态为主,而溶解度变化不大。PVP必须达到一定含量才能时药物表现为无定形分散体系,其溶解度才能明显增加,才能达到快速溶解吸收的目的。而不同的药物,达到与PVP共沉淀时无定形分散的PVP含量时不一样的,如乙酸环已胺的这一数值时70%,可以通过PVP共沉淀的方法来增加在人体的溶解度和生物利用率的药物还有B-胡萝卜素、氯霉素、地塞米松、氢化泼尼松、链霉素、四环素、睾丸素。


  同样,利用PVP分子与药物分子间的氢键缔合作用可以起到与增溶、速效相反的延效、缓释作用、控制PVP分子与药物分子间的缔合程度,可以使缔合后药物分子在人体内缓慢地释放出来,延缓其溶解速度,起到延长药效地作用。PVP对青霉素、氯霉素、胰岛素、水杨酸钠、普鲁卡因,可的松等药物都有延长药效的作用。


  PVP在固体药物中除了可作为药物的黏结剂、增溶剂、崩解剂、延效剂外,还可以用作药膜外衣和药囊外壳及控释膜。用PVP做成的药膜外衣与胶囊外壳在干燥的环境中不易破裂,适当用量的PVP与其他不溶性聚合物一起做成不同厚度与不同孔径的渗透性膜,可调节药剂通过膜的速率,进而可达到控释药效的作用。


  PVP在液体药物中的应用


  除了上述PVP在固体药物中的诸多应用外,PVP在注射液及眼药中也有重要的作用。例如PVP用于一些注射液中,由于它和药物之间的缔合作用,使其一方面起到助溶的作用,另一方面,对于某些放置时间过长就会结晶出或沉淀出来的药剂,PVP可以起到分散稳定的作用。PVP用于眼药中可以减少对眼睛的刺激性,延长眼药的作用时间。

  PVP在粘结剂中的应用


  PVP对玻璃、金属和塑料、纸张、织物表面具有特别的粘结力;加上其亲水性、分散稳定性、无触变性、增稠性等特点,使它广泛用于各种粘结剂配方中。这种应用分为两类。第一类是将PVP作为胶粘剂的主要成份,另一类是将PVP的粘结性能用于需要粘结剂组份的其他产品中,如涂料、油墨、上光剂、各种片剂、颗粒剂、烧结材料釉料等。


  PVP在胶粘剂中的应用


  PVP作为胶粘剂的主要成份,在工业上应用最广泛的有固体胶水棒、压敏胶及再湿性胶等。


  固体胶水棒是新型办公(包括学校学生用)胶水,由于其使用涂布方便,初粘力强,适用于各种纸张,粘合后平整无皱,克服了液体胶水的种种缺点,因此近三十年来成为世界流行的办公用品。作为固体胶水棒的粘结剂应具有粘结能力强,特别是初粘力好;涂布性好,涂层薄而均匀;固形性,在涂布受力时不变形,且能适应各种气候条件;贮存期长,无毒。研究证明,在各种水溶性高分子中,PVP是能全部满足上述要求的极少几个品种之一。市场上也有以PVA为主要粘结成份的固体胶水,但它们一般都难以克服PVA的凝胶化倾向,保质期短,最终失去粘结力。表56为以PVP为原料的若干市售固体胶水产品的粘着强度比较。


  表56固体胶水粘着强度比较*


  固体胶水粘着强度比较详情表.png


  基材——湖兰全棉纱绸,40×40支,测试方法GB532-82


  应用试验证明,固体胶水适合于各种书写纸、腊光纸、拷贝纸、胶板纸、凸版印刷纸、皱纹纸、照相纸,特别是对小件纸品的粘贴可以操作自如,即贴即写;还可以粘贴织物及聚苯乙烯材料如装饰用发泡纸等。因此,已在全球迅速推广。近十年以来中国和韩国已成为全球固体胶水主要生产和出口基地。两国为生产固体胶水采购的主要原料PVPK90达到2000吨左右。例如,中国江苏兴达文具集团公司每年从国内外采购PVPK90500-700吨,生产各种类型固体胶水2-3亿支,成为全球最大的固体胶水制造商。


  以NVP聚合物为主要粘结成份的另一种胶粘剂是压敏胶。在压敏胶配方中加入PVP可提高胶带的初粘力,强度和硬度。丙烯酸酯与NVP的共聚物可以作为精细材料的保护性膜,具有反复粘着与剥离的性能。医用皮肤压敏胶广泛采用包括PVP在内的水溶性高分子作为粘结成份;特别在皮肤给药膜上,这是一种全新可控释放给药方式。药膜本身含有可通过皮肤吸收的药物,NVP聚合物作为一种粘结剂,成为凝胶状的药物基质,促进药物的扩散。治疗心肌梗塞的硝酸甘油酯就可以做成这样的药膜。又如NVP与丙烯酸酯的共聚物就可以作为杀菌剂碘的载体,通过其压敏粘结性固定在皮肤上,成为局部防感染的皮肤给药膜。另一类医用压敏胶的作用是将医疗器械的电极固定在皮肤上,它往往是具有压敏粘结性可以反复使用的,而且能吸附电解质溶液的水凝胶,PVP可以增加水凝胶的强度,提高其在电解质中的稳定性。


  第三种以NVP聚合物为主要成份的粘结剂是再湿性胶,所谓再湿性胶是指在干燥状态不具有粘结性,而在吸水的状态下可以发挥粘结作用。PVP,特别是PVP/VA,由于其可调节的吸湿性,成为这一类粘结剂的主要成份。一种热熔涂布,再湿使用的粘结剂就是由PVP/VA,聚乙二醇组成的,其配方如下表:


  表57再湿性粘结剂配方

  再湿性粘结剂配方详情表.png


  选择PVP/VA合适的分子量和分子中VP与VA的比例,可以改进胶粘剂的流动温度,在75%相对湿度下的抗结块性和对水的敏感度。从热稳定性、抗结块性、粘结性、粘度、机械特性、吸湿速度,吸湿粘度等方面满足涂布、使用和贮存的要求。


  在其它产品加工、生产中作为粘结剂的应用


  由于PVP对玻璃有优良的粘结性,所以被用于玻璃纤维的上光剂,使玻纤表面更光滑,减少在拉伸过程中的磨损,增加纤维束的抱合力。酚醛树脂,饱和聚酯树脂纤维素衍生物,醋酸乙烯/甲基丙烯酸甲酯树脂都可与PVP共同组成玻纤上光剂。某些配方已在国内一些大玻纤厂得到应用。


  据以相同的原因,PVP还可用于许多无机纤维如碳纤维、Al2O3纤维,钛酸镁纤维的制备和加工,增加纤维与树脂复合时的粘结力。


  在用玻璃、陶瓷、石英、石棉、云母等无机材料制备高柔性、特种纸时,PVP往往可以对纤维起到分散,粘结的作用,提高纸张的强度。


  PVP在精细陶瓷加工,高尺寸精确度烧结陶瓷,可控磁性烧结陶瓷,柔性陶瓷,陶瓷表面涂层,陶瓷、玻璃用印刷油墨,瓷器釉料,镀镍钢搪瓷釉药中都可作为浆料、颜料等分散剂、粘结剂而受到广泛的重视和应用。在陶瓷加工中,PVP可在烧结时完全燃烧。因此,对陶瓷本身无任何影响。PVPK90还可防止陶瓷制品在烧结前的破裂。在釉料和油墨中,PVP对颜料和染料的亲和性可保证釉料和油墨的均匀、稳定和高附着力。


  PVP是所有类型工业或民用片剂、颗粒剂的成型粘结剂,例如用于假牙的清洁片、儿童用绘画涂料片、家用或工业用片状、块状净洗剂等。


  PVPK30和PVPK90是制造石膏绷带的良好粘结剂,将PVP溶于有机溶剂如甲醇中,生成甲醇-PVP溶液,将石膏分散其中,然后将悬浮液施于绷带上,干燥后即可得到塑性好、均匀一致的石膏绷带,减少碎粉,增加弹性和牢度。


  PVPKl7可以作为照相纸的粘结剂。


  各种需用粘结剂的产品都有其特别的要求和使用条件,只要充分了解PVP的各种性质及其相互关系,就可以在许多新产品的开发中发挥PVP的粘结作用。


  全球用于生产粘结剂的PVP约为3300吨,占PVP总消费量的7%以上。至于用在生产其他各种产品中,主要起粘结作用的PVP的需求量就不在以上数据之内了,也难以正确统计。

  PVP在办公用品中的应用


  随着现代科学技术的日新月异,人们生活水平的不断提高和计算机技术的飞速发展,对各类办公用纸张、打印机色带、墨水、油墨等办公用品的要求也越来越高。对纸张要洁白平整,对墨水、油墨等要求附着力强而不渗透,薄而不宜皱,质地均匀表面光洁,简而言之,就是要有满意的硬度、涂布性、剥离强度及光洁度等。对墨水要求书写流利,线条清晰均匀,不宜沉淀、不宜脱落、不宜褪色、不堵笔。对印刷打印用油墨及涂布用磁性粉墨要求更高,因为有时需要喷印塑料制品而要保持长期不褪色,如身份证制作,胶片复印等。在所有这些办公用品中,不同分子量的PVP显示了优越的使用性能。


  PVP在墨水、油墨中的应用


  PVP具有好的黏结性能,可作黏合剂,用于墨水、油墨可使书写和印刷的字迹牢固地附着于纸张上而不宜脱落和褪色。再者,PVP对无机颜料、有机颜料分散体有良好地分散稳定效果,用于墨水和油墨可得到均一地分散体系,不宜沉淀,不堵塞钢笔和各类喷嘴,得到的字迹深浅均匀一致。而且PVP具有不挥发性,其作用和功能持久,尤其是印刷或打印设备长期停止运行也不会堵塞喷嘴,具有流畅的重复喷射书写性能。用于墨水、油墨的PVP一般为分子量较低的PVPK-12到PVPK-30产品。


  圆珠笔用墨水、油墨中加入PVPK-30起到保护胶体、增稠、增黏的作用,使书写流利、不溢流、不褪色,还可以减少球珠的磨损,延长其使用寿命。


  现举出两例应用配方及制作方法:


  配方一:碳素墨水 

      

  配方二:圆珠笔用油墨


  


  一种磁记录用油墨的配方如下:

  


  PVP在纸张及其他办公用品中的应用


  在造纸工业中,PVP用作改进纸张强度,增溶染料和分散颜料,在废纸脱墨、破布分解、打浆和着色时,均是重要的助剂。用作涂层时,能提高纸张的光泽、可印刷性和抗油脂性,特别时在喷印用纸表面涂有含PVP的透明涂层,会使喷印墨水在纸上快速干燥,该透明层具有良好的吸墨水性,不溶于水,有较好的凝固性,并因透明而高速成像,特别适用于多色彩的墨水喷印。


  制图用的透明记录纸要求有相当的透明性,由于制图往往是用铅笔,所以要求透明纸对铅粉有良好的附着安定性,这种纸的基质是透明的纤维素胶片,它在纤维素胶片上形成透明的经过交联反应的以PVP为主体成分的硫酸纤维素树脂,PVP在其中的含量为1%~10%,形成2-10微米的透明皮膜,涂于基质纤维素胶片上。一方面,PVP在这种皮膜的作用是使皮膜和基质纤维素胶片牢固地黏在一起,同时对制图用颜料也有良好的附着稳定性。另一方面,PVP形成具有优异透明性能的薄膜,可以使细小的颜料颗粒透明过皮膜而延长图纸的保存时间,即使是有磨损也不会影响所绘图案的完整性。


  通常用的胶水在使用时会遇到诸多不便,只有固体浆糊常温下为固体,可直接擦拭使用,克服了液体胶水或粘稠状浆糊使用上的不便之处,固体浆糊通常由三种功能不同的物质组成,即赋形剂、溶剂和黏接剂树脂,黏接剂最常见的时聚乙烯吡咯烷酮(PVP),使用分子量为40000-90000(K30)和10000,000-13000000(K90)之间的不同PVP,调节赋形剂、PVP与溶剂之间的比例,可以制成不同硬度的棒状固体浆糊。


  其他可作为浆糊黏接剂的有聚乙烯醇、聚丙烯酸烯酰胺、聚丙烯酸胺的共聚物、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、降解水溶性淀粉、乙氧基化淀粉、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醚、聚氯乙烯等水溶性或水分散性聚合物。这些聚合物作为浆糊(特别是固体浆糊)的黏接剂成分性能不及PVP优越,随着PVP生产成本的降低,越来越多的固体胶棒厂使用PVP。

  聚乙烯吡咯烷酮的功能


  聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是一种用途广泛的成分,根据化妆品数据库[1]和CosmeticsInfo.org[2],它在化妆品和美容产品中可作为粘合剂、乳化稳定剂、悬浮剂和头发定型,主要出现在睫毛膏、眼线、护发素、发胶、洗发水以及其他头发护理品中。它可以避免乳液中的水油分离,使压缩粉饼中的成分粘合在一起。聚乙烯吡咯烷酮还可以在皮肤、指甲和头发的表面形成一层干爽的薄膜。当它成为护发产品中的成分时,可以防止头发吸收水分使头发定型。它也用于隐形眼镜护理液中,还可作为增稠剂用于美白牙膏和美白牙齿的凝胶中(Wikipedia[3])。


  聚乙烯吡咯烷酮通过了FDA的批准(特别是在啤酒、葡萄酒和醋中作为澄清剂,还可作为柑橘类水果的保鲜涂层),也通过了CIR的审核。


  聚乙烯吡咯烷酮PVP作为分散剂粘结剂的应用


  PVP在粘结剂中的应用,PVP对玻璃、金属和塑料表面具有特别的粘结力;加上其亲水性、分散稳定性、无触变性、增稠性等特点,使它广泛用于各种粘结剂配方中。


  PVP作为胶黏剂的主要成分,在工业上应用最广泛的有固体胶水棒、压敏胶及再湿性胶等。


  PVP由于对玻璃有优良的粘结性,被用于玻璃纤维的上光剂,使玻璃纤维表面更光滑,减少在拉伸过程中的磨损,增加纤维素的饱合力。酚醛树脂,饱和聚酯树脂纤维素衍生物,醋酸乙烯/甲基丙烯酸甲酯树脂都可与PVP共同组成玻纤上光剂。某些配方已在国内一些大玻纤厂得到应用。


  PVP在精细陶瓷加工中可作为浆料、颜料等分散剂、粘结剂。在陶瓷加工中,PVP可在烧结时完全燃烧。因此,对陶瓷本身无任何影响。PVPK90还可防止陶瓷制品在烧结前的破裂。


  在釉料和油墨中,PVP对颜料和染料的亲和性可保证釉料和油墨的均匀、稳定和高附着力。


  另外PVPK30和PVPK90是制造石膏绑带的良好粘结剂。将PVP溶于有机溶剂如甲醇中,生成甲醇-PVP溶液,将石膏分散其中,然后将悬浮液施于绷带上,干燥后即可得到塑性好、均匀一致的石膏绷带,减少碎粉,增加弹性和牢度。


  PVP用于制备片状纳米银粉


  一、用于制备片状纳米银粉


  片状纳米银粉由于其表面积相对较大,颗粒间是面接触或者线接触,所以电阻相对较低,导电性较好。此外,片状纳米银粉特殊的表面等离子共振性能,使其表现出与球形粒子及体相材料截然不同的光学性质。因此,片状纳米银粉在微电子、催化、表面增强拉曼、金属增强荧光、红外热疗、生物标记、纳米导电胶、电子封装材料等领域具有极大的应用价值。CN201210500911.1提供一种片状纳米银粉的制备方法,由含表面活性剂的银盐水溶液与亚铁盐溶液在0~100℃的温度下反应得到。所述的银盐为硝酸银、硫酸银或者乙酸银。所述的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)或者聚乙二醇(PEG)。本发明具有的积极效果:(1)本发明的方法反应时间短,效率高,而且反应条件温和。(2)本发明的方法工艺及设备简单,生产成本低,而且操作简便,绿色无污染,特别适合工业化大规模生产。


  二、制备一种石墨烯/水性聚氨酯导电复合材料


  CN201010613387.X提供一种石墨烯/水性聚氨酯导电复合材料的制备方法,主要是利用聚乙烯吡咯烷酮辅助,改善高浓度石墨烯水溶液的分散性和稳定性,并利用简单环保的溶液复合方法制备石墨烯/水性聚氨酯导电复合材料。实现本发明的技术方案为:第一步:通过化学氧化制备出氧化石墨;第二步:将制备出的氧化石墨和聚乙烯吡咯烷酮分散在水溶液中;第三步:通过热还原将氧化石墨还原成石墨烯;第四步:将水性聚氨酯与石墨烯水溶液制成复合材料。


  三、制备一种用于可降解输尿管支架管的复合材料


  输尿管支架管(双猪尾导管,或称D-J管)在泌尿外科手术中应用极为广泛,适用于上尿路手术以及碎石机碎石、输尿管狭窄的扩张等治疗过程,它植入输尿管后能起到引流尿液、防止输尿管狭窄和粘连堵塞的重要作用。CN201210538575.X提供了一种可降解输尿管支架管及其复合材料与制备方法,该可降解输尿管支架管表面光滑、柔韧性好、降解碎片形态可控、降解速率符合临床要求。一种用于可降解输尿管支架管的复合材料,以重量百分数计,包括:


  L-丙交酯/ε-己内酯共聚物60%~98%


  交联聚乙烯吡咯烷酮2%~40%。


  本发明的有益效果体现在:本发明的输尿管支架管所用的复合材料中的L-丙交酯/ε-己内酯共聚物和交联聚乙烯吡咯烷酮均是生物相容性好的生物医学复合材料,降解时间在1-2月左右,这非常适合手术后引流尿液,防止输尿管狭窄的要求,并且不需拔管而能自行降解排出体外,减少病人的痛苦和负担。


  PVP对染料敏化太阳电池特性的影响


  聚乙烯吡咯烷酮PVP为成膜剂,采用刮涂的方法制备染料敏化太阳电池光阳极中的TiO2薄膜。将一定量的PVP溶解到无水乙醇中与0.5gP25以及其他有机小分子物质混合,搅拌均匀后研磨制成TiO2胶体,将其均匀涂覆在导电玻璃上(膜厚度约为14μm),经过450℃燃结后浸附燃料,制成TiO2光阳极。研究发现:当其他条件不变的情况下,最后得出最优的PVP加入量为0.30g,电池的光电转换效率可达6.37%。


  染料敏化太阳能电池由半导体光阳极、阴极和两级质检的电解质组成。半导体光阳极是由粘附在导电玻璃上的许多孔纳米晶TiO2薄膜和吸附在TiO2颗粒上的光敏染料构成。通常,使用刮涂法(即DoctorBlade)或丝网印刷技术等,将TiO2涂覆到导电玻璃上,然后高温烧结制成。


  一种方法是用聚乙二醇(PEC)、乙醇体系胶体,采用丝网印刷扥方法制备TiO2薄膜,实验发现这种技术不但能防止TiO2薄膜龟裂还能保住高质量的多孔结构,当薄膜为17μm时光电转换效率达到5.18%。


  另一种方法是用乙酰丙酮、乙醇体系胶体和丝网印刷的方法制作锐钛矿相TiO2薄膜(15μm厚),其光电转换效率可达到4.1%。以上可见,TiO2浆料的组分对电池性能具有非常显著的影响。


  采用P25、PVP、无水乙醇为主要成分,配置TiO2胶体,通过刮涂方法制备约14μm厚的TiO2薄膜,制作和组装电池。研究发现在其他条件不变的情况下,改变PVP的用量对TiO2薄膜的质量、电池性能影响很大。


  通过研究实验可见,适当的加入适量的PVP一方面可以有效地抑制TiO2颗粒的团聚现象,改善成膜性和均匀性,增加孔隙率,从而增加染料的吸附量;同时也不破坏TiO2颗粒之间以及TiO2颗粒与导电玻璃之间的有效连接,保障载流子的有效传输,这样才能提高染料敏化太阳电池性能。


  通过大量的实验分析,对0.5gP25粉来说,PVP的加入量应以0.30g最为适宜。过多会阻断TiO2颗粒之间的连接,从而阻碍电子有效传输,不利于电池性能提高;不足导致纳米TiO2电极孔洞分布不均、团聚严重,也会降低电池性能。


  因此,当PVP含量为0.30g时(针对于0.50gP25粉而言),TiO2电极厚度为14μm时,染料敏化太阳电池光电转换效率最高,可达到6.37%。进一步优化TiO2电极结构,电池的光电转换效率又有所提高。


  PVP适合做哪些种类膜的致孔剂


  目前,工业上应用比较广泛的膜有微滤、超滤、纳滤及反渗透膜,这些不同种类的膜对膜孔径尺寸要求是不一样的,聚乙烯吡咯烷酮PVP作为水处理膜常用致孔剂,适用于哪些种类的膜产品呢?


  这个问题涉及到膜孔径结构控制,很多客户会误认为膜孔径结构能由致孔剂PVP单一控制,其实,对于膜孔径结构(膜孔径大小,孔隙率,孔径分布)尤其是超滤微滤膜的膜孔径结构是由制膜方法、聚合物浓度、添加剂(致孔剂)、溶剂/非溶剂的选择、凝胶浴的组成等多个因素影响和控制的,根据膜材料和所要制得的膜类型,选择好制膜方法、溶剂/非溶剂对、凝胶浴组成、聚合物浓度等条件后,添加适当分子量的致孔剂PVP,就能得到想要的水通量高、截留率大的膜产品,而且对于致孔剂PVP,它是十分适用于普通超滤微滤膜产品的。


  至于反渗透膜中,由于目前水处理工业中所使用的反渗透膜大多是复合膜,而在其基膜的制备过程中,大多数使用的膜材料是聚砜聚丙烯和聚丙烯腈,故也会经常使用到添加剂PVP作致孔剂,在目前国内也有很多企业反渗透膜的制备中也是在使用PVP作为致孔剂。


  根据膜材料挑选合适的致孔剂PVP


  随着现在膜分离法污水处理技术的不断发展,各种类型的膜(超滤微滤纳滤反渗透膜)的生产使用量在不断增大,作为水处理膜优良致孔剂的聚乙烯吡咯烷酮PVP也得到越来越广泛的应用了,因此,每个企业根据自己使用的膜材料去挑选合适的致孔剂对于成膜产品的膜孔结构控制是十分重要的。


  对于超滤微滤膜,目前生产上常用的膜材料有聚偏氟乙烯PVDF、聚砜PSF、聚醚砜PES、聚氯乙烯PVC、聚丙烯腈(PAN)、聚酰胺(PA),但是直接用这些高分子材料制成的水处理膜都各自存在缺陷,比如制造成本高、机械性能差、水通量小、膜容易污染及破损等这种缺陷。PVP作为一种亲水性高分子,添加到铸膜液中,除了能从热力学和动力学两方面去影响成膜过程最终到达对孔结构的影响与控制,并且不同于其他致孔剂的是,PVP会在成膜中残留一部分,增加这些膜产品的亲水性,提高通水性及抗污性。现在的制膜企业中,一般在PVDF、PSF、PES三种膜材料中会经常使用PVP做致孔剂,对于PAN材料,以前较多使用的是聚乙二醇PEG为致孔剂,现在随着研究的深入,很多企业也在使用PVP作致孔剂,在PVP作致孔剂的同时加入四氧化三铁做填料,成膜的效果也是不错的,PVC材料本身由于疏水性在膜生产应用中受到限制,但因为其价格便宜,取材方便,今年来对于PVC膜材料的研究也不断深入,如北京工业大学的以PVC/PVB共混后添加PVP作为致孔剂制膜的,成膜效果也很不错,还有海南立升、广州特瑞等企业生产的PVC合金膜等都有在使用PVP作致孔剂。因此现在企业常用的膜材料大多都能使用PVP作为致孔剂,而且现在无论国外还是国内的高端膜产品中很多都是使用的PVP作致孔剂,这也是未来膜业发展的方向。


  PVP对PVDF膜性能的影响


  聚偏氟乙烯(PVDF)是一种性能稳定的疏水性材料,它具有良好的化学稳定性、耐热性和耐候性,而且机械性能优良。该聚合物已经在膜蒸馏、渗透气化、气体分离、微滤、超滤等膜分离领域得到了广泛的应用。但PVDF的表面能很低,疏水性很强,导致其在成膜过程中非溶剂(水)很难进入膜内部造成延时分相.因此虽然PVDF具有良好的性能,但是如果没有合适的添加剂,其膜也鲜有应用价值。而在PVP、PEG、PVA、丙醇、氯化锂等纵多添加剂中,PVP是各种配方中使用最多的添加剂。但PVP对PVDF膜性能各项参数(膜的机械强度、水通量、截留率、亲水性)的影响情况是怎样的呢?


  1.PVP对PVDF膜的伸缩性及机械强度的影响


  在干-湿法纺丝制PVDF膜中,一般随着添加剂PVP含量增加,膜丝收缩率增加。铸膜液中加入PVP使得溶液的粘度大幅度上升,大分子物质在喷丝孔中流动过程中具有较高的取向,同时在膜的内壁上也具有较高的取向度,因此在干燥过程中膜就会有一定的收缩。PVP的浓度越高,铸膜液的粘度越大,膜的取向度也随着越大,干燥时的收缩相应的也就越高。


  膜的强度随着添加剂PVP含量增加而先减小后增大的,这与膜断面海绵层结构的厚度有关。PVP浓度较低时,成膜过程中铸膜液体系的热力学性质控制着成膜过程,分相速度随PVP浓度的增加而加快,随之大孔结构的发展也变得更加充分,但是当PVP浓度增加到一定程度时,成膜过程中动力学扩散起主导作用,成为控制因素,而PVP浓度增加使得铸膜液体系的粘度相应增加,从而造成溶剂-非溶剂的交换阻力增大,铸膜液体系由瞬时液-液分相向延时液-液分相过渡,因此膜的大孔发展受到抑制。随着PVP含量的增加,膜内外壁上均有指状孔贯通性增多,海绵状结构厚度减小。


  2.PVP对PVDF膜的水通量及截留率的影响


  一般随着添加剂PVP含量增加,膜的水通量是先增大后减小,截留率会先减小后增大,存在一个添加量大约为5%(成膜条件量稍有不同)的最优值。PVP作为较好的致孔剂,主要是从热力学和动力学两个因素来影响膜孔结构,当铸膜液中PVP含量较低时,热力学因素的影响成为主导,PVP的加入降低了铸膜液体系的热力学稳定性,凝胶速度较快,同时PVP具有亲水性,加速成膜过程溶剂与非溶剂的交换,膜的结构就越疏松,开孔率增加,水通量增加,截留率下降。但当PVP增加到一定程度后,随PVP浓度增加使得铸膜液体系的粘度相应增加,从而造成溶剂-非溶剂的交换阻力增大,动力学因素的影响成为主导,膜指状孔的发展受到抑制,水通量下降,截留率上升。


  3.PVP对PVDF膜的亲水性的影响


  添加剂PVP是一种亲水性高分子材料,它能够显著改善膜的孔结构,并且往往由于部分PVP残留在成膜中,所以膜的亲水性也会有一定程度提高。若能使得PVP在成膜中更长时间的残留,便可以更大程度的解决膜的亲水性问题,这也是我们膜专用型致孔剂GC-PVP-M。


  聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在水处理中的应用


  聚乙烯吡咯烷酮(Polyvinylpyrrolidone)是一种非离子型水溶性高分子化合物,分子内既有亲水基团,又有亲油基团,使其既能溶于水,又溶于大部分有机溶剂(如醇、羧酸、胺、卤代烃等),毒性很低,生理相容性好。

  聚乙烯吡咯烷酮的溶解度.png


  ○:溶解Δ:部分溶解×:难溶


  高分子成孔剂


  1)综述


  膜按孔径分,有微滤、超滤、反渗透、渗析膜、渗透气化膜、气体分离膜与离子分离膜等。其中微滤与超滤的机理为筛分机理,其它为溶解扩散机理。按结构可分为对称膜与非对称膜两种。制膜方法,目前主要有相转化法、熔融拉伸法、径迹蚀刻法和无机膜的烧结法等。相转化法是制备微滤和超滤膜最广泛的一种方法。相转化法,就是配制一定组成的均相的聚合物溶液,通过一定的物理方法改变溶液的热力学状态,使其从均相的聚合物溶液发生相分离,最终转变为一个三维大分子网络式凝胶结构。这种三维网络状大分子凝胶即构成分离膜。


  相转化法根据改变溶液热力学性质不同,可分为溶剂蒸发相转化法、热致相转化法、气相沉积相转化法和浸入沉淀相转化法。其中浸入沉淀相转化法制备工艺最简单,也能更好的调节膜的性能和结构,是制备超滤和微滤最广泛的一种方法。其中超滤膜的膜截留分子量为1000-100000。


  2)影响膜性能的因素


  铸膜液的组成、制膜条件、凝胶浴温度及组成、成孔剂的组成这四方面共同影响膜的性能,主要体现在传质速度上。其中成孔剂影响的是铸液膜体系的分相热力学和传质动力学,从而影响成膜过程,改变膜结构。


  3)PVP成孔机理


  PVP作成孔剂时,会在膜的表面富集,当膜的表面和水接触时,PVP就会溶解于水,形成非溶剂进入膜内部的通道,而这些点构成了指状孔的生长点,在随后的过程中向膜母体增长形成指状孔。最终聚合物浓相成膜,聚合物稀相被洗脱(PVP)。


  4)添加比例


  PVP的添加比例一般在2-5wt%(该区间不固定,要根据具体的制膜条件来定)。添加量增高,会增加膜孔隙率,但降低了膜的强度和疏水性,会影响膜的使用性能。


  5)应用领域

       应用领域.png

  PVP的彩色显像管光阻的应用


  彩色显象管的黑色底(黑色矩阵)与水溶性粘合剂是彩色显像管生产的关键材料。芳香族化合物叠氮和PVP,PAM混合物代替铬酸盐的PVA是CPT光敏胶的重要进展。PVP中起着感光性胶粘剂的感光性能的提高了很大的作用,粘结性能和流平性。许多大型彩管工厂使用含氮化合物的PVP堆栈水溶性感光性胶粘剂在国内外的重要组成部分。由于感光性粘接剂和图像显示,需要更严格的(小于0.01mm上的黑色和白色的条纹接口的不等式,它需要更多的感光性粘接剂的PVPK90的质量,特别是对分子量,粘度和杂质比一般工业产品规格。为了保证在彩色显像管生产的质量的稳定性,PVPK90的聚合体系和聚合过程中应致力于研究和调整。


  上述光敏抗蚀剂也可用于电路板,印刷电路板等场合,除了可用于CPT等场合。


  除了水溶性感光胶,PVP也用于CPT荫罩涂层,导电涂层和荧光屏的感光材料。在这些CPT材料,PVP主要用作活性成分的分散剂和粘合剂。


  PVP中其他新材料的应用:


  PVP可以为了改善膜的选择性被用于膜材料的各种功能中的用途。例如,血液透析膜制成添加1-4%的PVP在醋酸纤维素,仅通过菊糖但不是通过等离子体。增加的PVP的含量在羟丙基纤维素能增加水蒸汽的传输速率。制成的邻苯二甲酸醋酸纤维素和PVP的膜可以用作反渗透膜过滤有机溶剂。反渗透膜海水的脱盐,也可与PVP的改进,以增加它的传输速率。在用于超滤,纳米过滤膜的过程中,也可以制备各种不同的聚合物材料的各种不同分子量的PVP已被广泛地用作造孔剂,由此具有各种不同的分离精度和不同的膜分离材料自适应性能可以得到,谁被广泛用于海水淡化,水处理,浓缩和纯化产物。目前各地使用的膜材料生产的全球PVP约为2000吨/年,约占4%的PVP消费。


  PVP可用于在光伏电池或太阳能电池,以稳定的光氧化/还原染料,也可作为固体电解质和平板玻璃的铝电解电容器离子电极的粘合剂。的PVP和Cd2O3可以用作加热的条件下,电池的电极和加压混合。75-98%的Ni粉末和2〜2.5%的PVP可以由镍镉制成在1700℃支承多孔和镍-铁碱性电池烧结电极10分钟。此外,它可以是电池的电极来解决镁粉末中的不锈钢纤维板与PVP的。在这些场合,PVP用作粘结剂和金属粉末的分散剂。


  PVP可用于重氮和卤化银乳剂,蚀刻涂料和印刷板的胶水,形成光固化型水溶性胶体,然后提高遮盖力,密度,对比度和胶体的速度。在金属照相制版,使用的PVP省去了深蚀刻,并且也可以确保均匀的粘度,稳定的温度,并牢固地在非成像区域进行附加。对于卤化银乳剂,PVP是非常有效的保护性胶体。还PVP可显影银胶体除去重铬酸盐的防锈时,可以用作加工助剂。


  关注和研究,PVP的优异性能也备受关注和研究的减阻涂料,光纤,激光视盘等新技术。


  NVP和甲基丙烯酸羟甲基的共聚物(b)的酯或乙二醇酯,以及后来的对PVP的接枝聚合物,可以使高吸水性软质隐形眼镜,其水吸收率可高达90%,与良好的透水,透气性和机械强度。


  的PVP和用作加氢催化剂显研究中的活性金属配合物是捕获每个人的眼睛,例如PVP钯络合物使用二氧化硅作为载体,在室温下,大气压下,可以催化的芳族硝基化合物的加氢还原反应中,其催化活性比常规催化剂。硝基苯和二硝基苯的氢化反应率达到100%。系统加入乙酸的适当量可以显著提高催化剂的活性,回收和使用几乎不降低催化活性。


  总之,在近几十年来在高科技领域的应用PVP中出现的层出不穷,是不胜枚举,涉及专利数以万计,但是从PVP应用不偏离。任何一种新的应用程序是相关的PVP的优异性能,和最流行的一种仍然是水溶性的,膜,粘合剂,络合,保护胶体和低毒性。


  PVP在纺织印染工业中的应用


  PVP的络合能力及其胶体保护作用,使其在纺织印染工业中有广泛的用途。


  在纺织工业中的应用


  PVP与一般的有机染料有很强的亲和力,特别与直接、还原、硫化、分散等染料结合力较强。这主要是PVP分子中的内酰胺结构与染料中的有机官能团,如羟基、氨基、羧基之间的结合力造成的。这种力在一定条件下往往超过染料与纤维的结合力,故PVP有“液体纤维”之称。PVP的这种性质可以改进许多疏水性合成纤维的可染性。用接枝共聚法,表面接枝法,与合成树脂混合抽丝法,或湿纺纤维浸渍法,涂敷法等将PVP(或其共聚体)引入合成纤维,使合成纤维可以均匀地染色,并可提高染色深度。例如将5%-10%的PVPK30加入聚丙烯腈或其共聚物的纺丝原液中进行混抽,其纤维对以下几种染料的染色深度分别增加如下:


  CellitonFastYellowGGLL100%


  CellitonFastPinkRF82%


  CelltionFastBlueFFRS47%


  对难以染色的聚丙烯纤维,如在树脂中加入7.5%~10%的乙烯-乙烯基吡咯烷酮的共聚物(含乙烯75%~90%)进行纺丝,其纤维染色深度对酸性染料可增加近十倍,对分散性染料可增加3~7倍。粘胶、聚酰胺和聚氯乙烯等纤维均有上述相同的增染效果。


  除了提高合成纤维的可染性外,PVP还能改进合纤的其它性质。如PVP与尼龙66的接枝共聚物不但能用酸性直接还原染料染成深色,而且对其吸湿性、防皱性、定型性、易洗性、漂白后的强度和耐日晒能力都有提高。又如用10%PVP混抽的粘胶纤维,其吸湿量从3ml/g,增加到5~6ml/g。再如,丙烯腈与氯乙烯的共聚物纤维在受热条件下遇水或水蒸汽会产生失透、失光现象。加入3~5%PVP后,其纤维就无上述现象发生。


  在印染工业中的应用


  ⑴由于PVP与许多种染料有很强的结合能力,故它在五十年代就被用作剥色剂、漂白剂、减色剂。最近,还有人提出用顺酐——苯乙烯共聚物掺入PVP漂白剂配方中,以降低漂白织物的成本。


  在某种特殊场合,PVP可作匀染剂。例如1%PVP可使尼龙6、尼龙66混纺纤维织物用酸性染料或金属络合染料染色后得到最佳的色差。2%PVP(wt)可以作改性聚酯纤维用阳离子染料染色的匀染剂,染色织物不但色泽均匀,且日晒牢度从原来的两级提高为八级,其抗静电性也大在增加(比阻抗从1.1×106Ω-cm增加为1012Ω-cm),聚丙烯与纤维素的混纺纤维,用PVP作匀染剂时,可用一浴法染色,色泽均匀,色牢度好。


  PVP与不同染料的结合能力是有差异的。利用这一性质,对动物纤维、聚酰胺纤维和聚丙烯纤维进行防染法印花时,可用PVP作防染剂;在上色防染糊中加入3%PVP,可以有效地阻止地色上染(地色用金属络合染料或分散染料),得到图案鲜明、轮廓清晰的印花织物。


  增加PVP对金属络合染料的比例(至少1:2)时,就可制成标记色料——暂印染料。这种染料对羊毛、腈纶、尼龙、涤纶、粘胶纤维染色后,其颜色很容易用水洗掉,仍然留下白色的纤维。


  大部分水溶性高分子化合物具有胶体保护作用和增溶作用,但PVP在这方面性能尤为优异,故可作为分散染料高温染色用的结构型匀染剂,以提高分散染料的稳定性和染色速度。这种分散染料是将PVP与染料在溶剂中一起喷雾干燥加工而成,染料与PVP呈固溶态,粒度<0.1μ。


  分散性染料在溶剂染色中因染料不溶于溶剂,通常需用大量的表面活性剂,溶剂回收量大,上染率、色牢度较低。如用PVP(常为其衍生物)作染料加工的分散剂,可得到一种贮藏稳定的分散染料。这种染料对聚酯纤维进行溶剂染色,可得到耐湿、耐磨、耐热、耐光的均匀染色织物。1%~3%的PVP可以防止还原染料、分散染料贮藏时的触变和降解作用,数周后仍然保持染料糊剂的流动性。在羟甲基类的防皱防缩整理剂中加入<3%的PVP(以固含量计),就可提高这类助剂的贮存稳定性。贮藏数月后,再制成的水溶液一周后仍不会沉淀。


  转移法染整工艺具有速度快,助剂用量少,加工质量好等优点。关键是需要一种对纤维有亲和力,溶剂相容性好,成膜性好,适宜涂布的糊料;还要求它对染料和整理助剂有分散、稳定的作用和一定的粘结性;配制容易;溶于水,染整后易用水洗去。由于PVP符合上述各种要求,故在转移法染色、漂白、净洗、整理(防皱、防水、抗静电、Antisnag等)中,PVP有较广泛的适应性和良好的效果。


  通常在织物整理中,阳离子型的整理助剂与阴离子型的萤光增白剂互不相容,不能同浴对织物加工。如果在浴中添加0.1~2%的PVP,则可将柔软剂或抗静电剂,树脂整理剂与萤光增白剂同时在一浴中对织物进行加工整理。处理后织物的白度、荧光度、柔软性、静电带电量、强度等都达到或超过其性能指标。


  ⑵由于PVP分子中存在的内酰胺结构,与羟基、氨基、羧基之间有很强的结合力,而染料中往往就含有这些官能团,所以PVP与一般的有机染料都有很强的亲和力,有时这种亲和力甚至超过染料与纤维的结合力,故而PVP有“液体纤维”之称。利用PVP的这一性质可以增加一些疏水性纤维与染料间的亲和力,进而改善这类纤维的可染性,例如,在合成纤维过程中将适量PVP掺入其中,使合成纤维可以均匀地染色,并提高着色力和提高染色深度,对染色比较困难的聚丙烯纤维,在其中掺入7.5%左右的NVP/苯乙烯共聚物,可使纤维对酸性染料的染色深度增加10倍左右,对分散性染料可增加5倍左右。在掺合PVP的工艺中,使它均匀分布于纤维中,可大大减低染色后织物的色差,提高染料在织物上的附着力。得到色泽均匀,耐光耐热不易褪色的纺织染色品。


  PVP除可改善某些纤维的可染性外,还可改进其吸湿性、防晒性等性能,大大提高合成纤维的质量和档次,例如合成纤维中的聚酰胺纤维、聚酯纤维等以高强度、高细度、耐摩擦性、热可塑性及良好的光泽和鲜明的染色而深受欢迎,但是吸湿性却比天然纤维差,导致其作为衣物使用时常在衣物的表面附着一层来自空气中的水蒸气而影响穿着的舒适感,尤其时在夏天高温潮湿的天气,吸湿性差的衣物很容易被体汗或高湿度的空气湿透而紧贴于皮肤上,甚至对皮肤产生刺激性。解决这一问题的方法之一就是在纺丝前溶融聚酰胺中加入4%~8%的PVP,然后在低氧环境中进行熔融纺丝,加入的PVPK值在30~70之间,其中残留单体含量需要小于0.1%,这样得到的聚酰胺纤维合聚酯纤维等合成纤维具有高吸湿性、耐洗涤性、热可塑性,而且如前所述,PVP的加入也可以改善一些染色性能,控制纺丝速度可以得到不同细度的纤维。值得一提的是,如果加入的PVPK值低于30,由于低分子量的PVP与聚酰胺络合能力较差,在水处理的工序中就会有部分的PVP溶解于水中而得不到高吸湿性得纤维。另一方面,如果所加PVP分子量大于70,炼丝时熔融体系黏度增大,使纺丝时吐丝困难,影响生产效率,而且PVP分子量太大,所得纤维硬度太大,达不到合成纤维柔软舒适的要求。用PVP-K60改善的聚酯纤维吸湿率最高可达纤维本身重量的20%。PVP对合成纤维吸湿性及染色性能的影响如表所示:


  PVP 对合成纤维吸湿性及染色性能的影响如表.png

  注:

  (1)黄色度指加入PVP经纺丝后未经染料的纤维的黄色度,低于10为合格

  (2)导致生产效率低的因素有两个:一是PVP溶解率增大,二是出丝速度慢。

  (3)表中溶解率数据为合成纤维在沸腾的水中处理30分钟时PVP的溶解率


  PVP与不同染料的结合能力时有差异的,利用这一性质,对聚酰胺纤维、聚丙烯纤维进行防染法印花时,可用PVP作局部防染剂,得到图案鲜明、轮廓清晰的印花织物。在印花织物的生产过程中,织物经印花后,还要经过水洗退浆,以洗去未固着的染料合用毕的浆料及其他印染助剂,得到印花织物产品,为达到退浆的目的又不沾污图案,保证产品的质量,净洗剂的选择非常重要,研究表明,以PVP和硅酸铝酸钠为主要成分的印染工业用净洗剂具有明显高于不含PVP的净洗剂的净洗能力,而且可以防止净洗过程中颜色的转移或白地沾污。

  PVP在材料中的应用


  膜分离是今年来进行分离的一种非常重要的手段,诸如溴代聚苯醚膜(BPPO)的分离膜的性能是该手段成功与否的关键因素。BPPO是一种物理、化学性能稳定的热塑性聚合物,成膜性能十分优异,在气体分离方面已展示了良好的应用前景,但在实际应用中好有些不理想,如由于BPPO膜极性较弱,对醇/正戊烷的分离效率不够理想,采用极性较强的PVP与BPPO共混以提高膜材质的极性,通过调节PVP/BPPO的比例,使膜具有适当的通量和选择性,研究表明,PVP含量为10%的共混交联膜性能十分明显,对于6.4%的甲醇溶液,在30度下其通量为1.775g/m2.h,而选择性提高到88%。


  作为优异的黏接剂,PVP在建筑材料中用于水泥的黏合剂,可大大改善水泥的性能,尤其是可增加水泥的抗压、抗震强度。如作为一种卜特兰水泥黏合剂包含3%左右的PVP(分子量40000),90%以上的萘磺酸钠和少量甲醛,明显提高了水泥混凝土的强度。


  PVP对于玻璃、塑料和金属有良好的黏接力,是制造特殊用途的热溶胶的主要成分,用它作为玻璃、塑料的黏合剂,初黏性强、黏着强度高,在玻璃纤维加强的复合材料中,含PVP的热熔胶能是玻璃纤维和其他塑料更好的黏合。


  另外,PVP在导电性材料,各种膜功能材料中都有重要的用途,在减阻材料、光导纤维、激光视盘、光固树脂、感光材料等新材料领域也都有应用。


  PVP在化学反应及分析化学中的应用


  1.PVP在聚合反应中的应用


  PVP的黏性和胶体保护功能使其在聚合反应中具有重要的应用,特别是乳液聚合、悬浮聚合时加入少量的PVP可起到分散稳定、增稠、控制粒径的作用,例如在甲基丙烯酸酯、聚胺酯的悬浮聚合,丙烯酸酯、乙酸乙烯酯的乳液聚合体系中加入适量PVP-K60或PVP与苯乙烯共聚物使反应体系分散均匀稳定,还可以通过调节加入PVP的分子量和用量来调节黏度和聚合物粒径及粒度分布,改善树脂的某些性能。在聚胺酯的悬浮聚合中加入~3%的PVPK60,所得的聚合物粉末粒度均匀,粒径在800~100微米之间,残留单体小于0.5%。可用于涂料、黏结剂、层压复合材料,制成薄膜,厚度可达100微米,作为涂料时,涂层度可小到10微米。


  在某些乳液聚合体系中加入分子量较低得PVP-K15或PVP-K30作为乳化剂,可使反应更完全,提高聚合反应速率,改善聚合物的力学性能。如甲基丙烯酸甲酯聚合反应加入PVP-K15作为乳化剂时,在50度下最短可在半个小时内完成,所得聚合物弹性温度范围为120~280度,而不加PVP时得到得聚合物弹性温度范围则相对较窄,为120~150度。这也说明以PVP作为分散稳定剂所得到得聚合物热稳定性较好。


  2.PVP在分析化学及催化剂中得应用


  PVP的水溶液在不同量的(NH4)2SO4存在下,能分成液—液或液—固两相,该体系用于金属离子被有机溶剂的萃取分离,可得到新的萃取体系。该体系用于某些金属离子具有较好的萃取效果,如含PVP20%的PVP-(NH4)2SO4-H2O体系中,以偶氮胂(III)为萃取剂于含Zr(IV),La(III)离子的溶液反应形成络合物,在一定条件下,Zr(IV)与偶氮胂的螯合物在PVP相中萃取率很高,而La(III)的萃取率很低,进而达到分离Zr(IV),La(III)的目的,另外,PVP与某些金属本身有良好的络合性,如PVP与微量的Cd即可络合生成PVP-Cd,利用此性质可成功地测出微量镉。另据相关研究报道,对于甲醇气相羰基化反应,碳负载胶体金属铹催化剂(PVP-Rh/C)的活性合选择性远远大于单纯的碳负载金属铑催化剂,这是因为铹与PVP形成的胶体金属催化剂颗粒粒径分布窄、分散度高,比表面积增大,在提高催化活性的同时也提高了反应选择性。


  PVP在有机颜料中的应用


  化学合成方法得到的有机颜料粒子具有较大的比表面范围,比表面为8~100m2/g,通常的机械处理方法只能使颜料微粒粒径达到70~100微米,还不能直接使用。于是人们通过表面处理技术来改变颜料的某些使用性能,如分散性、热稳定性、抗溶解性、化学惰性和光固性能等。实际上,对颜料进行表面处理就是在颜料聚集成大颗粒之前,用某种方法阻止其粒子长大,最好的方法就是把颜料微粒子保护起来,赋予其所需的使用性能。


  PVP具有良好的成膜性,溶于水而不溶于某些有机溶剂,用于颜料溶剂的物质大多数使有机溶剂,而PVP随着分子量的增加,成膜性更优异。在有机溶剂种的溶解性较差时,利用PVP(分子量大于30000)处理颜料颗粒,由于PVP与颜料分子的亲和性而在颜料表面形成一层透明的薄膜,形成的膜不宜溶于有机溶剂,所以不易被破坏,使用时不会产生色料扩散现象,不会影响本色,并能提高颜料的光泽和分散性,隔断了有机颜料与外部环境的接触,进而间接地赋予了有机颜料化学稳定性与热稳定性,避免了与外部环境种某些物质或光热造成的化学反应,提高了颜料的光固性能。用于有机颜料的表面处理的PVP一般为PVP-K30,PVP-K90或PVPVA64。经过PVP处理后的有机颜料微粒粒径在0.1~10微米之间。PVP的用量一般为有机颜料质量的5~10%。可用PVP表面处理的颜料主要有:防护性和装饰性涂料,如清漆、油漆等;水溶液分散体系;印刷、墨水、织物着色和塑料上色、乳胶体等。


  PVP优异的分散性能还可用于碳黑、酞菁颜料、钛白粉等多种颜料的分散。


  PVP在涂料涂层中的应用


  在乳液涂料和水溶性树脂涂料中,由于颜料的分散性不好和储存时的凝聚沉淀而使得着色效果降低,出现浮色、光泽差等不良的现象。加入中等分子量的PVP(PVPK30)可以提高着色力,消除浮色现象,分散和稳定颜料成分,改进光泽,避免颜料的絮凝沉淀。以苯乙烯、甲基丙烯酸酯为主体的乳液涂料黏度往往很低,造成涂层抗水性差,涂抹时流动性太大,皮膜厚度不易控制,而且硬度不够,会脱落,所以需要经过增稠、增黏处理。在这类乳液中加入适量的PVP,经蒸发浓缩可使其黏度提高10倍以上,得到高黏度的稳定的合成树脂溶液。用PVP增黏的涂料乳液配成的涂料具有不流挂、涂层耐水性好、皮膜硬、不脱落、耐污等优点。


  含有PVP的纸张透明涂层使喷印墨水在其上面快速干燥,具有良好的吸墨水性,不溶于水,有较好的凝固性、扩散性。除此之外,PVP在其他涂层,如导电性涂膜、电极涂料、防漏电涂层中都有重要的用途。如在导电性材料外的绝缘层,经过反复的骤热、骤冷、日晒雨淋,会老化或破裂,或者因为渗水而漏电。在绝缘层的外部形成一层PVP薄膜(PVPK90),一方面PVP薄膜是透明的,不影响绝缘层的本色,另一方面,PVP薄膜与绝缘层黏结在一起,把绝缘层与外界光、热、雨等隔离起来,避免了渗水破裂而引起的漏电现象,降低了因光、热而引起的老化速度,延长了电线的使用寿命,同时也适当的增加了电线的硬度。

  PVP在其他方面的应用


  利用PVP的成膜性可用于铁、铝等设备的防腐和缓蚀,由于PVP具有多中心吸附功能,对铁和铝的酸性腐蚀具有良好的抑制作用,PVP的防腐功能随PVP浓度的增大和分子量的降低而增强。


  PVP也可用于卤化银乳液分散稳定剂,可降低黏度,增强覆盖力,在显影液中加入少量PVP可消除色斑的出现。PVP作压敏胶的胶黏剂成分可使压敏胶初黏性好,剥离性好,可反复使用。在采油工业中,PVP用作泥浆的添加剂,可增加泥浆黏度,提高固化速度。


  PVP在农业上的应用也日益受到人们的重视,例如,将PVP溶液涂在种子上,可减轻浸泡时的损害,具有明显的生物保护功能。利用PVP可使有机溶剂凝胶化的特点,使之与易爆的液体推进剂混合制成固状或糊状,易于运输和贮存。


  随着科学技术的发展,近年来不断发现具有优异性能的PVP在许多新的领域都有重要的用途,PVP聚合物性能的逐步改善也显示了其强大的生命力。随着我国国民经济的发展和科学技术的不断进步,在PVP的生产和应用研究开发领域,我们应该也一定会取得更大的进步。


  PVP在其他领域


  PVP在石油生产工业可用作泥浆添加剂,增加粘度和固化时间,降低了水的损失率。这是一个非常稳定的酸的凝胶剂,并在酸裂操作中使用。因为它是对盐浓度不太敏感,PVP,可用于在高盐浓度聚合物驱工具。在表面活性剂驱区,如注射的PVP溶液注入表面活性剂之前,PVP可以大大减少表面活性剂的损失。


  无论其原料为造纸距离,PVP已在各种类型造纸技术的应用。其使用范围很宽,包括改善的湿强度,提高染料的溶解性和颜料分散体,和PVP是脱墨的优秀添加剂,跳动,coloring.As防结块剂和涂料的助流剂,PVP使得最终纸产品光滑,以防止油,使印刷性能良好。对于这些场合谁仍然希望得到纸张涂层受潮后,可以PVP防止纸张卷曲起皱。


  PVP是聚合物淬火剂的主要品种。聚合物淬火剂可提高水冷却的特点,其主要优点是:(1),以减少火灾的危险:使用PVP为硬化剂可以避火的油浴易造成;(2)在操作上可灵活:浓度,温度和搅拌等人谁在控制PVP的溶液可以是相应地控制的一系列的冷却速度,从而使它们进行一系列材料制成,以完成硬化更好;(3),以减少硬化成本:商业销售的PVP通常较高浓度的溶液,并且价格比用油淬火更高,但作为淬火的结果只需要非常低的PVP的溶液浓度,实际价格低于油淬火;(4)保持清洁的环境:由于普通热处理车间有油渣和淤泥,有毒气体他们释放污染环境。但使用PVP为硬化剂后,他们才释放水蒸气没有污染。在美国,环保委员会已禁止许多领域使用油淬火剂;(5),以降低运营成本:由于减少火灾隐患,在一定意义上,这也是降低成本。此外,PVP淬火溶液热几乎是两倍油,因此PVP的硬化剂的温度上升是石油一半正好相同体积,然后它可提高淬火生产。


  在1975年美国梅萨罗斯首先提出的PVP水溶液可以用作硬化剂,并且其最好均分子量为160000(即PVPK-60),同样的,它的最佳浓度为10%。从现在起,PVP产品作为硬化剂已经在美国应用,并得到了世界各地推广。在全局PVP为金属热处理的消耗是大约400万吨/年,占约10%的PVP总消耗量。


  因为PVP不是植物毒性,因此它可用于植保喷雾,肥料和润湿性杀虫剂。PVP膜可以保护百花齐放叶子枯萎病时,他们的移植,减少风和霜冻的损害。PVP可以减少种子浸泡损坏,并保护其生理功能。PVP碘是有效的杀菌剂和杀虫剂厂。特别是在水产养殖,它能给养殖水体,养殖器具消毒和消毒,大大减少了疾病的细菌引起的鱼,牛蛙,虾等水产品的东西;在奶牛,它可以用作牛乳房的消毒剂,挤奶装置,大大减少牛乳腺炎的发生。


  因为PVP的优异特性的,几十年来,我们发现PVP的有许多新的应用;采用新聚合技术和共聚方法,NVP聚合物的性质,可以进一步改善,从而打开了一些新的应用领域。

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