Polyelektrolyytti on polymeeri , jonka molekyyleissä on ryhmiä, jotka kykenevät ionisoitumaan liuoksessa. Polyelektrolyyttejä käytetään tekniikassa koagulantteina jäteveden käsittelyssä , dispergointiaineina erittäin väkevöityjen vesipohjaisten dispersiojärjestelmien viskositeetin alentamiseen ( suspensiot ja tahnat keramiikan valmistuksessa ). Polyelektrolyyttien tehokkuus näissä sovelluksissa selittyy polyionien adsorptiolla hiukkasten pinnalle, jolloin muodostuu kaksinkertainen sähköinen kerros ., vähentää tehokkaasti hiukkasten välistä kitkaa. Polyelektrolyyttejä ovat tärkeimmät biologiset polymeerit ( biopolymeerit ) - proteiinit , nukleiinihapot . Niillä on tärkeä rooli veren viskositeetin säätelyssä. Ioninvaihtimilla on suuri käytännön merkitys .
Polyelektrolyytit jaetaan polykationeihin (joiden dissosioitumisen aikana päämakromolekyyli saa positiivisen varauksen), polyanioneihin (ionisoidun polymeerin molekyylin varaus on negatiivinen) ja polyamfolyytteihin (makromolekyyli sisältää sekä positiivisia että negatiivisia varauksia). Yleensä polyamfolyytit luokitellaan heteropolymeereiksi .
Ionia, joka irtoaa makromolekyylistä dissosiaation aikana, kutsutaan vastaioniksi tai vastaioniksi . Liuoksessa osa vastaioneista on yleensä keskittynyt lähelle yhtä polyelektrolyytin makromolekyyliä ja osa, vapaita vastaioneja, menee ulkoiseen liuokseen.
Liuottimessa olevat polymeeriverkot muodostavat geelejä . Jos geeli koostuu polyelektrolyytistä, dissosiaatio lokalisoi vastaionit geelissä luoden ylimääräistä osmoottista painetta , mikä saa geelit turpoamaan , mikä ylittää Floryn teorian ennusteet .
Polyelektrolyyttigeelien tarkoituksellinen käyttöönotto superabsorbenteinajuontaa juurensa noin 1960-luvulle. Vuoteen 1974 mennessä kehitettiin Super Slurper -kopolymeeri (toinen nimi on H-SPAN: polyakryylinitriilisivuketjut oksastettu tärkkelysrunkoon , hydrolysoitu laimealla kloorivetyhapolla , silloitettu polymeeriverkostoksi), joka turpoaa helposti ja voimakkaasti vedessä . Superabsorbenttien mahdolliset sovellukset olivat ilmeisiä, ja 1980-luvulla Super Slurperia ja muita polyelektrolyyttejä alettiin käyttää maataloudessa kosteuden säilyttämiseen maaperässä ja hygieniatuotteissa ( kertakäyttövaipat , terveyssiteet , haavasiteet). Äskettäin on saatu polyelektrolyyttiin perustuva kolmiulotteinen makrohuokoinen hydrogeeli, jota voidaan käyttää virtaustyyppisenä sorbenttina raskasmetallien täydelliseen poistamiseen matalilla ionipitoisuuksilla vedestä [1] .
Selitys polyelektrolyyttien superabsorboiville ominaisuuksille tuli myöhemmin. Epätavallinen mittakaavaltaan (joskus satoja kertoja tilavuudeltaan) ja terävyydestään, siirtymisen romahtaneesta tilasta superturvonneeseen tilaan havaitsi ensimmäisen kerran vuonna 1977 kokeellinen fyysikko T. Tanaka tutkiessaan polyakryyliamidiverkkoja veden ja asetonin seoksen liuoksessa. . Tanaka ymmärsi, että neutraali polyakryyliamidi hydrolysoituu ja geeli varautuu, ja antoi myös teoreettisen selityksen vaikutukselle [2] . Myöhemmin kävi ilmi, että siirtymäpisteen romahdus - superturvonnut tila voidaan säädellä melko laajalla alueella, riippuen tietystä polyelektrolyytistä: lämpötila, pH , suolapitoisuus liuoksessa, pinta -aktiivisten aineiden ja muiden aineiden lisääminen jne. [ 3]
Työ uuden sukupolven polymeerimateriaalien luomiseksi[ mitä? ] alkoi Neuvostoliitossa 70-luvulla. Syynä oli tarve luoda vesiliukoinen, ympäristöystävällinen[ tuntematon termi ] polymeerit. Polyelektrolyyttikomplekseja muodostuu vastakkaisesti varautuneiden polyelektrolyyttien (polyanionien ja polykationien) reaktion seurauksena, makromolekyylejä pitävät yhdessä suolasidokset.
Vuonna 1986 polyelektrolyyttejä alettiin käyttää saastuneiden alueiden puhdistamiseen Tšernobylin alueella [4] .
Kun heikot anioniset polyelektrolyytit, kuten polyakryyli- tai polymetakryylihapot (PAA ja PMAA), ovat vuorovaikutuksessa ionittomien polymeerien kanssa liuoksissa, vetysidoksilla stabiloitujen sekapolymeerikompleksien (IPC) muodostuminen on mahdollista [5] . Esimerkiksi IPC:n muodostuminen on mahdollista sekoittamalla PAA:n vesiliuoksia polyeteenioksidin , polyvinyylipyrrolidonin , polyakryyliamidin ja muiden ionittomien polymeerien kanssa. Nämä kompleksit muodostuvat pääsääntöisesti vesiliuoksissa, joiden pH on alle tiettyjen kriittisten arvojen, joiden arvot riippuvat vuorovaikutuksessa olevien polymeerien luonteesta, niiden molekyylipainosta ja pitoisuudesta liuoksissa. Vesiliuoksissa nämä kompleksit myös stabiloituvat lisäksi hydrofobisilla vuorovaikutuksilla.
Polyelektrolyyttejä käytetään adjuvanttina joissakin rokotteissa. Tässä roolissa käytettiin ensimmäistä kertaa luonnollista polyelektrolyyttikitosaania [6] , ja se sisältyy tällä hetkellä useisiin rokotteisiin [7] [8] .
Venäläiset kemistit ja lääkärit, joita johtivat Venäjän tiedeakatemian ( AN USSR ) akateemikot R. V. Petrov , V. A. Kabanov ja Venäjän lääketieteen akatemian akateemikko R. M. Khaitov , loivat ensimmäisen venäläisen polyelektrolyytteihin perustuvan rokotteen. Tällaisten rokotteiden luomisperiaatteen löytämisestä heille myönnettiin Venäjän federaation valtionpalkinto vuodelle 2001 . Erään suurimmista immunologeista M. Selan Weizmann Institutesta (Israel) mukaan tämä työ oli ensimmäinen esimerkki synteettisten polymeerien menestyksekkäästä käytöstä sairauksien hoidossa [4] .
Yleisesti ottaen polykationit ovat yleensä paljon myrkyllisempiä kuin neutraalit polymeerit ja polyanionit, joten esimerkkejä polykationien (kuten kitosaanin ja polyoksidoniumin) käytöstä lääketieteessä on harvoin [9] .