聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 是由N- 乙烯基吡咯烷酮( NVP)单体经过均聚合成的线性长链水溶性聚合物。自1938年德国化学家Reppe发明PVP以来,PVP已广泛应用于制药、个人护理、纺织、造纸、农业、冶金、锂电池、电子设备、纳米材料等众多工业领域。不同聚合程度的PVP可形成不同分子量的聚合物,常用K值表示,K值范围在10~125之间。
1.医药工业
我国PVP在医药行业主要是作为聚维碘酮消毒剂应用,是PVP和碘的络合物,该产物克服了碘溶解度低、不稳定,易产生过敏反应,具有刺激性等缺点,它具有低毒、高效、缓释等特性,对细菌、病毒、霉菌以及孢子都有较强的杀灭作用,广泛用于外科手术,预防术后感染以及溃疡、口腔炎、阴道炎等疾病的治疗。我国将该产品于1987年正式投放市场,此外PVP与纤维素衍生物、丙烯酸类,并列为当今三大主要医药合成辅料,可广泛用于医药的粘结剂、共沉淀剂、助溶剂、分散稳定剂、包衣剂、缓释剂、眼药助剂、胶囊助剂等方面。
2. 食品加工
主要作为啤酒、果汁、葡萄酒、醋等食品的澄清剂和稳定剂。通过在生产过程中加入微量的PVP,可改进啤酒等食品的澄清度,防止发生浑浊,并可以稳定色泽、改善口味、延长储存期。
3. 日用化学
由于PVP具有形成闭塞性膜和湿润作用,其结构又和蛋白质相似,因而与皮肤、发须有很好的亲和性,能形成透明的薄膜,光亮挺硬、易水洗、无刺激、不过敏,对头发和皮肤具有良好的保护作用。国外利用PVP及其共聚物成功开发了新一代的喷发胶产品,倍受人们欢迎。我国在90年代初开发出含PVP的发胶产品、洗发产品、美容产品等,已得到广泛使用。随着人民生活水平的提高,对高档洗发、护发、美容等产品的需求加大,PVP在日用化工方面的需求将会逐步增长。
4. 造纸工业
PVP可改进纸的湿强度,在废纸脱墨、打浆、着色中是重要助剂,可提高纸张的光泽性、印刷性、抗油脂性。
5. 纺织工业
PVP可与聚丙烯腈、酯、尼龙和纤维性材料等这类疏水纤维结合,大大提高其染色力。PVP还可用作织物的抗尘污剂、剥色剂、染料快速还原剂和颜料的缓冲剂和分散剂。KirshYE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。
6. 锂电池
PVP可用作锂电池正极材料的分散剂。PVP可用作锂电池电极的分散剂和导电材料加工助剂,在新能源电池领域PVP的用量为1GWh约用15吨,主要采用工业级的PVP K30。
PVP可用作锂电池辅料碳纳米管导电剂的加工助剂。碳纳米管导电剂可提升锂离子电池能量密度。作为一种新型锂离子电池导电剂,能够提高电池的导电性能,添加量也比常规的炭黑 导电剂少60%-70%,同时能降低粘接剂的用量,对锂离子电池能量密度有明显的提升作用。PVP是一种具有特殊结构的两亲性聚合物, 吡咯烷酮基团为亲水基团,具有亲油性,添加能够明显改善CNTs在水、有机溶剂和其他基体中的分散性能。
7.其他新兴领域
(1)环保水处理事业: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PVP K30的使用量目前已经有3000吨/年的消费量。随着世界水资源的稀缺程度日益增加,水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PVP K30在环保水处理领域的需求量将增加,相关实验数据表明,PVP质量分数越大,膜丝通量越高、膜外表面孔增多,性能越好,所以PVDF膜中PVP需求量有望持续提升。
(2)新型特种涂料领域:PVP的聚酰胺分子双键结构和乙烯基分子双键结构决定了PVP与某些涂料/颜料的亲和性,可以提高着色力,提高水性涂料的 抗水性、改善其流动性和成膜性,使得涂料具有不流挂、涂层耐水性好、皮膜硬、不脱落、耐污等特点。PVP将广泛应用于水性涂料、导电性涂 膜、防漏电涂料、抗UV涂料等新型特种涂料。
(3)能源开采领域:随着今后石油资源的日渐减少,三次采油技术的推进,PVP作为优良的助流剂(页岩抑制剂)将会日益得到广泛的应用;天然气 开采方面,PVP作为首选的天然气水合物抑制剂,对于天然气管道内减少结晶和阻塞的形成,起到十分重要的作用。
(4)肾透析膜专用高分子PVP材料项目:透析膜材料是透析器的核心技术, PVP作为致孔剂,具有化学性质稳定,能有效地控制膜孔径的尺寸和孔的分布;增加膜孔密度,提高膜的渗透性;改善膜表面的亲水性,具有良好的生物相容性。在透析膜材料中是不可 缺少的致孔剂。随着技术的进步,国内透析器生产企业产能会不断扩大,相应的对PVP的需求量也会成比例增长。