Polyelektrolyt er en polymer, hvis molekyler omfatter grupper, der er i stand til at ionisere i opløsning. Polyelektrolytter bruges i teknik som koaguleringsmidler til spildevandsbehandling , som dispergeringsmidler for at reducere viskositeten af højt koncentrerede vandbaserede dispergeringssystemer ( suspensioner og pastaer til fremstilling af keramik ). Effektiviteten af polyelektrolytter i disse applikationer forklares ved adsorptionen af polyioner på overfladen af partikler med dannelsen af et elektrisk dobbeltlag , hvilket effektivt reducerer friktionen mellem partikler. Polyelektrolytter omfatter de vigtigste biologiske polymerer ( biopolymerer ) - proteiner , nukleinsyrer . De spiller en vigtig rolle i reguleringen af blodets viskositet. Ionbyttere er af stor praktisk betydning .
Polyelektrolytter er underopdelt i polykationer (under dissociationen af hvilke hovedmakromolekylet får en positiv ladning), polyanioner (ladningen af det ioniserede polymermolekyle er negativ) og polyamfolytter (makromolekylet indeholder både positive og negative ladninger). Generelt klassificeres polyamfolytter som heteropolymerer .
En ion løsrevet fra et makromolekyle under dissociation kaldes modion eller modion . I en opløsning er en del af modionerne sædvanligvis koncentreret nær et enkelt makromolekyle af polyelektrolytten, og en del, frie modioner, går ind i den eksterne opløsning.
Polymernetværk i en opløsningsmiddelform geler . Hvis gelen er sammensat af en polyelektrolyt, lokaliserer dissociationen modionerne i gelen, hvilket skaber yderligere osmotisk tryk , som får gelerne til at svulme , langt ud over forudsigelserne i Florys teori .
Bevidst lancering af polyelektrolytgeler som superabsorbentergår tilbage til omkring 1960'erne. I 1974 blev Super Slurper-copolymeren (et andet navn er H-SPAN: polyacrylonitril-sidekæder podet på stivelsesrygraden , hydrolyseret med fortyndet saltsyre , tværbundet til et polymernetværk) udviklet, som kvælder let og kraftigt i vand. De mulige anvendelser af superabsorbenter var indlysende, og i 1980'erne begyndte Super Slurper og andre polyelektrolytter at blive brugt i landbruget til at holde på fugten i jorden og i hygiejneprodukter ( engangsbleer , hygiejnebind , sårforbindinger). For nylig er der opnået en tredimensionel makroporøs hydrogel baseret på en polyelektrolyt, som kan bruges som en flow-type sorbent til fuldstændig fjernelse af tungmetaller ved lave ionkoncentrationer i vand [1] .
Forklaringen på de superabsorberende egenskaber af polyelektrolytter kom senere. Usædvanligt i skala (nogle gange hundredvis af gange i volumen) og i skarphed blev overgangen fra en kollapset tilstand til en supersvulmet tilstand først bemærket i 1977 af den eksperimentelle fysiker T. Tanaka , mens han studerede polyacrylamid -netværk i en opløsning af en blanding af vand og acetone . Da Tanaka indså, at neutral polyacrylamid hydrolyseres og gelen bliver ladet, gav Tanaka også en teoretisk forklaring på effekten [2] . Efterfølgende viste det sig, at overgangspunktet kollaps - supersvulmen tilstand kan reguleres i et ret bredt område af mange faktorer, afhængig af den specifikke polyelektrolyt: temperatur, pH , saltkoncentration i opløsningen, tilsætning af overfladeaktive stoffer og andre stoffer mv. [ 3]
Arbejde med at skabe ny generation af polymere materialer[ hvad? ] begyndte i USSR i halvfjerdserne. Årsagen var behovet for at skabe vandopløselige, miljøvenlige[ ukendt udtryk ] polymerer. Polyelektrolytkomplekser dannes som et resultat af reaktionen af modsat ladede polyelektrolytter (polyanioner og polykationer), makromolekyler holdes sammen af saltbindinger.
I 1986 begyndte man at bruge polyelektrolytter til at dekontaminere forurenede steder i Tjernobyl-zonen [4] .
Når svage anioniske polyelektrolytter, såsom polyacryl- eller polymethacrylsyrer (PAA og PMAA), interagerer med ikke-ioniske polymerer i opløsninger, er dannelsen af interpolymerkomplekser (IPC'er) stabiliseret af hydrogenbindinger mulig [5] . For eksempel er dannelsen af IPC mulig ved at blande vandige opløsninger af PAA med polyethylenoxid , polyvinylpyrrolidon , polyacrylamid og andre ikke-ioniske polymerer. Disse komplekser dannes som regel i vandige opløsninger med en pH-værdi under visse kritiske værdier, hvis værdier afhænger af arten af de interagerende polymerer, deres molekylvægt og koncentration i opløsninger. I vandige opløsninger stabiliseres disse komplekser også yderligere ved hydrofobe interaktioner.
Polyelektrolytter bruges som adjuvans i nogle vacciner. For første gang blev den naturlige polyelektrolyt chitosan [6] brugt i denne rolle , og den indgår i øjeblikket i flere vacciner [7] [8] .
Russiske kemikere og læger ledet af akademikere fra det russiske videnskabsakademi ( AN USSR ) R. V. Petrov , V. A. Kabanov og akademiker fra det russiske akademi for medicinske videnskaber R. M. Khaitov skabte den første russiske vaccine baseret på polyelektrolytter. For opdagelsen af princippet om at skabe sådanne vacciner blev de tildelt Den Russiske Føderations statspris for 2001 . Ifølge en af de største immunologer M. Sela fra Weizmann Instituttet (Israel) var dette arbejde det første eksempel på vellykket brug af syntetiske polymerer til behandling af sygdomme [4] .
Generelt er polykationer normalt meget mere giftige end neutrale polymerer og polyanioner, så eksempler på brug af polykationer (såsom chitosan og polyoxidonium) i medicin er sjældne [9] .