简介
增稠剂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，被广泛地应用于制药、印染、化妆品、食品添加剂、采油、造纸、皮革加工等行业中。
工业增稠剂起源于20世纪，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。20世纪60年代，国外开始将聚丙烯酸钠应用于食品方面。目前，W/O型聚丙烯酸胶乳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。
20世纪70年代中期，中国开始了合成增稠剂的研究工作。近年来，国内已经研究开发成功一些合成增稠剂，它们大部分属阴离子型合成增稠剂，如中科大研制的合成增稠剂KG-201以及沈阳化工院研制的合成增稠剂PF。交联型聚丙烯酸胶乳作为涂料印花增稠剂得到广泛应用，但是这类阴离子型增稠剂仍存在一些缺陷，如耐电解质性能、色浆触变性、印花时得色量等均不十分理想。20世纪80年代，聚氨酯缔合型增稠剂相继发展起来。但目前，世界上只有ICI、Du Pont、Sun Chemical、KYK等少数几家国际知名的大公司生产这种产品，其生产技术受到严密封锁，产品以垄断价格出售。中国对水性聚氨酯增稠剂的研究起步较晚，近年来国内也模仿国外品种，开发了一些产品，不过效果不理想，产品也未系列化，只能应用于一些低档产品中。
增稠剂种类
能够作为增稠剂的物质很多，最常使用的增稠剂约有40余种。现行国标《GB 2760-2014食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》中共收录的增稠剂有55种，其分类有以下多种方式。
按增稠剂的化学结构和组成分类，可将其分为多糖和多肽两大类。其中多糖类增稠剂包括淀粉类、纤维素类、果胶类、海藻酸类等，该类物质广泛分布于自然界中。多肽类增稠剂主要有明胶、酪蛋白酸钠和干酪素等，这类物质来源有限，价格偏高，应用较少。
按增稠剂的离子性质也可将其分为两大类，即离子增稠剂，如海藻酸、羧甲基纤维素钠和淀粉等；非离子型增稠剂，如丙二醇海藻酸钠、羟丙基淀粉等。
按增稠剂的来源可分为天然增稠剂和合成增稠剂两大类。 其中，天然增稠剂还可进一步分为动物性增稠剂（明胶、酪蛋白酸钠等）、植物性增稠剂（瓜儿豆胶、阿拉伯胶、果胶、琼脂、卡拉胶等）、微生物增稠剂（黄原胶、结冷胶等）及酶处理增稠剂（酶水解瓜儿豆胶、酶处理淀粉等）四大类。合成增稠剂主要为改性淀粉、改性纤维素、丙二醇海藻酸酯和黄原胶等。
按增稠剂相对分子质量分类，有低分子增稠剂和高分子增稠剂：其中，低分子增稠剂和高分子增稠剂还可进一步按其分子中所含功能基团分类，主要有无机增稠剂、纤维素类、脂肪醇、脂肪酸类、醚类、聚丙烯酸酯和缔合型聚氨酯增稠剂类等。下面按相对分子质量对增稠剂逐一进行介绍：
低分子增稠剂
（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）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。
（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、癸醇、己醇、辛醇、鲸蜡醇、硬脂醇、山嵛醇、月桂酸、亚油酸、亚麻酸、肉豆蔻酸、硬脂酸等）是带极性的有机物，可以把它们看成非离子表面活性剂，它们既有亲油基团，又有亲水基团。少量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。
（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，是亚硝胺的潜在来源。
（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。
（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和温度范围内黏度稳定。目前最常用的是PEG-150二硬脂酸酯。
（6）氧化胺增稠剂
氧化胺是极性的非离子表面活性剂，具有增稠作用。其特征表现为：在中性或碱性条件下，氧化胺在水溶液中以不电离的水化物存在，显示非离子性；在酸性溶液中，它显示弱的阳离子性。当溶液pH值<3时，氧化胺的阳离子性尤为明显。因此它可以在不同的条件下与阳离子、阴离子、非离子和两性离子等表面活性剂很好配伍并显示协同效应。氧化胺常用于化妆品方面的增稠。
（7）其它增稠剂
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。
高分子增稠剂
（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它物质复合合成增稠剂，如 M Chtourou 等人正在研究用铵盐的有机衍生物和类属蒙脱石的突尼斯黏土合成增稠剂，并且有了很大的进展。
（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。
（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 3 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。
（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，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。
（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。
（6）聚氧乙烯类增稠剂
一般把相对分子质量>2.5×104的产品称作聚氧乙烯，而<2.5×104的称作聚乙二醇，增稠机理主要与高分子聚合物链有关。聚氧乙烯的水溶液在紫外线、强酸和过渡金属离子（特别是 Fe3+、Cr3+和Ni2+）作用下会自动氧化降解，失去其黏度。
（7）其它增稠剂
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、甘油和其它非水体系。
增稠机理
无机类增稠机理
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%，而且和他类型的增稠剂共同作用，使体系更加稳定。
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黏性； 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。
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。
制备方法
增稠剂的品种繁多，其制备方法因品种不同而有所差异。一般情况下，低分子增稠剂的制备比较简单，例如低分子无机增稠剂与表面活性剂配合增稠；醚类/氧化胺增稠剂通过氧化反应制得；酯类增稠剂可通过直接酯化得到等。而高分子增稠剂占据的市场比例较大，除无机高分子增稠剂与天然高分子增稠剂外，大多是通过乳液聚合、反相乳液聚合制备的，也有少数采用溶液聚合、本体聚合和沉淀聚合制备。
溶液聚合
溶液聚合是指溶于某种溶剂的单体和引发剂等的聚合过程，其组成成分通常是聚合单体、油溶性/水溶性引发剂、溶剂/水。
溶液聚合法以聚丙烯酸增稠剂的制备研究为主。特点就是制备过程中需要大量的溶剂溶解聚合物，这类溶剂大多不溶于水，且后期需要进行回收处理。因此，成本较高，而且不利于环境保护。
本体聚合
本体聚合即在热源（光、热、辐射能等） 的作用下，不加或加少量引发剂/催化剂引发/加快单体自身聚合的过程。该方法对单体的要求较小，且无需溶剂溶解，得到的产品具有杂质少，纯度高。近几年，有学者开始采用本体聚合（ 两步法） 制备缔合型聚氨酯增稠剂，先本体聚合聚氨酯预聚体，最终用长链脂肪醇封端，获得产品。
乳液聚合
乳液聚合是指单体在机械搅拌下，借助乳化剂使单体均匀地分散在水中形成乳液，再添加引发剂引发单体聚合。
乳液聚合法可以适应较高的反应速度，并获得的聚合物分子量较高，生产容易控制，残留单体容易去除，基于这些优点，该制备法的研究发展较快。丙烯酸类增稠剂的增稠和悬浮性能优异，不仅如此，几乎与所有的非离子、阴离子、两性表面活性剂以及多种阳离子聚合物配合使用，因此受到研究学者的青睐。
反相乳液聚合
反相乳液聚合是指在乳化剂作用下，不溶于水的有机溶剂与水溶性单体在水中形成油包水型乳液而进行的聚合。
此法速率快、条件温和，得到高分子量且较纯净的产品。无论是增稠效果，还是耐电解质性能，其产品均优于乳液聚合产品。
反相乳液聚合法与乳液聚合法制备的增稠剂类型相似，以聚丙烯酸类增稠剂为主，相对于乳液聚合，反相乳液聚合法更适合制备耐电解质增稠剂，在反相乳液聚合的基础上引入新技术，如通过辐射聚合制备印花增稠剂，使聚合速率可以人为控制，避免反应过快。
沉淀聚合
沉淀法制备增稠剂的研究较少，通常是在有机溶剂（苯、甲苯或烷烃等） 与丙烯酸单体混合液中，加沉淀剂制备前驱体沉淀物，再将前驱体进行干燥或锻烧的过程。
与反相乳液聚合法相比，沉淀聚合的产品增稠性能较差，对电解质敏感，若在聚合物中引入一些共聚单体（如甲基丙烯酸十八烷基酯），可提高其耐电解质性。
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。
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，如研究者常对真丝织物进行上浆预处理，即在其表面均匀地覆盖一层糊料，通过阻塞纤维的缝隙来解决渗化问题，已取得一定的成效。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。而阴离子型聚丙烯酸类是增稠效果最好的，也是目前应用范围最广泛的增稠剂，但是这类增稠剂仍然存在缺陷，如耐电解质性能、色浆触变性、印花时得色量等均不十分理想。改进的方法是在其亲水主链上引入少量疏水性基团，从而合成缔合型增稠剂。目前国内市场中的印花增稠剂根据原料和制备方法不同，可分为天然增稠剂、乳化增稠剂和合成增稠剂，其中合成增稠剂中的反相聚合产品占目前国内市场的大多数，因为其固含量可以高于50%以上，增稠效果非常好。
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。好的增稠剂要达到如下要求：贮存时提高涂料黏度、抑制涂料的分离，高速涂装时要降低黏度，涂装后提高涂膜的黏度、防止流挂现象的发生等。传统的增稠剂经常使用水溶性的聚合物，例如，纤维素衍生物中的高分子羟乙基纤维素（HEC）等。SEM资料显示聚合增稠剂还可在纸制品涂膜过程中控制水分的保留，增稠剂的存在可使涂料纸表面呈现光滑和均匀。尤其是溶胀型乳液（HASE）增稠剂有优秀的抗飞溅能力，可以和其它种类增稠剂联合使用，大大减轻涂料纸表面的粗糙度。
例如乳胶漆在生产、运输、贮存、施工过程中经常会遇到分水的问题，虽然可以通过提高乳胶漆的黏度及提高分散性来延缓分水，但是这样的调节作用往往有限，更重要的还是通过增稠剂的选择及其配用来解决这个问题。
作用
迄今世界上用于食品工业的食品增稠剂已有60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、赋予食品黏滑适口的口感，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。
食品增稠剂是食品工业中最重要的辅料之一，它在食品加工中主要起稳定食品形态的作用，如保持悬浮浆液稳定、光洁程度稳定、乳化体系稳定等。此外，它可以改善食品的触感及加工食品的色、香、味以及料液等状态的稳定性。增稠剂在食品中的突出作用主要表现为：
（1）增稠、分散和稳定作用
食用增稠剂都是亲水性的高分子物质。溶于水中有很大的黏度，使体系具有稠厚感。黏度增加后，体系中的分散相不容易聚集和凝聚，因而可以使分散体系稳定。大多增稠剂具有表面活性剂的功能，可以吸附于分散相的表面，使其具有一定的亲水性而易于在水系中分散。增稠剂的分子量分布、浓度、溶液的温度、pH值机剪切速率都会对溶液的黏度产生影响。
（2）胶凝作用
有些增稠剂，如明胶、琼脂等溶液，在温热条件下为黏稠流体，当温度降低时，溶液分子连接成网状结构，溶剂和其他分散介质全部被包含在网状结构之中，整个体系形成了没有流动性的半固体，即凝胶。很多食品的加工恰是利用了增稠剂的这个特性，如果冻、奶冻等。有些离子型的水溶性高分子增稠剂，如海藻酸钠，在有高价离子的存在下可以形成凝胶，而与温度没有关系。这为许多特色食品的加工带来了方便和帮助。值得关注的是，并不是所有的食品增稠剂都能形成凝胶，且它们的凝胶性应用于食品体系中也是不能互相代替的，原因在于各种增稠剂的成胶模式、质量、稳定性、口感极可接受性等特性并不完全相同。
（3）凝聚澄清作用
大多增稠剂属于高分子材料物质。在一定条件下，可同时吸附多个分散介质使其聚集和被分离，而达到纯化或净化的目的。如在果汁中加入少量的明胶，就可以得到澄清的果汁。
（4）保水作用
持水性增稠剂都是亲水性高分子，本身有较强的吸水性，将其添加于食品后，可以使食品保持一定的水分含量，从而使产品保持良好的口感。增稠剂的亲水作用，在肉制品、面制品中能起到很好的改良品质作用。如在面类食品中，增稠剂可以改善面团的吸水性，调制面团时，增稠剂可以加速水分向蛋白质分子和淀粉颗粒渗透的速度，有利于调粉过程。增稠剂能吸收几十倍乃至上百倍于其量的水分，并有持水性，这个特性可以改善面团的吸水量，增加产品重量。由于增稠剂有凝胶特性，使面制品黏弹性增强，淀粉α化程度提高，不易老化和变干。
（5）控制结晶
使用增稠剂可赋予食品较高的黏度，从而使许多过饱和溶液或体系中不出现结晶析出或使结晶达到细化效果。如用于糖果、冷冻食品可提高膨胀度，降低冰晶析出的可能性，使产品口感细腻；控制糖浆制品的返砂现象，抑制冰淇淋食品中的冰晶岀现或在加工过程中生成的冰晶细微化，并包含大量微小气泡，使结构细腻均匀、口感光滑、外观整洁。
（6）成膜、保鲜作用
食用增稠剂可以在食品表面形成一层非常光滑的保护性薄膜，保护食品不受氧气、微生物的作用。与食品表面活性剂并用，可用于水果、蔬菜的保鲜，并有抛光作用。还可以防止冰冻食品、固体粉末食品的表面吸湿而导致的质量下降。作被膜用的食品增稠剂有醇溶性蛋白、明胶、琼脂、海藻酸等。
（7）起泡作用和稳定泡沫作用
增稠剂可以发泡，形成网络结构。它的溶液在搅拌时如同肥皂泡一样，可包含大量气体和液泡，使加工食品的表面黏性增加而使食品稳定。蛋糕、面包、冰淇淋等使用鹿角藻胶、槐豆胶、海藻酸钠、明胶等作起泡剂时，增稠剂可以提高泡沫量及泡沫的稳定性。如啤酒泡沫及瓶壁产生“连鬓子”均是使用了增稠剂的缘故。
（8） 黏合作用
香肠中使用槐豆胶、鹿角藻胶的目的是使产品成为一个集聚体，均质后组织结构稳定、润滑，并利用胶的强力保水性防止香肠在贮存中失重。阿拉伯胶可以作为片、粒状产品的结合剂，在粉末食品的颗粒化、食品用香料的颗粒化和其他用途中使用。
（9）用于保健、低热食品的生产
许多增稠剂基本为天然胶质类大分子物质。在人体内几乎不被消化，而通过代谢过程排泄。所以在食品中用增稠剂代替部分糖浆、蛋白质后，很容易降低食物的热值。这种方法已应用在果酱、果浆、调料、点心、饼干、布丁等加工食品中，并向更广泛的方面继续发展。1961年，研究者发现果胶可以降低血中胆固醇，而且海藻酸钠也有这种作用。天然胶的疗效作用使它成为保健食品中的重要原料。
（10）掩蔽与缓释作用
有些增稠剂对某些原料自身的不良气味具有吸附和掩蔽作用，以达到脱味、除腥的效果，如利用环状糊精进行的除味应用，而对有些挥发较快的香气和不稳定的营养成分具有缓释作用。
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及脂肪酸类等。在日用品方面，用于洗洁精，可使产品透明、稳定、泡沫丰富、手感细腻、易于漂洗，另外还常应用于化妆品、牙膏等中。
石油开采
石油开采中，为了获得高产而借用某种液体的传导力（如水力等）压裂流体层，该液体叫压裂液体或者压裂液。压裂的目的是在地层中形成具有一定尺寸和导流能力的裂缝，其成功与否与所用压裂液的性能有很大关系。压裂液包括水基压裂液、油基压裂液、醇基压裂液、乳化压裂液及泡沫压裂液等。其中水基压裂液具有成本低、安全性较高等优点，目前使用最广泛。
增稠剂是水基压裂液中的主要添加剂，其发展经历了近半个世纪，但获得性能更好的压裂液增稠剂一直是国内外学者研究的方向。目前使用的水基压裂液聚合物增稠剂品种繁多，可分为天然聚多糖及其衍生物与合成聚合物两大类。随着石油开采技术的不断发展和开采难度的增加，人们对压裂液提出了更新更高的要求。由于比天然聚多糖类更能适应复杂的地层环境，合成聚合物增稠剂在高温深井压裂方面将发挥更大作用。
其它
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，增稠剂也广泛应用于医药、造纸、陶瓷、皮革加工、电镀等方面。
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特色产品，解决其乳液聚合反应及技术上的困难，改善其低伤害及耐剪切耐高温等性能，开发其潜在用途，降低造价，促进增稠剂发展。
