A polielektrolit olyan polimer , amelynek molekulái olyan csoportokat tartalmaznak, amelyek oldatban képesek ionizálódni . A polielektrolitokat a mérnöki iparban koagulánsként használják szennyvíztisztításhoz , diszpergálószerként pedig nagy koncentrációjú vízbázisú diszperziós rendszerek viszkozitásának csökkentésére ( szuszpenziók és paszták a kerámiagyártásban ). A polielektrolitok hatékonysága ezekben az alkalmazásokban azzal magyarázható, hogy a részecskék felületén a poliionok adszorpciója kettős elektromos réteget képez ., hatékonyan csökkenti a részecskék közötti súrlódást. A polielektrolitok közé tartoznak a legfontosabb biológiai polimerek ( biopolimerek ) - fehérjék , nukleinsavak . Fontos szerepet játszanak a vér viszkozitásának szabályozásában. Az ioncserélőknek nagy gyakorlati jelentősége van .
A polielektrolitokat polikationokra (amelyek disszociációja során a fő makromolekula pozitív töltést kap), polianionokra (az ionizált polimer molekula töltése negatív) és poliamfolitokra (a makromolekula pozitív és negatív töltéseket is tartalmaz) osztják. Általában a poliamfolitokat heteropolimerek közé sorolják .
A disszociáció során a makromolekuláról levált iont ellenionnak vagy ellenionnak nevezzük . Egy oldatban az ellenionok egy része általában a polielektrolit egyetlen makromolekulája közelében koncentrálódik, egy része, a szabad ellenionok pedig a külső oldatba kerül.
A polimer hálózatok oldószerben géleket képeznek . Ha a gél polielektrolitból áll, a disszociáció lokalizálja az ellenionokat a gélben, további ozmotikus nyomást hozva létre , ami a gélek megduzzadását okozza, ami jóval meghaladja Flory elméletének előrejelzéseit .
Polielektrolit gélek szuperabszorbensként való szándékos bevezetéseaz 1960-as évek környékére nyúlik vissza. 1974-re kifejlesztették a Super Slurper kopolimert (más néven H-SPAN: a keményítővázra ojtott poliakrilnitril oldalláncok , híg sósavval hidrolizáltak , térhálósítva polimer hálózatba), amely vízben könnyen és erősen duzzad. A szuperabszorbensek lehetséges alkalmazásai nyilvánvalóak voltak, és az 1980-as években a Super Slurpert és más polielektrolitokat a mezőgazdaságban kezdték használni a talaj nedvességének megtartására és a higiéniai termékekben ( eldobható pelenkák , egészségügyi betétek , sebtapaszok). A közelmúltban egy háromdimenziós, polielektrolit alapú makropórusos hidrogélt kaptak, amely áramlási típusú szorbensként használható a nehézfémek teljes eltávolítására alacsony ionkoncentrációjú vízben [1] .
A polielektrolitok szuperabszorbens tulajdonságaira később jött a magyarázat. A szokatlan léptékű (néha több százszoros térfogatú) és élességben az összeesett állapotból a szuperduzzadt állapotba való átmenetet először T. Tanaka kísérleti fizikus vette észre 1977-ben, miközben víz és aceton keverékének oldatában vizsgálta a poliakrilamid hálózatokat. . Felismerve, hogy a semleges poliakrilamid hidrolizálódik , és a gél feltöltődik, Tanaka elméleti magyarázatot is adott a hatásra [2] . Utólag kiderült, hogy az átmeneti pont összeomlása - szuperduzzadt állapota meglehetősen széles tartományban szabályozható, az adott polielektrolittól függően számos tényező: hőmérséklet, pH , sókoncentráció az oldatban, felületaktív anyagok és egyéb anyagok hozzáadása stb. [ 3]
Új generációs polimer anyagok létrehozására irányuló munka[ mi? ] a Szovjetunióban kezdődött a hetvenes években. Ennek oka a vízoldható, környezetbarát kialakítás szükségessége volt[ ismeretlen kifejezés ] polimerek. Ellentétes töltésű polielektrolitok (polianionok és polikationok) reakciója következtében jönnek létre polielektrolit komplexek, a makromolekulákat sókötések tartják össze.
1986- ban kezdték el polielektrolitokat használni a csernobili zóna szennyezett területeinek dekontaminálására [4] .
Amikor gyenge anionos polielektrolitok, például poliakril- vagy polimetakrilsavak (PAA és PMAA) kölcsönhatásba lépnek nemionos polimerekkel az oldatokban, hidrogénkötésekkel stabilizált interpolimer komplexek (IPC) képződése lehetséges [5] . Például IPC képződése lehetséges a PAA vizes oldatának polietilén-oxiddal , polivinil -pirrolidonnal , poliakrilamiddal és más nemionos polimerekkel való összekeverésével. Ezek a komplexek általában bizonyos kritikus értékek alatti pH-jú vizes oldatokban képződnek, amelyek értéke a kölcsönhatásba lépő polimerek természetétől, molekulatömegétől és oldatkoncentrációjától függ. Vizes oldatokban ezeket a komplexeket hidrofób kölcsönhatások is stabilizálják.
Egyes vakcinákban adjuvánsként polielektrolitokat használnak. Ebben a szerepben először használták a természetes polielektrolit kitozánt [6] , amely jelenleg számos vakcinában szerepel [7] [8] .
Orosz vegyészek és orvosok az Orosz Tudományos Akadémia ( AN Szovjetunió ) akadémikusai, R. V. Petrov , V. A. Kabanov és az Orosz Orvostudományi Akadémia akadémikusa, R. M. Haitov vezetésével megalkották az első polielektrolitokon alapuló orosz vakcinát. Az ilyen vakcinák létrehozásának elvének felfedezéséért 2001 -ben elnyerték az Orosz Föderáció Állami Díját . A Weizmann Intézet (Izrael) egyik legnagyobb immunológusa, M. Sela szerint ez a munka volt az első példa a szintetikus polimerek sikeres alkalmazására betegségek kezelésére [4] .
Általánosságban elmondható, hogy a polikationok általában sokkal mérgezőbbek, mint a semleges polimerek és polianionok, ezért a polikationok (például kitozán és polioxidónium) gyógyászatban való felhasználására ritkán találunk példákat [9] .