Polyelektrolyt är en polymer vars molekyler inkluderar grupper som kan joniseras i lösning. Polyelektrolyter används inom teknik som koaguleringsmedel för avloppsvattenrening , som dispergeringsmedel för att minska viskositeten hos högkoncentrerade vattenbaserade dispersionssystem ( suspensioner och pastor vid tillverkning av keramik ). Effektiviteten av polyelektrolyter i dessa applikationer förklaras av adsorptionen av polyjoner på ytan av partiklar med bildandet av ett elektriskt dubbelskikt , vilket effektivt minskar friktionen mellan partiklar. Polyelektrolyter inkluderar de viktigaste biologiska polymererna ( biopolymerer ) - proteiner , nukleinsyror . De spelar en viktig roll för att reglera blodets viskositet. Jonbytare är av stor praktisk betydelse .
Polyelektrolyter är uppdelade i polykatjoner (under dissociationen av vilka huvudmakromolekylen får en positiv laddning), polyanjoner (laddningen av den joniserade polymermolekylen är negativ) och polyamfolyter (makromolekylen innehåller både positiva och negativa laddningar). I allmänhet klassificeras polyamfolyter som heteropolymerer .
En jon som lossnar från en makromolekyl under dissociation kallas motjon eller motjon . I en lösning koncentreras vanligtvis en del av motjonerna nära en enda makromolekyl av polyelektrolyten, och en del, fria motjoner, går in i den externa lösningen.
Polymernätverk i lösningsmedelsform geler . Om gelén är sammansatt av en polyelektrolyt, lokaliserar dissociationen motjonerna i gelén, vilket skapar ytterligare osmotiskt tryck , vilket får gelerna att svälla , långt bortom förutsägelserna i Florys teori .
Avsiktlig lansering av polyelektrolytgeler som superabsorbentergår tillbaka till omkring 1960-talet. År 1974 utvecklades Super Slurper-sampolymeren (ett annat namn är H-SPAN: polyakrylnitril -sidokedjor ympade på stärkelseskelettet , hydrolyserade med utspädd saltsyra , tvärbunden till ett polymernätverk), som sväller lätt och kraftigt i vatten. De möjliga tillämpningarna av superabsorbenter var uppenbara, och på 1980-talet började Super Slurper och andra polyelektrolyter användas inom jordbruket för att hålla kvar fukt i jorden och i hygienprodukter ( engångsblöjor , dambindor , sårförband). Nyligen har en tredimensionell makroporös hydrogel baserad på en polyelektrolyt erhållits, som kan användas som en sorbent av flödestyp för fullständigt avlägsnande av tungmetaller vid låga jonkoncentrationer i vatten [1] .
Förklaringen till de superabsorberande egenskaperna hos polyelektrolyter kom senare. Ovanlig i skala (ibland hundratals gånger i volym) och i skärpa, märktes övergången från ett kollapsat tillstånd till ett supersvällt tillstånd först 1977 av experimentfysikern T. Tanaka när han studerade polyakrylamidnätverk i en lösning av en blandning av vatten och aceton . Tanaka insåg att neutral polyakrylamid hydrolyseras och gelén laddas, och gav också en teoretisk förklaring till effekten [2] . Därefter visade det sig att övergångspunktens kollaps - supersvällt tillstånd kan regleras inom ett ganska brett område av många faktorer, beroende på den specifika polyelektrolyten: temperatur, pH , saltkoncentration i lösningen, tillsats av ytaktiva ämnen och andra ämnen, etc. [3 ]
Arbeta med att skapa ny generation polymermaterial[ vad? ] började i Sovjetunionen på sjuttiotalet. Anledningen var behovet av att skapa vattenlösliga, miljövänliga[ okänd term ] polymerer. Polyelektrolytkomplex bildas som ett resultat av reaktionen av motsatt laddade polyelektrolyter (polyanjoner och polykatjoner), makromolekyler hålls samman av saltbindningar.
1986 började polyelektrolyter användas för att dekontaminera förorenade platser i Tjernobylzonen [4] .
När svaga anjoniska polyelektrolyter, såsom polyakryl- eller polymetakrylsyror (PAA och PMAA), interagerar med nonjoniska polymerer i lösningar, är bildningen av interpolymerkomplex (IPC) stabiliserade av vätebindningar möjlig [5] . Till exempel är bildningen av IPC möjlig genom att blanda vattenhaltiga lösningar av PAA med polyetylenoxid , polyvinylpyrrolidon , polyakrylamid och andra nonjoniska polymerer. Dessa komplex bildas som regel i vattenlösningar med ett pH under vissa kritiska värden, vars värden beror på naturen hos de interagerande polymererna, deras molekylvikt och koncentration i lösningar. I vattenlösningar stabiliseras dessa komplex dessutom genom hydrofoba interaktioner.
Polyelektrolyter används som adjuvans i vissa vacciner. För första gången användes den naturliga polyelektrolyten kitosan [6] i denna roll , och den ingår för närvarande i flera vacciner [7] [8] .
Ryska kemister och läkare ledda av akademiker från den ryska vetenskapsakademin ( AN USSR ) R. V. Petrov , V. A. Kabanov och akademiker från den ryska medicinska akademin R. M. Khaitov skapade det första ryska vaccinet baserat på polyelektrolyter. För upptäckten av principen för att skapa sådana vacciner tilldelades de Ryska federationens statliga pris för 2001 . Enligt en av de största immunologerna M. Sela från Weizmann Institute (Israel) var detta arbete det första exemplet på framgångsrik användning av syntetiska polymerer för behandling av sjukdomar [4] .
I allmänhet är polykatjoner vanligtvis mycket mer giftiga än neutrala polymerer och polyanjoner, så exempel på användning av polykatjoner (som kitosan och polyoxidonium) inom medicin är sällsynta [9] .