notícies

Polietilenimina(PEI per abreujar), amb un número CAS de 9002-98-6, és un polímer catiònic soluble en aigua. La seva característica principal és que la seva cadena molecular és rica en un gran nombre de grups amino (amines primàries, amines secundàries i amines terciàries). Aquesta estructura determina la seva forta alcalinitat, alta reactivitat i propietats fisicoquímiques úniques. La polietilenimina té un valor d'aplicació irreemplaçable en múltiples camps.

I. Informació bàsica: estructura i classificació

1. Estructura química

La unitat repetitiva del PEI és -CH₂CH₂NH-, i els grups amino de la seva cadena molecular li confereixen fortes propietats catiòniques (pKa≈10); fins i tot en condicions neutres o dèbilment àcides, els grups amino poden estar protonats (-NH₂→-NH₃⁺), que és la font principal de la seva solubilitat en aigua, capacitat de complexació i adsorció superficial.

Segons les diferents estructures, es divideixen principalment en dues categories:

Polietilenimina lineal (L-PEI): La cadena molecular és lineal, amb amines secundàries com a grup amino principal (aproximadament el 90%), i la proporció d'amines primàries i terciàries és baixa. La distribució de massa molecular relativa és estreta i la puresa és més alta.

Polietilenimina ramificada (B-PEI): la cadena molecular conté un gran nombre de cadenes laterals, amb una proporció equilibrada d'amines primàries (≈25%), amines secundàries (≈50%) i amines terciàries (≈25%), i té una reactivitat més alta. És el tipus més utilitzat a la indústria.

2. Propietats físiques clau

Ii. Característiques principals: Per què s'utilitza àmpliament el PEI?

Forta propietat catiònica i capacitat de complexació: el grup amino després de la protonació porta una càrrega positiva i pot formar complexos estables amb substàncies carregades negativament (com ara ADN, ARN, colorants aniònics, argiles i ions metàl·lics), que és el mecanisme principal de la seva acció en el lliurament de gens, el tractament d'aigua i l'adsorció de metalls.

Alta reactivitat: els grups amino (especialment les amines primàries) poden participar en diverses reaccions (com ara l'addició de Michael, l'obertura d'anells epoxi, l'acilació, les reaccions de reticulació) i es poden utilitzar com a agents de reticulació i modificadors per funcionalitzar la superfície del material.

Solubilitat en aigua i propietat de formació de pel·lícula: una bona solubilitat en aigua facilita el processament. Després de l'assecat, pot formar una pel·lícula densa i la pel·lícula té certes propietats d'adhesió i barrera.

Forta alcalinitat: el gran nombre de grups amino de la molècula fa que la seva solució aquosa sigui fortament alcalina (pH≈10 a 12) i que pugui patir reaccions de neutralització amb substàncies àcides.

Iii.Per a què s'utilitza la polietilenimina(Classificat per escenaris de demanda)

1. Camp biomèdic (Principi: vectors d'alliberament de gens)

El PEI és un dels vectors gènics no virals més utilitzats actualment:

Principi El PEI catiònic i l'ADN/ARN aniònic formen un "complex PEI-àcid nucleic" mitjançant la interacció electrostàtica, que no només protegeix els àcids nucleics de la degradació de les nucleases, sinó que també els permet entrar a les cèl·lules mitjançant l'endocitosi. A més, l'"efecte esponja de protons" del PEI (absorció de protons dins de la cèl·lula després de la protonació) que desencadena la ruptura de les vesícules pot promoure l'alliberament d'àcids nucleics al citoplasma;

Aplicació: Teràpia gènica (com ara l'administració de gens per a tumors i malalties genètiques), administració de vacunes d'àcids nucleics, experiments de transfecció cel·lular (reactiu de transfecció PEI d'ús comú en laboratoris);

Nota: El PEI d'alt pes molecular té una citotoxicitat relativament alta. Actualment, s'han desenvolupat PEI modificats de baixa toxicitat (com ara PEI modificat amb peG i nanopartícules de PEI reticulades).

2. Camp de tractament d'aigua (nucli: floculants, adsorbents)

Floculant: La propietat catiònica dePolietilenimina PEIpot neutralitzar les partícules en suspensió carregades negativament a l'aigua (com ara sorra, matèria orgànica i bacteris), fent que les partícules s'agreguin i s'assentin. S'utilitza per a la purificació d'aigua potable i el tractament d'aigües residuals industrials (com ara impressió i tenyit, aigües residuals de fabricació de paper), especialment adequat per al tractament d'aigües residuals amb alta terbolesa i alt contingut de matèria orgànica.

Adsorbent El grup amino de la polietilenimina PEI pot formar enllaços de coordinació amb ions de metalls pesants (com ara Cu²⁺, Ni²⁺, Cr⁶⁺, Pb²⁺) i es pot utilitzar per a l'eliminació de metalls pesants en aigües residuals industrials. També es pot convertir en materials d'adsorció modificats amb polietilenimina (com ara carbó activat amb PEI, nanofibres de PEI) per millorar la capacitat d'adsorció.

3. Camp de modificació de la superfície del material (Nucli: Modificació funcional)

Modificació de paper/fibra: el tractament del paper amb polietilenimina PEI pot millorar la seva resistència a la humitat, la resistència a l'aigua i la imprimibilitat (mitjançant la reticulació amb grups hidroxil a la superfície de la fibra) i s'utilitza en la producció de paper especial (com ara paper d'embalatge, paper de filtre).

Tractament de superfícies metàl·liques: la polietilenimina pot formar una pel·lícula protectora a la superfície metàl·lica, millorant la resistència a la corrosió del metall i també pot servir com a promotor d'adhesió per a recobriments metàl·lics.

Modificació de material polimèric: el PEI s'utilitza com a agent reticulant o compatibilitzant per millorar la compatibilitat i l'adhesió dels polímers (com ara la modificació reticulant de poliuretà i resines epoxi) o per millorar la hidrofilicitat dels materials (com ara les pel·lícules de poliolefines modificades amb PEI).

4. Altres aplicacions industrials

Adhesius i segelladors: El grup amino del PEI pot experimentar reaccions d'enreixament amb aldehids, isocianats, etc., i es pot utilitzar com a agent de curat per a adhesius a base d'aigua. La polietilenimina s'utilitza per unir fusta, paper i metall, amb una alta força d'unió i bona resistència a l'aigua.

Indústria de tints i pigments: la polietilenimina PEI es pot utilitzar com a fixador per a tints catiònics (especialment per tenyir fibres naturals com el cotó i la seda), millorant l'adhesió i la rentabilitat dels tints; La polietilenimina també es pot utilitzar com a dispersant de pigments per evitar l'aglomeració de pigments.

Extracció de petroli: el PEI s'utilitza en el tractament d'aigües de jaciments petrolífers (com ara agents de tancament d'aigua i control de perfils) o com a additiu de fluids de perforació per millorar l'estabilitat dels fluids de perforació.

Ajustant el pes molecular (pes molecular baix, baixa toxicitat; pes molecular alt, alta activitat), l'estructura (lineal vs. ramificada) i els mètodes de modificació (peG-ilació, entrecreuament i compostos) depolietilenimina, la seva aplicació en camps d'alta gamma (com ara l'administració dirigida de fàrmacs i materials funcionals especials) es pot ampliar encara més.