Полиэлектролит — полимер , в состав молекул которого входят группы, способные к ионизации в растворе. Полиэлектролиты применяются в технике в качестве коагулянтов для очистки сточных вод , в качестве диспергаторов для снижения вязкости высококонцентрированных дисперсных систем на водной основе ( суспензии и пасты в производстве керамики ). Эффективность полиэлектролитов в этих приложениях объясняется адсорбцией полиионов на поверхность частиц с формированием двойного электрического слоя , эффективно снижающего трение между частицами. К полиэлектролитам относятся важнейшие биологические полимеры ( биополимеры ) — белки , нуклеиновые кислоты . Они играют важную роль в регулировании вязкости крови. Большое практическое значение имеют иониты .

Молекулы-полиэлектролиты

Полиэлектролиты подразделяются на поликатионы (при диссоциации которых основная макромолекула приобретает положительный заряд), полианионы (заряд ионизированной полимерной молекулы отрицательный) и полиамфолиты (макромолекула содержит как положительные, так и отрицательные заряды). Как правило, полиамфолиты относятся к гетерополимерам .

Ион, отрывающийся от макромолекулы при диссоциации, называется противоионом или контрионом . В растворе обычно часть противоионов концентрируется вблизи одиночной макромолекулы полиэлектролита, а часть — свободные противоионы — уходит во внешний раствор.

Полиэлектролитные гели

в растворителе образуют гели . Если гель состоит из полиэлектролита, при диссоциации противоионы локализуются в геле, создавая дополнительное осмотическое давление , что приводит к , значительно превосходящему предсказания .

Осознанное начало применения полиэлектролитных гелей в качестве (англ.) ( относится примерно к 1960-м годам. К 1974 году был разработан сополимер Super Slurper (другое название — H-SPAN: боковые цепи полиакрилонитрила , привитые на основную цепь крахмала , гидролизованные разбавленным раствором соляной кислоты , сшитые в полимерную сетку), легко и сильно набухающий в воде. Возможные применения суперабсорбентов были очевидны, и в 1980-е годы Super Slurper и другие полиэлектролиты стали использоваться в сельском хозяйстве для удержания влаги в почве и в средствах гигиены ( одноразовых подгузниках , гигиенических прокладках , средствах для прикрывания ран). Недавно был получен трехмерных макропористый гидрогель на основе полиэлектролита, который может использоваться как сорбент проточного типа для полного удаления тяжелых металлов при низких концентрациях ионов в воде .

Объяснение суперабсорбирующих свойств полиэлектролитов пришло позже. Необычный по масштабу (иногда в сотни раз по объёму) и по резкости переход из в сверхнабухшее был впервые замечен в 1977 году физиком-экспериментатором при изучении полиакриламидных сеток в растворе смеси воды и ацетона. Поняв, что нейтральный полиакриламид гидролизуется , и гель становится заряженным, Танака дал и теоретическое объяснение эффекту . Впоследствии выяснилось, что точка перехода коллапс — сверхнабухшее состояние может регулироваться в довольно широких пределах множеством факторов, в зависимости от конкретного полиэлектролита: температурой, pH , концентрацией соли в растворе, добавлением ПАВ и других веществ и т. д.

Полиэлектролитные комплексы и их применение

Работа над созданием полимерных материалов нового поколения ^{[ каких? ]} началась в СССР еще в семидесятых. Поводом послужила необходимость создания водорастворимых, экологически чистых ^{[ неизвестный термин ]} полимеров. Полиэлектролитные комплексы образуются в результате реакции противоположно заряженных полиэлектролитов (полианионов и поликатионов), макромолекулы удерживаются вместе солевыми связями.

В 1986 году начали применять полиэлектролиты для дезактивации зараженных участков в Чернобыльской зоне .

Интерполимерные комплексы с водородными связями

При взаимодействии слабых анионных полиэлектролитов, таких как полиакриловая или полиметакриловая кислоты (ПАК и ПМАК), с неионными полимерами в растворах возможно образование интерполимерных комплексов (ИПК), стабилизированных водородными связями . Например, образование ИПК возможно при смешении водных растворов ПАК с полиэтиленоксидом , поливинилпирролидоном , полиакриламидом и другими неионными полимерами. Эти комплексы, как правило, образуются в водных растворах с рН, ниже определенных критических значений, величины которых зависят от природы взаимодействующих полимеров, их молекулярной массы и концентрации в растворах. В водных растворах данные комплексы также дополнительно стабилизированы гидрофобными взаимодействиями.

Полиэлектролиты в медицине

В качестве адъюванта полиэлектролиты применяются в некоторых вакцинах. Впервые в этой роли был применён природный полиэлектролит хитозан , в настоящее время он входит в состав нескольких вакцин .

Российские химики и медики во главе с академиками РАН ( АН СССР ) Р. В. Петровым , В. А. Кабановым и академиком РАМН Р. М. Хаитовым создали первую российскую вакцину на основе полиэлектролитов. За открытие принципа создания таких вакцин они были удостоены Государственной премии РФ за 2001 год . По мнению одного из крупнейших иммунологов М. Села из Вейцманновского института (Израиль), эта работа стала первым примером успешного использования синтетических полимеров для лечения болезней .

В целом, поликатионы, как правило, значительно более токсичны, чем нейтральные полимеры и полианионы, поэтому примеры применения поликатионов (таких как хитозан и полиоксидоний) в медицине редки .

См. также

• иониты
• иономеры

Примечания