ویژگی های عمومی پلی الکترولیت ها

پلی الکترولیت ها پلیمرهایی هستند که گروه های مجزا در واحدهای تکراری خود دارند .پلی الکرتولیت ها را می توان به پلی کاتیون ها و پلی آنیون ها و چند نمکی تقسیم کرد. مانند الکترولیت های معمولی (اسیدا ، بازها و نمک ها)، پلی الکترولیت ها در محلول های آبی (آب) از هم جدا می شوند و بسته به مقدار pH یک یا چند بار دیگر را تحمل می کنند. بنابراین، خواص پلی الکترولیت ها به الکترولیت ها و پلیمرها مشابه هستند. نمک ها، یعنی محصولات یک پلی استرها (پلی آنیون ها) با پایه مونومر و برعکس، پلی نمک ها نامیده می شوند. مانند نمک های معمولی، محلول های آنها از نظر الکتریکی رسانا هستند و مانند پلیمرها، ویسکوزیته آنها به وزن مولکولی و غلظت پلیمر بستگی دارد.
سه گروه آنیونی رایج ترین کربوکسیلات (-COO-) ، فسفونات (-PO3H-) ، (-PO32-) و سولفونات (-SO3-) و رایج ترین گروه های کاتیونی، آمونیوم اولیه، ثانویه و کواترنر (-NH3 +) ، (= NH2) و ( ≡N +) نوع گروه یونی، جفت یون آن و ساختار واحد تکرار، خواص یک پلی الکترولیت مانند محلول در آب و سایر مایعات پیوندی قطبی و هیدروژن (الکل و غیره)، هدایت الکتریکی و ویسکوزیته محلول را تعیین می کند. بر خلاف پلیمرهای غیر یونی، این خاصیت به میزان pH و میزان نمک بستگی دارد.
با استفاده از مقدار کمی از ماده اتصال دهنده مناسب، می توان پلی اتیلن ها را بطور شیمیایی به هم پیوند داد. این پلی الکترولیت ها ساختارهای سه بعدی را تشکیل می دهند که به جای حل شدن در آن، در آب متورم می شوند. آنها می توانند مقادیر زیادی مایع نسبت به جرم خود را از طریق پیوند هیدروژن با مولکول های آب حفظ کنند. هنگامی که (کمی) با هم ارتباط دارند، به آنها پلیمرهای هیدروژل یا سوپر جاذب (SAP) گفته می شود. توانایی آنها در جذب آب عاملی برای غلظت یونی محلول آبی است. در آب دیونیزه و مقطر ، SAP ها ممکن است آب را تا ۵۰۰ برابر وزن خود و از ۳۰ تا ۶۰ برابر حجم خود جذب کنند، یعنی یک هیدروژل می تواند بیش از ۹۹٪ مایع تشکیل دهد. قدرت جذب و تورم کل SAP با توجه به نوع و میزان خط مقطع موجود در ساختار کنترل می شود.
هر دو پلی اتیلن طبیعی و مصنوعی در مقیاس بزرگ تولید می شوند. پلی الکترولیت های طبیعی متداول عبارتند از: پکتین (اسید پلی گالاکترونیک) ، آلژینات (اسید آلژنیک)، کربوکسی متیل سلولز و پلی پپتیدها. نمونه هایی از پلی الکترولت های مصنوعی رایج عبارتند از: پلی آکریلیک اسید، پلی استایرن سولفونات، پلی آلیل آمین، کربوکسی متیل سلولز و نمک های آنها. برخی از این پلی الکترولیت ها در زیر نشان داده شده اند:

پلی الکترولیت ها

برخی دیگر از پلی الکترولیت ها بر خلاف گروه های جانبی حاوی گروه های باردار در زنجیره اصلی هستند. این دسته از پلی الکترولیت ها معمولاً به عنوان پلی یونی ها شناخته می شوند. متداول ترین گروه باردار شده در زنجیره اصلی آمونیوم چهار تایی است. این پلی آمین های یونی به طور معمول از طریق یک واکنش منشوتکین از آمین های طبقه ای و دی آلیدها آلکیل ها تولید می شوند.

تعداد زیادی دی آلیدها و آمین های وابسته تجاری به صورت تجاری در دسترس هستند که باعث سنتز تعداد زیادی از پلی یونی ها به خوبی تعریف شده از مواد اولیه نسبتاً ارزان و یک مسیر سنتز نسبی ساده می شود. هر دو فاصله یونی روی زنجیره اصلی پلیمر، یعنی چگالی بار و وزن مولکولی به راحتی قابل تنظیم است. علاوه بر این، بسیاری از گروه های عملکردی دیگر را می توان به راحتی درج کرد، که امکان اتصال متقابل از خصوصیات فیزیکی و مکانیکی را فراهم می آورد.

خواص پلی الکترولیت ها

خواص پلی الکترولیت ها در محلول با تعامل الکترواستاتیک بین گروه های باردار در زنجیره و یون های با وزن کم مولکولی موجود در محلول مشخص می شوند. میدان الکترواستاتیک قوی تولید شده توسط بارهای موجود در پلی الکترولیت اثر قابل توجهی در ساختار مولکول دارد، یعنی به طور قابل ملاحظه ای تغییر شکل های ماکرومولکولی را تغییر می دهد. با افزایش درجه تفکیک، اندازه مؤثر زنجیرها (فاصله انتها تا انتها، شعاع هیدرودینامیکی و غیره) افزایش می یابد و مولکول های سیم پیچ شده مستقیماً به یک شکل تقریباً خطی و چسبنده مانند در درجه های بالا از تفکیک پلی الکترولیت ها صاف می شوند.
هنگامی که درجه تفکیک تغییر می کند، خصوصیات فیزیک و شیمیایی دچار تغییرات قابل توجهی می شوند. به عنوان مثال، ویسکوزیته محلول بسته به غلظت پلی الکترولیت در محلول، درجه تفکیک آن و غلظت یون آزاد (نمک) (یونهای با وزن کم مولکولی موجود در محلول) می تواند با ضریب صد و بیشتر افزایش یابد.
نظریه ای که برای محلول های الکترولیت های با وزن کم مولکولی ایجاد شده است، برای محلول های پلی الکترلیت معتبر نیست. یون های با وزن مولکولی کم که در حین تفکیک گروه های قطبی پلی الکترولیت ها ظاهر می شوند، یک ابر ضد یونی پراکنده در اطراف سطح بارمخالف پلیمرها ایجاد می کنند. ترکیب آن (اندازه گیری) و اندازه آن بر ساختار و پویایی پلی الکترولیت ها در محلول و همچنین ظرفیت تورم و پاسخ ویسکو الاستیک ژل های پلی الکترولیتی تأثیر می گذارد..
زنجیره های مولکولی باردار که معمولاً در سیستم های مواد نرم وجود دارد، تأثیر قابل توجهی در ساختار، پایداری و برهم کنش مجموعه های مختلف مولکولی (بیولوژیکی) دارد. بسیاری از مولکول های بیولوژیکی پلی الکترولیت هستند. به عنوان مثال، پلی پپتیدها و DNA پلی الکترولیت هستند.

پلی الکترولیت های تجاری

گریدهای تجاری پلی الکترولیت (پلی آکریل آمید):

• Dow Chemical (Duramax, Tamol™, Romax™, Dowex)
• Rohm and Haas (Acusol™,Acumer™)
• BASF (Dispex®, Magnafloc®)
• Arkema (Rheoslove™, Terrablend)

پلی الکترولیت ها کاربردهای زیادی دارد که بیشتر مربوط به اصلاح جریان و بهبود پایداری کلوئیدهای آبی و ژل ها یا القای آگلومراسیون یا انعقاد سازی است. بعنوان مثال، می توان از آنها برای بی ثبات کردن یک سیستم تعلیق کلوئیدی و شروع لخته سازی و باردار کردن محیط استفاده کرد. پلی الکترولیت ها همچنین می توانند برای انتقال بار سطحی به ذرات خنثی مورد استفاده قرار گیرند، و این امکان را می دهد تا در محلول آبی پراکنده شوند. بنابراین پلی الکترولیت ها اغلب بعنوان ضخیم کننده ها، پراکنده سازهای مواد شوینده، تهویه کننده ها، امولسیون کننده ها، مبدل های یونی و مواد شفاف کننده استفاده می شوند. بعنوان مثال، پلی الکترولیت ها در تصفیه آب بعنوان عوامل لخته سازی، در دوغاب های سرامیکی به عنوان مواد خنثی کننده و در مخلوط های بتونی به عنوان ابر پلاستیک سازها استفاده می شوند. علاوه بر این، بسیاری از شامپوها، صابون ها و مواد آرایشی حاوی پلی الکترولیت هستند. پلی الکترولیت های خاصی نیز به محصولات غذایی اضافه می شوند. بعنوان مثال، بعنوان پوشش های مواد غذایی و مواد ترشح کننده. نمونه های آن شامل پکتین (پلی گالاکتورونیک اسید)، آلژینات (اسید آلژنیک) و کربوکسی متیل سلولز است.
از آنجا که پلی الکترولیت ها محلول در آب هستند، از آنها در کاربردهای بیوشیمیایی و پزشکی مانند روکش ایمپلنت و سیستم های کنترل داروهای کنترل شده استفاده می شود.
مقادیر زیادی کوپلیمرهای سدیم پلی آکریلات- پلی آکریل آمید، به نام هیدروژل ها به عنوان جاذب های فوق العاده (SAPs) استفاده می شوند. بیشترین کاربرد SAP در پوشک بچه ها و سایر محصولات بهداشتی یکبار مصرف شخصی مانند لباس های محافظ بزرگسالان و دستمال های بهداشتی یافت می شود. پیش بینی می شود بازار جهانی پلیمربای فوق العاده جذب کننده با نرخ ۵٫۵٪ از سال ۲۰۱۴ تا ۲۰۱۹ رشد کند و به ارزش ۸٫۵۶ میلیارد دلار برسد.

با استفاده از لینک های زیر می توانید ویژگی های عمومی پلیمرهای موجود را ببینید:
پلی آکریلیک اسید (PAA)
پلی متاکریلک اسید (PMAA)
پلی آکریل آمید (PAM)