增稠剂研究进展

刘英梅，白建忠，罗润芝，王如全，王景慧，王景胜，柴冬梅，李 凯， 庞洪芬

(沧州职业技术学院，河北 沧州 061000)

增稠剂研究进展

刘英梅，白建忠，罗润芝，王如全，王景慧，王景胜，柴冬梅，李 凯， 庞洪芬

(沧州职业技术学院，河北 沧州 061000)

综述了增稠剂的种类及增稠机理，介绍了增稠剂国内外发展现状及其在各方面的应用，展望了增稠剂的发展前景，并提出了目前的主要研究趋势。

增稠剂； 分类； 增稠机理； 应用； 发展前景

增稠剂(thickeners)是近年来迅速发展起来的一类新型功能高分子材料，主要用于提高产品的黏度或稠度。具有用量小、增稠明显、使用方便等特点[1]，因此被广泛地应用到制药、印染、化妆品、食品添加剂、采油、造纸、皮革加工等工业。

人们目前所熟悉的工业增稠剂基本都起源于20世纪，1905年，开始出现了工业增稠剂概念，1953年，Coodrich公司首先将第一种完全由人工合成的增稠剂-聚丙烯酸类增稠剂引入市场，在20世纪六十年代，国外开始将聚丙烯酸钠应用于食品方面，现在这系列增稠剂已经有了更多的选择。至今，W/O型聚丙烯酸胶乳[5]作为水相增稠剂已经广泛应用到纺织印花浆、染整和工业涂料等领域[2]。

1 增稠剂分类

能够作为增稠剂的物质很多，并且随着应用的不同，增稠剂的种类也不一样。一般增稠剂按相对分子质量分有低分子增稠剂和高分子增稠剂；按功能团分主要有无机增稠剂、纤维素类、聚丙烯酸酯和缔合型聚氨酯增稠剂四类[3]。下面按相对分子质量对增稠剂进行分类。

1.1 低分子增稠剂

1.1.1 无机盐类增稠剂

用无机盐(如氯化钠、氯化钾、氯化铵、单乙醇胺氯化物、二乙醇胺氯化物、硫酸钠、磷酸钠、磷酸二钠和三磷酸五钠等)来做增稠剂的体系一般是表面活性剂水溶液体系，最常用的无机盐增稠剂是氯化钠，增稠效果明显[4]。

1.1.2 脂肪醇、脂肪酸类增稠剂

脂肪醇、脂肪酸(如月桂醇、肉豆蔻醇、鲸蜡醇、月桂酸、亚油酸、亚麻酸、硬脂酸等)是带极性的有机物，可以把它们看成为非离子表面活性剂，它们既有亲油基团，又有亲水基团。少量的该类有机物的存在对表面活性剂的表面张力等性质有显著影响，其作用大小是随碳链加长而增大，一般来说呈线性变化关系。

1.1.3 烷醇酰胺类增稠剂

烷醇酰胺能在电解质存在下，进行增稠并且能达到最佳效果。各种不同的烷醇酰胺在性能上有很大差异，最常用的是椰油二乙醇酰胺。在单独使用和复配使用时其效果不一样，这类增稠剂的缺点是烷醇酰胺的杂质中有游离胺，它是亚硝胺的潜在来源[5]。

1.1.4 醚类增稠剂

这类增稠剂属于非离子增稠剂，一般以脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐(AES)为主，通常情况下，仅用无机盐即能调成合适的黏度。另外其增稠效果与产物中所含未反应的醇及同系物的分布宽窄有很大关系。同系物的分布愈窄，其增稠效果愈大。

1.1.5 酯类增稠剂

这类增稠剂也属于非离子增稠剂，主要用于表面活性剂水溶液体系中。其优点是不容易水解，在宽的pH值和温度范围内黏度稳定。目前最常用的是PEG-150二硬脂酸酯。

1.1.6 其他增稠剂

少数甜菜碱和皂类也能作增稠剂，皂类可用于棒状化妆品中的增稠，甜菜碱主要用于表面活性剂水体系中。

1.2 高分子增稠剂

1.2.1 无机增稠剂

无机增稠剂是一类吸水膨胀而形成触变性的凝胶矿物。主要有膨润土、凹凸棒土、硅酸铝等，其中膨润土最为常用。现在人们正在研究用无机物和其他物质复合合成增稠剂，如M.Chtourou等人[6]正在研究用铵盐的有机衍生物和类属蒙脱石的突尼斯粘土合成增稠剂，并且有了很大的进展。

1.2.2 纤维素类增稠剂

纤维素类增稠剂的使用历史较长，品种也很多，有甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素等，广泛应用于各种领域。纤维素类增稠剂通过水合膨胀的长链而增稠，其体系表现明显的假塑性流变形态。

1.2.3 聚丙烯酸类增稠剂

聚丙烯酸类增稠剂属阴离子型增稠剂，是目前应用比较广泛的合成增稠剂，尤其在印染方面。一般由三种或更多的单体聚合而成，主单体一般为羧酸类单体，如丙烯酸、马来酸或马来酸酐、甲基丙烯酸等；第二单体一般为丙烯酸酯或苯乙烯；第三单体是具有交联作用的单体，例如N,N-亚甲基双丙烯酰胺、双丙烯酸丁二酯或邻苯二甲酸二丙烯酯等。

1.2.4 聚氨酯类增稠剂

聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯，是分子结构中含有-NHCOO-单元的高分子化合物。可通过二异氰酸酯和聚乙二醇在封端剂的存在下合成，聚氨酯类增稠剂是近年来新开发的缔合型增稠剂，这种增稠剂是分子量相对较低的水溶性聚氨酯。分子结构中有亲水部分也有亲油部分，呈现出一定的表面活性。

1.2.5 天然胶增稠剂

天然胶主要有胶原蛋白类和聚多糖类，但是作为增稠剂的天然胶主要是聚多糖类。

1.2.6 其他增稠剂

PVM/MA癸二烯交联聚合物(聚乙烯甲基醚/丙烯酸甲酯与癸二烯的交联聚合物)是新的一族增稠剂，能配制成透明定型凝胶、喷发胶和乳胶，可用于增稠醇类溶液、甘油和其他非水体系。

2 增稠剂增稠机理

增稠剂一般通过与表面活性剂形成棒状胶束、与水作用形成三维水化网络结构、或利用自身的大分子长链结构等使体系达到增稠的目的。不同功能团的增稠剂增稠机理各不相同。其中高分子型增稠剂像图1(a)那样吸附在乳液粒子表面的若干点上。吸附高分子的末端和其他的粒子相遇后，吸附该粒子，并在粒子间交联，形成像图1(b)一样的网状结构，提高黏度。下面分别介绍各个不同功能团的增稠机理。

图1 高分子型增稠剂增稠机理

2.1 无机类增稠剂

用无机盐来做增稠剂的体系一般是表面活性剂水溶液体系，表面活性剂在水溶液中形成胶束，电解质的存在使胶束的缔合数增加，导致球形胶束向棒状胶束转化，使运动阻力增大，从而使体系的黏稠度增加。但当电解质过量时会影响胶束结构，降低运动阻力，从而使体系黏稠度降低，这就是所说的“盐析”。因此电解质加入量一般质量分数为1%～2%，而且和其他类型的增稠剂共同作用，使体系更加稳定。

2.2 纤维素类增稠剂

纤维素类增稠剂的增稠机理是：纤维素增稠剂分子的疏水主链与周围水分子通过氢键缔合，提高了聚合物本身的流体体积，减少了颗粒自由活动的空间，从而提高了体系黏度。也可以通过分子链的缠绕实现黏度的提高，表现为在静态和低剪切有高黏度，在高剪切下为低黏度。这是因为静态或低剪切速度时，纤维素分子链处于无序状态而使体系呈现高粘性；而在高剪切速度时，分子平行于流动方向作有序排列，易于相互滑动，所以体系黏度下降。

2.3 天然胶增稠剂

天然胶增稠剂增稠机理是通过聚多糖中糖单元含有3个羟基与水分子相互作用形成三维水化网络结构，从而达到增稠的效果。

3 主要应用

增稠剂的用途相当广泛，目前应用研究已经深入到印染纺织、水性涂料、医药、食品加工和日常用品等方面。

3.1 印染纺织

纺织品及涂料印花要获得良好的印制效果和质量，很大程度上取决于印花色浆的性能，其中增稠剂的性能起着至关重要的作用。加入增稠剂可使印花产品给色量高，印花轮廓清晰，色泽鲜艳饱满，提高产品的透网性和触变性，给印染企业创造更大的利润空间。印花色浆的增稠剂过去多用天然淀粉或海藻酸钠，由于天然淀粉成糊困难、海藻酸钠价格较贵等原因，现在逐渐被丙烯酸型印染增稠剂所代替。

3.2 水性涂料

涂料的主要功能是装饰及保护被涂物。适当地加入增稠剂，可以有效地改变涂料体系的流体特性，使之具有触变性，从而赋予涂料良好的贮存稳定性和施工性。好的增稠剂要达到在贮存时提高涂料黏度，抑制涂料的分离，而在高速涂装时又要降低黏度，涂装后，还要提高涂膜的黏度，防止流挂现象的发生等等。

3.3 食品

迄今世界上用于食品工业的食品增稠剂已有40余种，主要用来改善和稳定食品的物理性质或形态，增加食品的黏度，赋予食品粘滑适口的口感。并起到增稠、稳定、均质、乳化凝胶、掩蔽、矫味、增香、增甜等作用。增稠剂种类很多，分天然和化学合成两类。天然增稠剂主要从动植物中获取，化学合成的增稠剂有CMC-Na，藻酸丙二酯等。

3.4 日化行业

目前使用于日化行业的增稠剂达200多种，主要有无机盐类、表面活性剂类、水溶性高分子类和脂肪醇脂肪酸类等，在日常用品方面，可用于洗洁精，使产品透明、稳定、泡沫丰富、手感细腻、易于漂洗，另外还经常应用于化妆品、牙膏等。

3.5 其他

增稠剂也是水基压裂液中的主要添加剂，关系到压裂液的使用性能及压裂成败。此外，增稠剂在医药、造纸、陶瓷、皮革加工、电镀等方面也得到了广泛的应用。

4 展望

增稠剂属于多品种、多功能的材料。目前已经开发出纤维素增稠剂、聚丙烯酸酯增稠剂、碱溶性丙烯酸增稠剂、聚氨酯增稠剂等系列产品。它们在成糊性、渗透性、透网性、流变性、触变性、曳丝性、抱水性、混悬性等方面性能突出，有着广泛的应用。最近的开发方向是液体缔合型无溶剂增稠剂，另外，对聚丙烯酸增稠剂添加某些物质进行共聚改性，与其它增稠剂复配也是目前研究的重要内容。随着增稠剂的不断开发，各生产厂家普遍认识到应用研究的重要意义。但与跨国公司相比，国内企业的产品在系列化和产品性能上还存在一定差距，一些产品开发还处于模仿阶段，今后应该集中精力开发我们的特色产品。可以预料，增稠剂今后必将以其独特的优良性能受到人们的日益青睐。人们将不断努力解决其乳液聚合反应及技术上的困难，并努力开发其潜在的用途，降低造价，改善其低伤害及耐剪切耐高温等性能，使增稠剂得到飞速发展。

[1]徐 丹，董学亮，刘 明，等．聚丙烯酸钠增稠剂的特性及用途[J]．河南科学，2005，23(6)：810-812.

[2] 赵振河，张高奇．增稠剂的反相乳液聚合及增稠性能研究[J].化学研究与应用,2002，14(5)：546-547.

[3]Rufner C G．Acrylic-methylene succinic ester emulsion copolymers for thickening aqueous systems：US 4 616 074[P]．1986-08-21.

[4] 叶高勇，张宝华．水性丙烯酸增稠剂的合成及性能研究[J]．印染助剂，2004，21(6)：10-12.

[5] 刘学钢．聚丙烯酸酯乳液增稠剂的合成与应用[J]．精细与专用化学品，2004，12(19)：20-22.

[6] Zhang L M．Cellulosic associative thickeners[J]．Carbohydrate Polymers，2001，45：1-10.

(本文文献格式：刘英梅，白建忠，罗润芝，等.增稠剂研究进展[J].山东化工，2017，46(04)：59-60，62.)

Recent Advances of Thickener

LiuYingmei，BaiJianzhong，LuoRunzhi，WangRuquan,WangJinghui,WangJingsheng,ChaiDongmei,Likai,PangHongfen

(Cangzhou Vocational College of Technology, Cangzhong 061000,China)

The classification and thickening mechanisms of thickener were summarized. Domestic and overseas actuality of development of thickener and application of thickener in all fields were introduced. The future development prospects of thickener, and primary directions in current research were putted forward.

thickener；classification；thickening mechanisms；application；recent developments

2017-01-12

河北省高等学校科学技术研究项目：反相乳液聚合制备涂料增稠剂的研究(项目编号：Z2014146)

刘英梅(1968—)，女，河北沧州人，副教授，主要从事功能高分子材料的研究。

TQ317

A

1008-021X(2017)04-0059-02