Поливинилпирролидон и его свойства

ПВП обладает уникальным комплексом физико-химических, химических и биологических свойств, ценных для его практического использования.

Наличие в макромолекуле полимера лактамного цикла обеспечивает растворимость полимера в воде. ПВП представляет собой желто-белый порошок с t° размягчения ~ 140 – 160 °С, d420 = l, 19; nD20 =1,58 (для пленки).

При нагревании выше 150 °С полимер приобретает оранжево-бурую окраску и перестает растворяться в воде и органических растворителях, плотность сухого полимера составляет 1,13 г/см3. ПВП очень гигроскопичен, согласно [23, 24] на один грамм полимера приходится 0,084 г. воды. ПВП растворяется в воде, спирте, полиспиртах, хлорированных и фторированных углеводородах, кетонах, лактонах, нитропарафинах. Теплота растворения полимера равна 16,8 кДж/моль и уменьшается в присутствии солей. Вязкость водных растворов ПВП практически не зависит от рН раствора. Вследствие своей способности гидратироваться ПВП не растворяется в несмешивающихся с водой растворителях. При применении для растворения ПВП смесей воды с растворителями, смешивающимися с ней, например, ацетона, наблюдаются области несмешиваемости, и это свойство используется для фракционирования полимеров методом дробного осаждения. При изучении полярографических и диэлектрических свойств ПВП показано, что диэлектрическая константа зависит от концентрации полимера в воде, увеличиваясь от 20,1 при концентрации 13,5 г/л до 44,2 – при 100 г./л.

ПВП обладает достаточно высокой химической стойкостью, которая возрастает с увеличением молекулярного веса полимера. Деполимеризация сухого ПВП протекает при температуре 230–270°С, прибавление воды и повышение температуры ведет к увеличению скорости деполимеризации.

Амидные группы в боковой цепи ПВП устойчивы к тепловой обработке в водном растворе до 110–130°С. Слабые кислоты и щелочи не вызывают химических превращений пирролидонового кольца.

Исследования коллоидных свойств водных растворов ПВП показали, что он не осаждается из водного раствора при нагревании даже до 100°С, что может указывать на отсутствие склонности этого полимера к гидрофобной агрегации. Считают, что молекулы ПВП в водном растворе представляют собой статистические клубки; что связывают со специфической структурой звеньев ПВП [23, 24].

Поливинилпирролидон относится к нейтральным полимерам с неспецифической активностью, физиологическая активность которых обусловлена их физико-химическими свойствами (молекулярной массой полимера, молекулярно-массовым распределением). Важным свойством таких полимеров является незначительное взаимодействие со структурными элементами организма и, прежде всего, с клеточными мембранами и биополимерами [23].

ПВП широко применяется в промышленности. Так же, как и в медицине, здесь используются главным образом его способность к комплексообразованию с различными соединениями, гидрофильность, легкая растворимость во многих растворителях. Широко ПВП применяется в текстильной, пищевой, фармацевтической промышленности, производстве косметических средств [25, 26].

Впервые ПВП был получен Фикенчером и Херле в 1939 г. методом полимеризации в воде в присутствии пероксида водорода и аммиака. Полимеризацию проводили в буферных нейтральных или слабо щелочных растворах для того, чтобы избежать гидролиза альдегида. Было показано, что скорость реакции увеличивается с ростом начальной концентрации мономера до конверсии мономера 35%, затем остается постоянной в диапазоне от 35 до 60% и уменьшается снова при дальнейшем увеличении концентрации мономера. Реакция полимеризации ингибируется кислородом.

Выделение полимера из водного раствора в виде порошка осуществляли высушиванием в распылительной сушке, затем экстрагированием органическим растворителем, например, хлористым метиленом [23, 24].

Пероксид водорода участвует в реакциях, контролирующих скорость полимеризации, молекулярную массу и ММР полимера. Это: окислительно-восстановительная реакция инициирования с участием примесных ионов железа, линейный обрыв цепи, окисление аммиака и других примесей, присутствовавших в мономере и, наконец, реакция гидролиза лактамного кольца. Участие Н2О2в этих реакциях изменяет соотношение Н2О2 / NВП в ходе полимеризации, что приводит к уширению ММР до 4. Быстрое исчерпание Н2О2 снижает выход полимера, что требует дополнительной стадии экстракции мономера органическим растворителем.

Таким образом, реакция полимеризации NВП в присутствии Н2О2 и NH3 при кажущейся простоте ее осуществления, является весьма сложной и требует тщательного контроля качества всех реагентов и условий проведения процесса.

При проведении полимеризации NВП в органическом растворителе (спирте) или в массе для инициирования процесса применяют алифатические гидропероксиды, например, третбутилгидропероксид, кумилгидропероксид, которые одновременно являются регуляторами молекулярной массы полимера [23, 27, 28].