zprávy

Polyethylenimin(zkráceně PEI), s číslem CAS 9002-98-6, je ve vodě rozpustný kationtový polymer. Jeho hlavní charakteristikou je, že jeho molekulární řetězec je bohatý na velké množství aminových skupin (primární aminy, sekundární aminy a terciární aminy). Tato struktura určuje jeho silnou zásaditost, vysokou reaktivitu a jedinečné fyzikálně-chemické vlastnosti. Polyethylenimin má nenahraditelnou aplikační hodnotu v mnoha oblastech.

I. Základní informace: Struktura a klasifikace

1. Chemická struktura

Opakující se jednotka PEI je -CH₂CH₂NH- a aminoskupiny v jeho molekulárním řetězci mu dodávají silné kationtové vlastnosti (pKa≈10) – i za neutrálních nebo slabě kyselých podmínek mohou být aminoskupiny protonovány (-NH₂→-NH₃⁺), což je hlavním zdrojem jeho rozpustnosti ve vodě, schopnosti tvorby komplexů a povrchové adsorpce.

Podle různých struktur se dělí hlavně do dvou kategorií:

Lineární polyethylenimin (L-PEI): Molekulární řetězec je lineární, se sekundárními aminy jako hlavní aminoskupinou (asi 90 %) a podíl primárních a terciárních aminů je nízký. Distribuce relativní molekulové hmotnosti je úzká a čistota je vyšší.

Rozvětvený polyethylenimin (B-PEI): Molekulární řetězec obsahuje velký počet postranních řetězců s vyváženým podílem primárních aminů (≈25 %), sekundárních aminů (≈50 %) a terciárních aminů (≈25 %) a má vyšší reaktivitu. Je to nejběžněji používaný typ v průmyslu.

2. Klíčové fyzikální vlastnosti

II. Základní vlastnosti: Proč se PEI hojně používá?

Silné kationtové vlastnosti a schopnost komplexace: Aminoskupina po protonaci nese kladný náboj a může tvořit stabilní komplexy s negativně nabitými látkami (jako je DNA, RNA, aniontová barviva, jíly a kovové ionty), což je základní mechanismus jejího působení při přenosu genů, úpravě vody a adsorpci kovů.

Vysoká reaktivita: Aminoskupiny (zejména primární aminy) se mohou účastnit různých reakcí (jako je Michaelova adice, otevírání epoxidového kruhu, acylace, síťovací reakce) a lze je použít jako síťovací činidla a modifikátory pro funkcionalizaci povrchu materiálu.

Rozpustnost ve vodě a filmotvorné vlastnosti: Dobrá rozpustnost ve vodě usnadňuje zpracování. Po zaschnutí může vytvořit hustý film, který má určité adhezní a bariérové ​​vlastnosti.

Silná zásaditost: Velký počet aminoskupin v molekule činí její vodný roztok silně zásaditý (pH ≈ 10 až 12) a může podléhat neutralizačním reakcím s kyselými látkami.

III.K čemu se používá polyethylenimin(Klasifikováno podle scénářů poptávky

1. Biomedicínská oblast (Základní obor: Vektory pro podávání genů)

PEI je v současnosti jedním z nejčastěji používaných nevirových genových vektorů:

Princip Kationtový PEI a aniontová DNA/RNA tvoří „komplex PEI-nukleová kyselina“ prostřednictvím elektrostatické interakce, která nejen chrání nukleové kyseliny před degradací nukleázami, ale také jim umožňuje vstup do buněk endocytózou. Navíc „efekt protonové houby“ PEI (absorpce protonů uvnitř buňky po protonaci) může spustit rupturu vezikul a podpořit uvolnění nukleových kyselin do cytoplazmy;

Použití: Genová terapie (jako je dodávání genů pro nádory a genetická onemocnění), dodávání vakcín s nukleovými kyselinami, experimenty s buněčnou transfekcí (v laboratořích se běžně používá transfekční činidlo PEI);

Poznámka: Vysokomolekulární PEI má relativně vysokou cytotoxicitu. V současné době byly vyvinuty modifikované PEI s nízkou toxicitou (jako je PEI modifikovaný peG a zesítěné nanočástice PEI).

2. Oblast úpravy vody (jádro: flokulanty, adsorbenty)

Flokulant: Kationtová vlastnostPolyethylenimin PEIMůže neutralizovat negativně nabité suspendované částice ve vodě (jako je písek, organické látky a bakterie), což způsobuje jejich agregaci a usazování. Používá se k čištění pitné vody a čištění průmyslových odpadních vod (jako je tisk a barvení, odpadní vody z výroby papíru), zvláště vhodný pro čištění odpadních vod s vysokým zákalem a vysokým obsahem organických látek.

Adsorbent Aminoskupina polyethyleniminu PEI může tvořit koordinační vazby s ionty těžkých kovů (jako je Cu²⁺, Ni²⁺, Cr⁶⁺, Pb²⁺) a lze ji použít k odstraňování těžkých kovů z průmyslových odpadních vod. Lze ji také zpracovat na adsorpční materiály modifikované polyethyleniminem (jako je PEI-aktivní uhlí, PEI-nanovlákna) pro zvýšení adsorpční kapacity.

3. Oblast modifikace povrchu materiálů (Jádro: Funkční modifikace)

Modifikace papíru/vláken: Úprava papíru polyethyleniminem PEI může zvýšit jeho pevnost za mokra, odolnost proti vodě a potisknutelnost (zesíťováním hydroxylovými skupinami na povrchu vláken) a používá se při výrobě speciálního papíru (jako je balicí papír, filtrační papír).

Povrchová úprava kovu: Polyethylenimin může na povrchu kovu vytvářet ochranný film, čímž zvyšuje odolnost kovu proti korozi, a může také sloužit jako adhezní prostředek pro kovové povlaky.

Modifikace polymerních materiálů: PEI se používá jako síťovací činidlo nebo kompatibilizátor pro zlepšení kompatibility a adheze polymerů (například síťovací modifikace polyuretanových a epoxidových pryskyřic) nebo pro zvýšení hydrofilnosti materiálů (například polyolefinové filmy modifikované PEI).

4. Další průmyslové aplikace

Lepidla a tmely: Aminoskupina PEI může podléhat zesíťovacím reakcím s aldehydy, isokyanáty atd. a může být použita jako vytvrzovací činidlo pro lepidla na vodní bázi. Polyethylenimin se používá k lepení dřeva, papíru a kovu, kde má vysokou pevnost spoje a dobrou odolnost vůči vodě.

Průmysl barviv a pigmentů: Polyethylenimin PEI lze použít jako fixační činidlo pro kationtová barviva (zejména pro barvení přírodních vláken, jako je bavlna a hedvábí), čímž se zvyšuje přilnavost a omyvatelnost barviv; Polyethylenimin lze také použít jako dispergační činidlo pro pigmenty, které zabraňuje jejich shlukování.

Těžba ropy: PEI se používá při úpravě vody v ropných polích (například pro uzavírání vody a regulaci profilu) nebo jako přísada do vrtných kapalin pro zlepšení stability vrtných kapalin.

Úpravou molekulové hmotnosti (nízká molekulová hmotnost, nízká toxicita; vysoká molekulová hmotnost, vysoká aktivita), struktury (lineární vs. rozvětvená) a modifikačních metod (peG-ylace, zesíťování a slučování)polyethylenimin, jeho použití ve špičkových oblastech (jako je cílené podávání léků a speciální funkční materiály) lze dále rozšířit.