• pH依赖的链构象: 如上所述，PAA的链构象可以在紧凑的卷曲态（低pH）和伸展的棒状（高pH）之间发生可逆的、剧烈的转变。这种转变直接影响了其溶液的粘度、水凝胶的溶胀度以及与其它分子的相互作用。
• 强氢键作用: 侧链上的羧基是优异的氢键给体和受体。在质子化状态下，它们可以形成强烈的链内和链间氢键，这是其在低pH下不溶于水的主要原因。
• 高电荷密度 (聚阴离子): 在中性或碱性条件下，PAA是一种高电荷密度的聚阴离子，使其能与带正电的分子、离子或表面发生强烈的静电相互作用。

• 超强吸水性 (Superabsorbency): 当PAA被轻度化学交联并部分中和后（形成聚丙烯酸钠），就得到了超强吸水树脂 (SAP)。其内部的离子浓度远高于外部水溶液，巨大的渗透压差驱使水分子大量涌入三维网络中，直至网络的弹性回缩力与之平衡。它可以吸收并锁住自身重量数百倍甚至上千倍的纯水。
• 卓越的生物粘附性 (Mucoadhesion): PAA链上密集的羧基能够与消化道、眼部等粘膜表面的粘蛋白（mucin）发生强烈的氢键相互作用，使其能够牢固地粘附在粘膜上。PAA是已知生物粘附性最强的合成高分子之一。

PAA通过共聚或物理共混（更准确地说是形成复合物），可以将其独特的pH响应性和粘附性与其他材料的性能结合起来。

共聚是精确调控PAA响应行为和功能的重要手段。

• 两亲性嵌段共聚物: PAA作为亲水嵌段与疏水嵌段（如PS, PMMA）形成的共聚物，可以在水中自组装形成核-壳胶束。这些胶束的稳定性、尺寸和药物释放行为都对pH敏感。例如，随着pH升高，PAA亲水壳层会伸展，可能导致胶束解体或孔道打开，从而实现pH触发的药物释放。
• 双重响应共聚物: 将丙烯酸与N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)共聚，可以得到同时具有pH和温度双重响应性的智能聚合物。其相变温度(LCST)会随着pH的变化而改变。

PAA作为强氢键给体，可以与强氢键受体聚合物（如PEG, PVP, PVA）通过物理混合形成稳定的氢键复合物。

• pH响应性水凝胶: PAA与PEG的共混物在低pH下可以形成物理交联的氢键水凝胶。当pH升高时，PAA电离，氢键被破坏，导致凝胶解体。这种机制可用于构建pH敏感的药物释放系统。

PAA作为一种保护剂，其功能主要源于其强大的吸附、络合和pH响应能力。

PAA是无机纳米颗粒（如氧化铁、二氧化钛、碳酸钙）合成和分散中常用的高效稳定剂。PAA链通过其羧基吸附或螯合在颗粒表面。在高pH下，电离的PAA链在颗粒周围形成一层带负电的、伸展的保护层。这层保护层在颗粒间产生强烈的静电排斥力和空间位阻，有效防止颗粒团聚，赋予胶体体系优异的长期稳定性。

PAA及其衍生物是设计肠溶制剂的关键材料。将药物或活性成分包裹在PAA基的涂层内，可以实现对核心物质的pH选择性保护和释放。

• 胃内保护: 在胃的强酸环境(pH 1-3)中，PAA处于质子化的卷曲状态，形成一层致密、不溶的保护膜，保护内部对酸敏感的药物不被破坏，同时也避免药物刺激胃黏膜。
• 肠道释放: 当制剂进入pH呈中性或弱碱性的肠道(pH > 6)时，PAA涂层迅速电离、溶解，从而精确地在吸收部位释放出药物。

在工业循环水系统中，低分子量的PAA或其共聚物被广泛用作阻垢剂和分散剂。它能吸附在水垢晶核（如碳酸钙、硫酸钙）的表面，干扰其正常生长，使其保持微小、无定形的颗粒状态，并利用静电排斥作用将这些微粒分散在水中，防止它们沉积在管道和设备表面形成硬垢。

这是交联PAA（通常为其钠盐形式）最大宗、最成功的应用，深刻地改变了个人卫生护理行业。

• 核心应用: 它是一次性婴儿纸尿裤、成人失禁产品和女性卫生巾的核心吸收材料。
• 工作原理: 这些产品吸收层的核心是SAP粉末与绒毛浆的混合物。当接触到尿液或血液等水性液体时，SAP颗粒利用巨大的渗透压差，在几秒钟内迅速吸收并以物理凝胶的形式锁住远超自身重量的液体，即使在压力下也不会回渗。这确保了表面的干爽，有效防止了皮疹和不适。

轻度交联的PAA（在药妆领域称为卡波姆, Carbomer）是极其高效的增稠剂。

• 凝胶制剂: 在水中分散时，卡波姆呈酸性低粘度分散液。当用碱（如三乙醇胺）中和至中性pH时，其分子链迅速伸展并相互交联，形成高粘度、高透明度的凝胶。这种“中和后增稠”的特性使其成为制造各种药用凝胶、护肤霜、乳液、洗手液等产品的理想选择。
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• 悬浮稳定性: 在较低浓度下，卡波姆形成的凝胶网络具有很高的屈服值，能够将不溶性成分（如珠光剂、磨砂颗粒）稳定地悬浮在体系中，防止其沉降。

PAA卓越的生物粘附性是其在高端药物递送领域的核心优势。通过将药物与PAA基质结合，可以显著延长药物在特定粘膜部位的停留时间，从而提高药物的吸收和疗效。

• 口服给药: PAA可以使片剂或微球粘附在胃肠道粘膜上，实现药物的缓释和控释，提高口服药物的生物利用度。
• 眼科给药: PAA基的眼用凝胶可以显著延长药物（如抗生素、抗青光眼药）在眼球表面的停留时间，相比普通眼药水，可以降低给药频率，提高患者依从性。
• 其他粘膜给药: 在鼻腔、口腔、阴道等部位给药时，PAA的粘附性同样可以提高药物的局部浓度和吸收效率。

利用PAA的pH敏感性，可以设计出在特定生理部位“按需”释放药物的智能载体。

• 肠溶制剂: 如前所述，PAA是构建肠溶包衣，保护药物免受胃酸破坏，并在肠道精确释放的核心材料。
• 肿瘤靶向释放: 肿瘤组织的微环境通常呈弱酸性(pH ~6.5-7.0)。可以设计载药纳米粒，其表面的PAA层或PAA交联的网络在正常血液pH(7.4)下保持稳定、关闭状态，而当纳米粒到达肿瘤区域后，较低的pH会触发PAA发生构象变化或水解，从而“打开开关”，在肿瘤部位集中释放药物。

与大多数乙烯基聚合物一样，其毒性评估必须严格区分聚合物和单体。聚丙烯酸高分子，特别是高分子量和交联形式的，由于无法被胃肠道吸收，被广泛认为是安全的，是FDA批准的药用辅料（GRAS）和食品间接接触材料。

主要的毒理学风险来源于：

• 残留单体 (Acrylic Acid): 丙烯酸单体具有强烈的刺激性，对皮肤、眼睛和呼吸道有腐蚀性，并且具有一定的全身毒性。因此，所有用于生物医学或个人护理产品的PAA（特别是卡波姆）都必须将残留单体含量控制在极其严格的限度（ppm级别）以内。
• 聚合溶剂: 工业生产卡波姆时常使用苯作为聚合溶剂。因此，最终产品中残留苯的含量也是一项至关重要的安全控制指标。现代的生产工艺正越来越多地采用更安全的溶剂替代苯。

未中和的PAA水溶液呈强酸性，可能对皮肤和粘膜造成刺激。因此，在绝大多数最终配方中，PAA都是以部分或完全中和的盐（如聚丙烯酸钠）的形式存在，以确保最终产品的pH值温和、安全。

PAA的C-C主链不可生物降解，这使得由其制成的超强吸水树脂（如纸尿裤）在使用后对环境造成了巨大的白色污染和处置压力。开发可生物降解的超强吸水材料是该领域当前面临的重大挑战。

这是工业上生产PAA及其盐的最主要方法，技术成熟，成本低。

• 水溶液聚合: 是最常见的方法，使用水溶性引发剂（如过硫酸盐）引发。可以直接得到PAA的水溶液，用于水处理剂、分散剂等。
• 反相悬浮/乳液聚合: 用于制备超强吸水树脂（SAP）。将部分中和的丙烯酸钠水溶液作为分散相（油包水），在油相中进行聚合和交联，最终得到易于后处理的微球状产品。

为了合成结构明确的PAA（如嵌段共聚物），需要采用CRP技术。直接聚合丙烯酸单体对某些CRP体系（如ATRP）有挑战，因为酸性质子会与催化剂作用。因此，常用的策略是“先保护，后脱保”：

1. 首先，通过ATRP或RAFT等方法，精确聚合丙烯酸的酯类单体（如丙烯酸叔丁酯, tBA）。
2. 然后，通过酸催化水解，将聚丙烯酸叔丁酯(PtBA)侧链上的叔丁基脱去，得到结构明确的PAA。

药用级的增稠剂卡波姆，是通过在丙烯酸单体中加入少量多官能度的交联剂（如烯丙基蔗糖或季戊四醇的烯丙基醚），在非质子溶剂（如苯、乙酸乙酯）中进行沉淀聚合而制得的。

• 电位滴定法 (Potentiometric Titration): 这是表征PAA酸碱性质最核心的方法。用标准碱溶液（如NaOH）滴定PAA的稀溶液，同时用pH计监测pH值的变化。通过滴定曲线可以精确计算出羧基的含量、等效分子量以及表观pKa值。
• 凝胶渗透色谱 (GPC/SEC): 用于测定分子量和分布。由于PAA是聚电解质，为避免其与色谱柱填料发生静电吸附或排斥，必须使用水相GPC，并以含有较高浓度盐（如硝酸钠）的缓冲溶液作为流动相。

• 傅里叶变换红外光谱 (FTIR): PAA的红外光谱非常具有特征性。在质子化状态下，有一个位于~1710 cm⁻¹的尖锐的C=O伸缩振动峰，以及一个从~2500到~3300 cm⁻¹的非常宽的O-H伸缩振动吸收带（由羧基二聚体的氢键引起）。当被中和后，~1710 cm⁻¹的峰消失，同时在~1550-1600 cm⁻¹处出现一个新的强峰，对应于羧酸根(-COO⁻)的反对称伸缩振动。

• 粘度: 对于作为增稠剂的卡波姆，其关键指标是在特定浓度下、中和后的粘度，通常使用布氏粘度计或流变仪进行测量。
• 吸水倍率 (Absorbency): 对于超强吸水树脂(SAP)，核心指标是其在特定盐溶液（如0.9% NaCl溶液）中的平衡溶胀吸水倍率。

PAA是表面工程领域功能最强大、用途最广泛的“智能表面改性剂”之一，其核心优势在于能通过pH调控表面的电荷、润湿性和构象。

PAA是“层层自组装”(LbL)技术中最经典的聚阴离子构筑单元。通过将基底交替浸入带正电的聚电解质（如聚烯丙胺盐酸盐, PAH）溶液和带负电的PAA溶液中，可以精确地构筑出纳米级厚度的多层薄膜。这些薄膜的性质（如厚度、渗透性）对pH和离子强度敏感，被广泛用于：

• 药物控释涂层: 包裹在胶囊或颗粒外，实现pH触发的药物释放。
• 生物相容性涂层: 用于改善植入医疗器械的表面生物相容性。

通过“从表面接枝”(grafting-from)或“接枝到表面”(grafting-to)的方法，可以在基底上生长出致密的PAA“高分子刷”。这种刷层是一种强大的pH响应界面：

• pH门控通道: 在纳米孔道内壁接枝PAA刷，在低pH下刷层塌缩，孔道开放；在高pH下刷层伸展，关闭孔道。这种“pH阀门”可用于智能分离和传感。
• 动态调控细胞粘附: 细胞粘附行为可以通过改变pH来调控，用于细胞培养和组织工程。