聚丙烯酸钠（polyacrylic Acid Sodium，PAAS），别名：2-丙烯酸钠均聚物、S聚丙烯酸钠，分子式：[C₃H₃O₂Na]n（n为下标），是一种水溶性高分子化合物。聚丙烯酸钠有粉状品及液状品两种，粉状品为白色无臭无味粉末，吸湿性极强，遇水膨润，经过透明的凝胶态变成黏稠液体，在pH值为4附近易凝聚，pH值为2.5时近于溶解。液状品为无色或淡黄色黏稠液体，其水溶液呈碱性。聚丙烯酸钠相对分子质量小到几百，大到几千万，因中和程度不同，水溶液的pH一般在6~9，能电离，有或无腐蚀性。易溶于氢氧化钠水溶液，遇二价以上金属离子因引起分子交联而产生凝胶化沉淀形成不溶性盐，无毒。不溶于有机溶剂。久存黏度变化极少，具有凝聚性、增稠性、增粘性、保水性、分散性等多种特性。
聚丙烯酸钠用途广泛，工业上用作泥浆沉降、盐水精剂，胶乳增稠剂，颜料分散剂、农药分散剂等；在医药、化妆品上用作增稠剂、乳化分散剂等；在食品工业方面用作食品添加剂，作为电解质能与蛋白质相互作用，改变蛋白质结构，增强食品的粘弹性，还能有效提高废水中蛋白质回收率。
发展历史
丙烯酸酯是1843年Red Tenbacher开始由丙烯醛氧化合成的，后来许多化学工作者对它的衍生物进行了研究，1901年Rohm对及其衍生物进行了详细的研究。第一次世界大战中，建立了氯乙醇工业合成生产法，Rohm和Bene于1927年建立以此为原料生产丙烯酸酯的方法，1931年由Rohm \u0026 Hass公司开始工业生产丙烯酸树脂，接着1945年德国IG公司发表以乙炔为原料的Reppe法，1953年Rohm \u0026 Hass公司改进Reppe法。聚丙烯酸钠是丙烯酸酯衍生物之一，日本于1963年7月26日批准为食品添加剂。
理化性质
物理性质
聚丙烯酸钠固态产品为白色或浅黄色块状或粉末，液态产品为无色或淡黄色黏稠液体，无臭无味，汲湿性极强。是一种同时具有亲水和疏水基团的高分子化合物，能缓慢溶于水形成极黏稠的透明液体。聚丙烯酸钠的玻璃化转变温度Tg（g为下标）为251 ℃。中和度为60%的聚丙烯酸钠的Tg（g为下标）为162 ℃。
聚丙烯酸钠在pH4附近容易凝聚，在pH2.5时近于溶解，其冷热稳定性、水解稳定性、机械稳定性、贮存稳定性均较好。在室温下以10000 r/min高速搅拌3 min，黏度也无显著变化。长期贮存，黏度变化甚微，且不会因水解作用而降解，也不会因微生物作用引起腐败。
溶解度
聚丙烯酸钠仅溶于水，不溶于乙醇、丙酮等有机溶剂。与聚丙烯酸相比，聚丙烯酸钠由于是被碱中和形成的，它的解离程度相对增加。聚丙烯酸钠在水中能够解离成带有羧酸根阴离子的大分子，当溶液中氢氧化钠过量时，钠离子与羧酸根阴离子结合机会增多，解离度减小，大分子趋向卷曲构象状态，溶解度就会下降，溶液由澄明变得混浊。当溶液中加入盐类电解质时，由于聚丙烯酸钠对盐类电解质的耐受能力很差，溶解度快速下降。例如碱土金属离子就能够与羧酸根离子结合形成水不溶的复合物，导致聚丙烯酸钠聚合物的稀溶液生成沉淀，浓溶液凝胶化，使聚合物在水中不再溶解。
黏度和流变性
聚合物稀溶液的黏度与聚合物大分子的构象形态有关，分子链越舒展，黏度越大。聚丙烯酸钠在水中呈阴离子聚电解质性质，羧酸根阴离子基团间的静电排斥作用，使大分子链趋于伸展，解离度越大（即大分子链上的电荷密度越大），黏度也越大。降低溶液的pH值或加入小分子盐，使羧酸钠基团的解离度下降，分子链卷曲，流体力学阻力下降，聚合物的黏性减小。升高溶液温度亦有类似影响。0.5%溶液的黏度约为1 Pa·s，其黏度与羧甲基纤维素钠（CMC）大体相等，是海藻酸钠的15-20倍。久存黏度变化极小，不易腐败。
与其它水溶性聚电解质相类似，聚丙烯酸钠的水溶液呈现假塑性流体行为，在高剪切应力下溶液的黏度显著下降，聚合度越高以及溶液浓度越大，假塑性越明显，并表现出较强的触变性。此时，大分子对溶液中共存的固体粒子产生强烈的吸附作用形成稳定的三维网状结构，类似于凝胶的性质。
化学性质
聚丙烯酸钠是离子型线状有机高分子化合物聚合物，成弱碱性，能电离，有较好的耐热性。遇二价以上金属离子（铁、钙、锌、镁、铝）形成不溶性盐，引起凝胶化沉淀。聚丙烯酸钠分子链上有许多羧酸根负离子，使高分子链附近存在着强大的静电力，在这静电力的作用下，阳离子与高分子链上的羧酸根之间的亲和力比相应的单体上的羧酸根与同样阳离子间的亲和力要强。聚丙烯酸钠羧酸根对阳离子的束缚作用随聚合物离解程度的增加而增加，随阳离子价数增加、离子半径减小而增加。
应用领域
聚丙烯酸钠根据相对分子质量大小的差异具有不同的用途，可分为低相对分子质量聚丙烯酸钠 (约1000-5000)，主要起分散作用；中相对分子质量 (约10⁴-10⁶)，主要起增稠作用；高相对分子质量 (约10⁶-10⁷)，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。
食品材料
聚丙烯酸钠具有增稠、乳化、赋形、膨化、稳定等多种功能。作为食品添加剂应用在食品中，聚丙烯酸钠具有增强原料面粉中的蛋白质黏结力作用，使淀粉粒子相互结合，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，防止可溶性淀粉渗出，使面团表面光滑具有光泽；同时聚丙烯酸钠保水性强，可使水分均匀保持在面团中，防止干燥；聚丙烯酸钠与蛋白质相互作用，还能改变蛋白质结构，增强食品的黏弹性，改善组织。
聚丙烯酸钠能用于面包、蛋糕、面条类、通心粉，快餐面等食品，可提高原材料利用率，改善口感和风味，抑制因自然干燥引起的老化现象，使原料油脂充分且稳定分散在面团里，用量约为0.05%（质量）；用于水产加工品、罐头食品、紫菜干等，可强化组织，保持新鲜味，增强口感；用于调味酱、番茄沙拉、蛋黄酱、果酱、乳脂奶油、酱油等，可作为增稠剂及稳定剂；用于果汁、酒类等，可作为分散剂；用于冰淇淋，可改善口感及稳定性；还用作糖液、盐水、饮料等的澄清剂（有机高分子化合物凝聚剂）。由于在水中溶解较慢，可预先与砂糖、粉末淀粉糖浆、乳化剂等混合，以提高溶解速度。一般来说，其最大用量为0.2%(质量）。
农林园艺
交联的聚丙烯酸钠保水剂是一种既能改善植物根土界面环境、又能供给植物水分的化学节水技术，是化学节水技术研究较多、应用推广较广的技术之一。聚丙烯酸钠是一种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数百倍甚至上千倍纯水，所吸收水分的85％以上可被作物利用；同时，聚丙烯酸钠还能增强土壤保水性、改良土壤结构、减少土壤水分、养分流失，提高水肥利用率，且自身无毒无污染。
工业生产
作为沉降凝聚剂，用于铝钒土中红泥的分离，自来水水源水的澄清剂，电解制碱工业食盐水精制用的沉淀促进剂，分离盐水悬浮的不溶性钙、镁盐等杂质，食品工业废水中的蛋白质回收，洗煤废水的处理；作为分散剂制造颗粒农药时加入，可得到在水中破裂、扩散性良好的粒状农药；作为粘接剂可以用作造纸粘合剂；空中洒农药时的漂流防止剂；陶瓷铸造用胶溶剂；荧光灯、水银灯的荧光膜成膜剂等。在制药中可作为缓控释材料，与EVA、PEG形成的可逆络合物以及与壳聚糖离子复合凝胶能较好的控制蛋白、多肽类药物的释放，并呈现环境敏感性；其水溶液被大量用作乳液、橡胶、塑料的增粘剂，特别在纤维整理方面，用作地毡单面上浆、植绒、防水处理、颜料印染、无纺布粘结剂的增粘剂等。
日用卫生材料
聚丙烯酸钠主要用于生理卫生用品、婴儿用尿布。婴儿尿布是将高吸水树脂撒在纸浆上，折叠重复，重叠表层无纺布、防漏膜及收集管、胶带等缝合而成。聚丙烯酸钠高吸水树脂对脲酶有一定抑制作用，尿液能完全被树脂凝胶吸收、贮留而不外溢，加之尿液中的有异味的氨也能被牢固结合，能满足消费者在薄型、高接触干燥性、最少的漏出率等方面的要求，在制造卫生生理用品和医用材料中用量极大。高吸水树脂还可以应用于医用药棉、药布，绷带及手术用衬垫、病人床等。
制备方法
聚丙烯酸钠的合成方法根据具体的相对分子质量大小、应用功能及经济角度，可选用溶液法、悬浮法和乳液法等来合成溶液态、黏液法、胶体、胶板或粉末状聚合物。
合成低相对分子质量聚丙烯酸钠
低相对分子质量的聚丙烯酸钠（约1000-5000）的合成通常采用水溶液法。其中反应物聚合单体要具有良好的水溶性、活性，易引发、易控制的特点。引发剂要在聚合反应中易引起单体分子活化产生自由基。链转移剂能控制分子量，得到低分子的聚丙烯酸钠。具体为在水和异丙醇（链转移剂）溶液中，滴加丙烯酸（聚合单体）和K₂S₂O₈（引发剂），保温反应后加入一定量的氢氧化钠水溶液中和，加热蒸馏出链转移剂和水的混合物即可。
合成中、高相对分子质量聚丙烯酸钠
水溶液聚合法是中、高相对分子质量聚丙烯酸钠的主要合成方法。反应原理为：
水溶液聚合法优点是合成过程简单，既可间歇生产也可连续生产，可以制成膜状、片状、粉粒状或粉末状产品，也可与其它的吸水性物质复合成各种吸水材料，但在反应后期体系黏度增加，不利于反应热的移出，容易造成局部过热。
合成超高相对分子质量、高吸水性树脂聚丙烯酸钠
聚丙烯酸钠高吸水性树脂指单体丙烯酸经氢氧化钠部分中和后，聚合得到的轻度交联的高聚物。合成方法主要有反向悬浮聚合法、反向乳液聚合法 、微波合成法和辐射聚合法等。
反向悬浮聚合法分为聚合、分离和后处理三部分。工业生产的具体工艺流程为：
反向乳液聚合法：以丙烯酸和氢氧化钠中和后的溶液，加入丙烯酰胺为单体溶液，加十二烷基磺酸钠，搅拌均匀，同时通氮除氧，加入还原剂、乳化剂、溶剂和氧化剂聚合反应，反应完成后，过滤烘干，得到粉末状聚丙烯酸钠。此法从聚合到共沸出水过程体系稳定，且得到的产品具有更高的相对分子质量和更好的溶解性。
微波法：在反应器内加入水溶性引发剂、经氢氧化钠中和的丙烯酸盐水溶液和固化剂，在氮气保护作用下，放入微波炉内反应。将生成的水凝胶烘干、粉碎，可得白色粉末产品。微波法的优点是反应速度快，得到的树脂吸水速度快，保水性能好。
辐射聚合法：将丙烯酸与氢氧化钠溶液中和，用⁶ºCo释放的伽马射线，进行辐射聚合，经交联得到聚丙烯酸钠。辐射聚合反应易于人为控制且操作方便，生产过程无三废处理，降低了成本。同时，辐射聚合与化学聚合相比，反应过程中避免了引发剂、催化剂和其它杂质的引入，故生成的聚合物纯度高、性能优异。
安全事宜
聚丙烯酸钠对人体无毒，即使摄入也不消化吸收，聚丙烯酸钠小鼠口服的LD₅₀＞10 g/kg，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，且无游离碱存在。
参考资料
SUBSTANCE RECORD Polyacrylic acid, sodium salt.PubChem COMPOUND SUMMARY.2023-03-27