聚丙烯酸鈉（polyacrylic Acid Sodium，PAAS），別名：2-丙烯酸鈉均聚物、S聚丙烯酸鈉，分子式：[C?H?O?Na]n（n為下標），是一種水溶性高分子化合物。聚丙烯酸鈉有粉狀品及液狀品兩種，粉狀品為白色無臭無味粉末，吸濕性極強（吸水率可達其自身質量的數百倍，改進后產品吸水性能可提升至數千倍），遇水膨潤，經過透明的凝膠態變成黏稠液體，在pH值為4附近易凝聚，pH值為2.5時近于溶解。液狀品為無色或淡黃色黏稠液體，其水溶液呈堿性。聚丙烯酸鈉相對分子質量小到幾百，大到幾千萬，因中和程度不同，水溶液的pH一般在6~9，能電離，有或無腐蝕性。易溶于氫氧化鈉水溶液，遇二價以上金屬離子因引起分子交聯而產生凝膠化沉淀形成不溶性鹽，無毒。不溶于有機溶劑。加熱處理、中性鹽類、有機酸類，均對聚丙烯酸鈉的黏度影響很小，堿性條件下則其黏度增大，久存黏度變化極少，具有凝聚性、增稠性、增粘性、保水性、分散性等多種特性。
聚丙烯酸鈉用途廣泛，工業上用作泥漿沉降、鹽水精劑，膠乳增稠劑，顏料分散劑、農藥分散劑等；在醫藥、化妝品上用作增稠劑、乳化分散劑等；在食品工業方面用作食品添加劑，作為電解質能與蛋白質相互作用，改變蛋白質結構，增強食品的粘彈性，還能有效提高廢水中蛋白質回收率。
發展歷史
丙烯酸酯是1843年Red Tenbacher開始由丙烯醛氧化合成的，后來許多化學工作者對它的衍生物進行了研究，1901年Rohm對及其衍生物進行了詳細的研究。第一次世界大戰中，建立了氯乙醇工業合成生產法，Rohm和Bene于1927年建立以此為原料生產丙烯酸酯的方法，1931年由Rohm & Hass公司開始工業生產聚丙烯酸，接著1945年德國IG公司發表以乙炔為原料的Reppe法，1953年Rohm & Hass公司改進Reppe法。聚丙烯酸鈉是丙烯酸酯衍生物之一，日本于1963年7月26日批準為食品添加劑。
理化性質
物理性質
聚丙烯酸鈉固態產品為白色或淺黃色塊狀或粉末，液態產品為無色或淡黃色黏稠液體，無臭無味，吸濕性極強。是一種同時具有親水和疏水基團的高分子化合物，能緩慢溶于水形成極黏稠的透明液體。聚丙烯酸鈉的玻璃化轉變溫度Tg（g為下標）為251 ℃。中和度為60%的聚丙烯酸鈉的Tg（g為下標）為162 ℃。
聚丙烯酸鈉在pH4以下時產生沉淀。其冷熱穩定性、水解穩定性、機械穩定性、貯存穩定性均較好。在室溫下以10000 r/min高速攪拌3 min，黏度也無顯著變化。長期貯存，黏度變化甚微，且不會因水解作用而降解，也不會因微生物作用引起腐敗。
溶解度
聚丙烯酸鈉僅溶于水，不溶于乙醇、丙酮等有機溶劑。與聚丙烯酸相比，聚丙烯酸鈉由于是被堿中和形成的，它的解離程度相對增加。聚丙烯酸鈉在水中能夠解離成帶有羧酸根陰離子的大分子，當溶液中氫氧化鈉過量時，鈉離子與羧酸根陰離子結合機會增多，解離度減小，大分子趨向卷曲構象狀態，溶解度就會下降，溶液由澄明變得混濁。當溶液中加入鹽類電解質時，由于聚丙烯酸鈉對鹽類電解質的耐受能力很差，溶解度快速下降。例如堿土金屬離子就能夠與羧酸根離子結合形成水不溶的復合物，導致聚丙烯酸鈉聚合物的稀溶液生成沉淀，濃溶液凝膠化，使聚合物在水中不再溶解。
黏度和流變性
聚合物稀溶液的黏度與聚合物大分子的構象形態有關，分子鏈越舒展，黏度越大。聚丙烯酸鈉在水中呈陰離子聚電解質性質，羧酸根陰離子基團間的靜電排斥作用，使大分子鏈趨于伸展，解離度越大（即大分子鏈上的電荷密度越大），黏度也越大。降低溶液的pH值或加入小分子鹽，使羧酸鈉基團的解離度下降，分子鏈卷曲，流體力學阻力下降，聚合物的黏性減小。升高溶液溫度亦有類似影響。0.5%溶液的黏度約為1 Pa·s，其黏度與羧甲基纖維素鈉（CMC）大體相等，是海藻酸鈉的15-20倍。久存黏度變化極小，不易腐敗。
與其它水溶性聚電解質相類似，聚丙烯酸鈉的水溶液呈現假塑性流體行為，在高剪切應力下溶液的黏度顯著下降，聚合度越高以及溶液濃度越大，假塑性越明顯，并表現出較強的觸變性。此時，大分子對溶液中共存的固體粒子產生強烈的吸附作用形成穩定的三維網狀結構，類似于凝膠的性質。
化學性質
聚丙烯酸鈉是離子型線狀有機高分子化合物聚合物，成弱堿性，能電離，有較好的耐熱性。遇二價以上金屬離子（鐵、鈣、鋅、鎂、鋁）形成不溶性鹽，引起凝膠化沉淀。聚丙烯酸鈉分子鏈上有許多羧酸根負離子，使高分子鏈附近存在著強大的靜電力，在這靜電力的作用下，陽離子與高分子鏈上的羧酸根之間的親和力比相應的單體上的羧酸根與同樣陽離子間的親和力要強。聚丙烯酸鈉羧酸根對陽離子的束縛作用隨聚合物離解程度的增加而增加，隨陽離子價數增加、離子半徑減小而增加。
應用領域
聚丙烯酸鈉根據相對分子質量大小的差異具有不同的用途，可分為低相對分子質量聚丙烯酸鈉 (約1000-5000)，主要起分散作用；中相對分子質量 (約10?-10?)，主要起增稠作用；高相對分子質量 (約10?-10?)，主要起絮凝作用。對于超低相對分子質量 (700以下)的聚丙烯酸鈉鹽的用途還未完全開發，超高相對分子質量的聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂，主要用作吸水劑。
食品材料
聚丙烯酸鈉具有增稠、乳化、賦形、膨化、穩定等多種功能。作為食品添加劑應用在食品中，聚丙烯酸鈉具有增強原料面粉中的蛋白質黏結力作用，使淀粉粒子相互結合，分散滲透到蛋白質的網狀結構中，形成質地致密、穩定的面團膠體，防止可溶性淀粉滲出，使面團表面光滑具有光澤；同時聚丙烯酸鈉保水性強，可使水分均勻保持在面團中，防止干燥；聚丙烯酸鈉與蛋白質相互作用，還能改變蛋白質結構，增強食品的黏彈性，改善組織。
聚丙烯酸鈉能用于面包、蛋糕、面條類、通心粉，快餐面等食品，可提高原材料利用率，改善口感和風味，抑制因自然干燥引起的老化現象，使原料油脂充分且穩定分散在面團里，用量約為0.05%（質量）；用于水產加工品、罐頭食品、紫菜干等，可強化組織，保持新鮮味，增強口感；用于調味醬、番茄沙拉、蛋黃醬、果醬、乳脂奶油、醬油等，可作為增稠劑及穩定劑；用于果汁、酒類等，可作為分散劑；用于冰淇淋，可改善口感及穩定性；還用作糖液、鹽水、飲料等的澄清劑（有機高分子化合物凝聚劑）。由于在水中溶解較慢，可預先與砂糖、粉末淀粉糖漿、乳化劑等混合，以提高溶解速度。一般來說，其最大用量為0.2%(質量）。
農林園藝
交聯的聚丙烯酸鈉保水劑是一種既能改善植物根土界面環境、又能供給植物水分的化學節水技術，是化學節水技術研究較多、應用推廣較廣的技術之一。聚丙烯酸鈉是一種具有超高吸水保水能力的高分子聚合物，能迅速吸收比自身重數百倍甚至上千倍純水，所吸收水分的85％以上可被作物利用；同時，聚丙烯酸鈉還能增強土壤保水性、改良土壤結構、減少土壤水分、養分流失，提高水肥利用率，且自身無毒無污染。
工業生產
作為沉降凝聚劑，用于鋁釩土中紅泥的分離，自來水水源水的澄清劑，電解制堿工業食鹽水精制用的沉淀交聯劑TAIC，分離鹽水懸浮的不溶性鈣、鎂鹽等雜質，食品工業廢水中的蛋白質回收，洗煤廢水的處理；作為分散劑制造顆粒農藥時加入，可得到在水中破裂、擴散性良好的粒狀農藥；作為粘接劑可以用作造紙粘合劑；空中灑農藥時的漂流防止劑；陶瓷鑄造用膠溶劑；熒光燈、水銀燈的熒光膜成膜劑等。在制藥中可作為緩控釋材料，與EVA、PEG形成的可逆絡合物以及與殼聚糖離子復合凝膠能較好的控制蛋白、多肽類藥物的釋放，并呈現環境敏感性；其水溶液被大量用作乳液、橡膠、塑料的增粘劑，特別在纖維整理方面，用作地氈單面上漿、植絨、防水處理、顏料印染、無紡布粘結劑的增粘劑等。
日用衛生材料
聚丙烯酸鈉可在交聯劑作用下形成不溶性的均聚物，常用作一次性復合衛生材料的填充劑或添加劑，主要用于生理衛生用品、嬰兒用尿布。嬰兒尿布是將高吸水樹脂撒在紙漿上，折疊重復，重疊表層無紡布、防漏膜及收集管、膠帶等縫合而成。聚丙烯酸鈉高吸水樹脂對脲酶有一定抑制作用，尿液能完全被樹脂凝膠吸收、貯留而不外溢，加之尿液中的有異味的氨也能被牢固結合，能滿足消費者在薄型、高接觸干燥性、最少的漏出率等方面的要求，在制造衛生生理用品和醫用材料中用量極大。高吸水樹脂還可以應用于醫用藥棉、藥布，繃帶及手術用襯墊、病人床等。
制備方法
聚丙烯酸鈉的合成方法根據具體的相對分子質量大小、應用功能及經濟角度，可選用溶液法、懸浮法和乳液法等來合成溶液態、黏液法、膠體、膠板或粉末狀聚合物。
合成低相對分子質量聚丙烯酸鈉
低相對分子質量的聚丙烯酸鈉（約1000-5000）的合成通常采用水溶液法。其中反應物聚合單體要具有良好的水溶性、活性，易引發、易控制的特點。引發劑要在聚合反應中易引起單體分子活化產生自由基。鏈轉移劑能控制分子量，得到低分子的聚丙烯酸鈉。具體為在水和異丙醇（鏈轉移劑）溶液中，滴加丙烯酸（聚合單體）和K?S?O?（引發劑），保溫反應后加入一定量的氫氧化鈉水溶液中和，加熱蒸餾出鏈轉移劑和水的混合物即可。
合成中、高相對分子質量聚丙烯酸鈉
水溶液聚合法是中、高相對分子質量聚丙烯酸鈉的主要合成方法。反應原理為：
水溶液聚合法優點是合成過程簡單，既可間歇生產也可連續生產，可以制成膜狀、片狀、粉粒狀或粉末狀產品，也可與其它的吸水性物質復合成各種吸水材料，但在反應后期體系黏度增加，不利于反應熱的移出，容易造成局部過熱。
合成超高相對分子質量、高吸水性樹脂聚丙烯酸鈉
聚丙烯酸鈉高吸水性樹脂指單體丙烯酸經氫氧化鈉部分中和后，聚合得到的輕度交聯的高聚物。合成方法主要有反向懸浮聚合法、反向乳液聚合法 、微波合成法和輻射聚合法等。
反向懸浮聚合法分為聚合、分離和后處理三部分。工業生產的具體工藝流程為：
反向乳液聚合法：以丙烯酸和氫氧化鈉中和后的溶液，加入丙烯酰胺為單體溶液，加十二烷基磺酸鈉，攪拌均勻，同時通氮除氧，加入還原劑、乳化劑、溶劑和氧化劑聚合反應，反應完成后，過濾烘干，得到粉末狀聚丙烯酸鈉。此法從聚合到共沸出水過程體系穩定，且得到的產品具有更高的相對分子質量和更好的溶解性。
微波法：在反應器內加入水溶性引發劑、經氫氧化鈉中和的丙烯酸鹽水溶液和交聯劑，在氮氣保護作用下，放入微波爐內反應。將生成的水凝膠烘干、粉碎，可得白色粉末產品。微波法的優點是反應速度快，得到的樹脂吸水速度快，保水性能好。
輻射聚合法：將丙烯酸與氫氧化鈉溶液中和，用?oCo釋放的伽馬射線，進行輻射聚合，經交聯得到聚丙烯酸鈉。輻射聚合反應易于人為控制且操作方便，生產過程無三廢處理，降低了成本。同時，輻射聚合與化學聚合相比，反應過程中避免了引發劑、催化劑和其它雜質的引入，故生成的聚合物純度高、性能優異。
安全事宜
聚丙烯酸鈉對人體無毒，即使攝入也不消化吸收，聚丙烯酸鈉小鼠口服的LD??＞10 g/kg，皮膚貼敷試驗亦未見刺激性。實際生產中應控制殘余單體量在1%以下，低聚物量在5%以下，且無游離堿存在。
參考資料 >
SUBSTANCE RECORD Polyacrylic acid, sodium salt.PubChem COMPOUND SUMMARY.2023-03-27