• 优异的亲水性与两亲性: 侧链上的内酰胺环是其功能的核心。环内的极性酰胺基团使其具有强亲水性，能与水形成氢键；而环上的亚甲基和主链的碳骨架则提供了疏水性，使其也能与许多有机溶剂相容。
• 强大的络合能力: 内酰胺环中的羰基(C=O)是强的氢键受体，可以与许多富含氢键给体（如多酚、鞣酸）或缺电子的分子（如碘）形成稳定的络合物。这是其作为药物增溶剂、饮料澄清剂和消毒剂（聚维酮碘）的根本原因。
• 化学惰性与生物相容性: PVP化学性质非常稳定，不易发生水解、氧化或降解。它被广泛认为是生物相容性极好、无毒、无刺激性的高分子材料。

• 无定形态与强吸湿性: PVP是一种典型的无定形聚合物。其强极性的内酰胺基团使其具有很强的吸湿性，能从空气中吸收水分。吸收的水分会作为增塑剂，显著降低其玻璃化转变温度，使其从硬脆的固体变为柔韧的物质。
• 成膜性与粘合性: 从溶液中挥发溶剂后，PVP可以形成透明、高光泽、硬度较高的薄膜。它同时具有优良的粘合性能，是片剂生产中常用的粘合剂。
• 流变性: PVP水溶液的粘度随分子量和浓度的增加而显著提高，使其成为优良的增稠剂和润滑剂（如眼药水）。

PVP极少单独作为结构材料使用，其价值主要体现在作为功能性添加剂，通过共聚或物理共混，极大地改善其他材料的性能。

通过共聚可以精确调节材料的亲水性、粘合性和成膜硬度。

• 乙烯基吡咯烷酮/乙酸乙烯酯共聚物 (VP/VA): 这是最成功的PVP共聚物之一。通过调节VP（亲水）和VA（疏水）的比例，可以得到一系列性能各异的树脂。它们是发胶、摩丝等头发定型产品的核心成分，既能提供定型所需的硬度，又能保证产品易于用水清洗。

PVP强大的络合能力和氢键作用力使其能与多种材料进行物理共混，并发挥关键作用。

• 药物的“固体分散体”: 这是PVP在制药领域最重要的应用之一。将难溶性药物与PVP进行共混（如通过热熔挤出或溶剂蒸发），PVP分子可以包围药物分子，阻止其结晶，形成无定形的“固体分散体”。这极大地提高了药物的溶出速率和生物利用度。
• 膜材料改性: 在制备聚砜(PSF)或聚偏氟乙烯(PVDF)等疏水性过滤膜时，在铸膜液中添加PVP作为“致孔剂”和“亲水改性剂”。在成膜过程中，PVP可以调节膜的孔结构，并在相转化后部分留在膜中，赋予膜表面优异的亲水性和抗污染能力。

PVP是一种卓越的保护剂，其保护机制多样，涵盖了从纳米颗粒到生物大分子，再到人体的多个层面。

与PEG类似，PVP是合成金属纳米颗粒（如银、金、铂）时最常用的稳定剂之一。PVP链通过其内酰胺环吸附在纳米颗粒表面，其伸展的亲水链段在溶剂中形成一层空间位阻保护层，有效阻止纳米颗粒的团聚，并能调控其生长形貌。

PVP是有效的冷冻保护剂和冻干保护剂。在冷冻或冷冻干燥过程中，PVP可以与蛋白质或细胞表面的水分子形成氢键，形成一个玻璃态的保护基质。这个基质可以阻止破坏性的冰晶的形成，并维持生物大分子的天然构象，从而在储存和复水后保持其生物活性。

这可能是PVP最著名的保护应用。聚维酮碘 (Povidone-iodine) 是PVP与碘的络合物。纯碘消毒能力强但刺激性也强。PVP通过其络合作用，将碘分子“储存”起来，形成一个“碘库”。在使用时，这个络合物会缓慢地释放出低浓度的游离碘，既能持续有效地杀灭细菌、病毒，又极大地降低了对皮肤和粘膜的刺激性与着色，实现了高效与温和的完美结合。

PVP是现代固体制剂（片剂、胶囊）中应用最广泛、最重要的辅料之一，扮演着多种角色。

• 粘合剂 (Binder): 在湿法或干法制粒中，PVP溶液或干粉因其优良的粘合性，能将药物和其它辅料的粉末粘合成具有良好流动性和可压性的颗粒。
• 增溶剂/固体分散体载体 (Solubilizer): 用于提高难溶性药物的溶解度和生物利用度，是其最高附加值的应用之一。
• 崩解剂 (Disintegrant): 经交联的PVP，即交联聚维酮 (Crospovidone)，是一种“超级崩解剂”。它不溶于水，但能迅速吸收水分并发生高度溶胀，通过毛细管作用和溶胀压力使片剂在水中快速崩解成细小颗粒，促进药物释放。

利用PVP能与多酚（如啤酒、果汁和葡萄酒中的鞣酸）发生络合沉淀的特性，它被用作饮料的澄清剂和稳定剂。在过滤前加入PVP可以有效去除导致饮料浑浊和影响口感的多酚类物质，提高产品的澄清度和货架期。

除了作为辅料，PVP本身及其衍生物也在多种治疗和个人护理产品中发挥核心作用。

• 广谱消毒剂 (聚维酮碘): 作为活性成分，广泛用于皮肤和粘膜的消毒（商品名如Betadine®）、术前洗手、伤口处理等，是医院和家庭常备的消毒药品。
• 眼部润滑剂 (人工泪液): 在许多非处方的眼药水中，PVP被用作主要的润滑和保湿成分。它能增加泪液的粘度，延长其在眼球表面的停留时间，从而有效缓解干眼症的症状。
• 血浆增容剂 (历史应用): 在20世纪中期，特定分子量的PVP溶液（商品名Periston）曾被用作血浆的替代品，用于在战时或手术中快速补充血容量。虽然现已被更先进的制剂取代，但这证明了其卓越的生物惰性和安全性。

PVP是众多化妆品和个人护理产品中的关键功能成分。

• 头发定型剂: PVP及其共聚物是发胶、摩丝、定型啫喱中的核心成膜剂，能在头发表面形成一层透明、硬挺的薄膜来固定发型。
• 化妆品中的成膜剂和分散剂: 在睫毛膏、眼线液等产品中，PVP帮助形成均匀的膜，并帮助颜料分散，提高产品的附着力和持久性。

PVP拥有超过70年的安全使用历史，是公认的生物安全性最高的合成高分子之一。美国FDA等全球多家监管机构批准其用于药品（口服、外用、注射）、食品添加剂（E1201）和化妆品中。它被认为是生理惰性、无毒、无刺激性、无免疫原性的材料。

PVP的生物安全性与其在体内的代谢途径密切相关。

• 口服给药: 口服的PVP由于分子量太大，几乎不被胃肠道吸收，会以原形通过粪便排出体外。
• 注射给药: 当通过注射进入血液时，其命运严格依赖于分子量。分子量低于肾脏清除阈值（约30 kDa，如PVP K12, K17）的PVP可以被肾小球有效过滤，并通过尿液快速排出。
• 高分子量的蓄积风险: 分子量较高的PVP（如K30及以上）清除速度显著减慢，无法通过肾脏排出。它们会被网状内皮系统（主要是肝、脾的巨噬细胞）吞噬，并在这些器官中长期蓄积。虽然短期未见明显毒性，但这种蓄积是其不再被用作血浆增容剂的主要原因。因此，所有注射级的PVP都必须严格控制其分子量和分子量分布。

工业上，几乎所有的PVP都是通过N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)单体的自由基聚合来生产的。这是一个技术成熟、成本效益高的过程。

• 聚合方法: 最常用的是溶液聚合。反应通常在水中或异丙醇中进行，因为单体和聚合物都溶于这些溶剂。
• 引发体系: 聚合由引发剂引发。在水相中，常用过氧化氢(H₂O₂)或氨水作为引发剂；在有机溶剂中，则常用偶氮类引发剂（如AIBN）。
• 分子量控制: 最终产品的分子量（即K值）通过精确控制反应参数来调节，如单体浓度、引发剂浓度、反应温度和链转移剂的使用。

不溶性的交联PVP（用作崩解剂）是在NVP单体聚合时，加入少量多官能度的交联剂（如季戊四醇三烯丙基醚）进行共聚而得到的。聚合后形成的是一个三维网络结构，因此产物不溶于任何溶剂，但能高度溶胀。

• K值 (Fikentscher K-value): 这是表征PVP分子量等级最核心、最通用的工业指标。它不是直接的分子量数值，而是通过测量PVP稀溶液（通常为1% w/v）的相对粘度，再通过Fikentscher公式计算得出的一个经验值。K值与聚合物的重均分子量(Mw)正相关。常见的药用级PVP有K12, K17, K25, K30, K90等。
• 凝胶渗透色谱 (GPC/SEC): 在科研和严格的质量控制中，GPC/SEC用于直接测定数均分子量(Mn)、重均分子量(Mw)和多分散指数(PDI)。需要使用极性流动相（如含盐的水溶液或DMF）。

• 傅里叶变换红外光谱 (FTIR): 用于快速鉴定。其最强的特征吸收峰是内酰胺环中的C=O伸缩振动峰，位于~1660 cm⁻¹。
• 核磁共振波谱 (NMR): ¹H-NMR可用于确认化学结构。
• 残留单体含量: 这是药用级PVP一项至关重要的质量控制指标。残留的NVP单体具有毒性，必须通过高效液相色谱(HPLC)或气相色谱(GC)进行精确测定，确保其含量低于药典规定的限度（通常是ppm级别）。

PVP在表面工程领域是一种极其重要的“表面改性剂”和“稳定剂”，其核心作用是利用其优异的亲水性和吸附能力来调控界面的性质。

这是PVP在材料科学中最广泛的应用之一。在液相法合成金属或金属氧化物纳米颗粒的过程中，PVP扮演着关键的“封端剂”(Capping Agent)角色。

• 控制生长与防止团聚: PVP分子通过其内酰胺环选择性地吸附在纳米晶体的特定晶面上。这种吸附不仅能有效阻止纳米颗粒在生长过程中发生团聚，还能通过调控不同晶面的生长速率，来精确地控制纳米颗粒的最终形貌（如球形、立方体、线状、片状）。

在制造用于水处理或生物分离的微滤、超滤膜时，基底材料（如聚砜、PVDF）通常是疏水性的，易被蛋白质等污染物堵塞（称为膜污染）。PVP是解决这一问题的关键添加剂。

• 提高抗污染性能: 将PVP作为添加剂共混到铸膜液中，在相转化成膜过程中，PVP会富集在膜的表面和孔道内壁。这层固定的PVP极大地提高了膜的亲水性，形成一层水化层，从而显著降低蛋白质和有机物的非特异性吸附，提高膜的通量和使用寿命。