ویژگی های عمومی پلی الکترولیت ها

پلی الکترولیت ها پلیمرهایی هستند که گروه های مجزا در واحدهای تکراری خود دارند .پلی الکترولیت 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.

خواص پلی الکترولیت هم به خواص الکترولیت ها (نمک) و هم به خواص پلیمرها (ترکیبات با وزن مولکولی بالا) شباهت دارد و گاهی به آنها پلی نمک گفته می شود. مانند نمک ها ، محلول پلی الکترولیت ها از نظر الکتریکی رسانا است. و مانند پلیمرها ، محلول های ویسکوزی دارند. زنجیره های مولکولی باردار ، که معمولاً در سیستم های ماده نرم وجود دارد ، در تعیین ساختار ، پایداری و برهم کنش مجموعه های مختلف مولکولی نقش اساسی دارند. رویکردهای نظری برای توصیف ویژگی پلی الکترولیت ها با ترکیبات مشابهی که از نظر الکتریکی خنثی هستند، عمیقاً متفاوت است ،این در حالی است که هم در زمینه تکنولوژیکی و هم در زمینه صنایع از ویژگی های منحصر به فردآنها استفاده می شود. بسیاری از مولکولهای بیولوژیکی پلی الکترولیت هستند. به عنوان مثال ، پلی پپتیدها ، گلیکوزآمینوگلیکانها و DNA پلی الکترولیت هستند. پلی الکترولیت ها چه از نوع طبیعی و چه سنتزی، در صنایع مختلف کاربرد وسیعی دارند.

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 500 برابر وزن خود و از 30 تا 60 برابر حجم خود جذب کنند، یعنی یک هیدروژل می تواند بیش از 99٪ 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:

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 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.

فروش پلی الکترولیت آنیونی


کیسه 25 کیلویی
فروش انواع پلی الکترولیت آنیونی و کاتیونی، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید.

فروش پلی الکترولیت کاتیونی


کیسه 25 کیلویی
فروش انواع پلی الکترولیت کاتیونی و آنیونی، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید.

ویژگی پلی الکترولیت

بار الکتریکی محلول پلی الکترولیت

اسیدها به دو دسته ضعیف یا قوی طبقه بندی می شوند (بازها هم به همین ترتیب ممکن است ضعیف یا قوی باشند). به همین ترتیب ، پلی الکترولیت ها را می توان به انواع “ضعیف” و “قوی” تقسیم کرد. پلی الکترولیت “قوی” کاملاً در محلول ودر سطح مناسبی از pH تفکیک می شود. اما ، یک پلی الکترولیت “ضعیف” ، دارای pKa یا pKb در دامنه ۲ تا ۱۰ ~ است ، بدین معنی که در pH متوسط به طور جزئی تفکیک می شود. بنابراین ، پلی الکترولیت های ضعیف به طور کامل در محلول بار الکتریکی ایجاد نمی کنند ، و علاوه بر این ، بار جزیی ایجاد شده با تغییر pH محلول ، غلظت یون و یا قدرت یونی تغییر می کند. ویژگی فیزیکی محلول پلی الکترلیت معمولاً تحت تأثیر میزان بار الکتریکی قرار دارد. میزان تفکیک پلی الکترلیت و ایجاد یون هایی با بار مخلف در محلول، بر قدرت یونی محلول و در نتیجه طول دبای تأثیر می گذارد. و این موضوع خود بر خواص دیگر ، مانند هدایت الکتریکی تأثیر می گذارد. هنگامی که محلولهای دو پلیمر با بار متضاد (یعنی محلول یک پلی کاتیون و یک پلی آنیون) مخلوط می شوند ، معمولاً رسوب تشکیل می شود. این امر به این دلیل رخ می دهد که پلیمرهای با بار مخالف یکدیگر را جذب می کنند و به یکدیگر متصل می شوند.

ساختار پلی الکترولیت

ساختار هر پلیمری توسط عوامل مختلفی تحت تأثیر قرار می گیرد: خصوصاً پیکربندی پلیمر و قدرت حلال. در مورد پلی الکترولیت ها ، بار الکتریکی نیز تأثیر دارد. اگرچه معمولاً یک زنجیره پلیمری خطی بدون بار در نمونه تصادفی از محلول یافت می شود ، بار الکتریکی موجود در یک زنجیره پلی الکترولیتی خطی یکدیگر را از طریق نیروهای دو لایه دفع می کنند ، که باعث می شود این زنجیره خطی ساختاری محکم تر و گسترده تر به خود بگیرد. اما اگر محلول حاوی مقدار زیادی نمک اضافه شده باشد ، با توجه به بارهای الکتریکی ایجاد شده، زنجیره پلی الکترولیت ساختار دیگری به خود می گیرد.
ساختار پلیمر البته بر بسیاری از خواص (مانند ویسکوزیته ، کدورت و غیره) تأثیر می گذارد. اگرچه ساختار پلی الکترولیت ها با استفاده از انواع نظریه های پلیمری توصیف می شود، اما تعیین ساختار و ارائه مدل درستی از زنجیره پلی الکترولیت -با توجه به ماهیت دوربرد برهم کنش های الکترواستاتیک- نیاز به محاسبات پیچیده تری دارد. از تکنیک هایی مانند پراکندگی نور استاتیک می توان برای مطالعه ساختار پلی الکترولیت و تغییرات ساختاری این ترکیبات استفاده کرد.

پل بندی پلی الکترولیت

اگر زنجیرهای پلی الکترولیتی به سیستم ماکرویون های باردار ( یعنی مجموعه ای از مولکول های DNA) اضافه شوند ، پدیده جالبی به نام پل بندی پلی الکترولیت ایجاد شود. اصطلاح برهم کنش پل بندی به پدیده ای گفته می شود که طی آن یک زنجیره پلی الکترولیت می تواند به دو (یا بیشتر) ماکرویون با بار مخالف جذب شود و بدین ترتیب پل های مولکولی ایجاد کند.
در جداسازی ماکرویون ها در سطح غیر پیشرفته ، زنجیره بین ماکرویون ها فشرده می شود و اثرات الکترواستاتیک در سیستم کاملاً تحت تأثیر اثرات فضایی قرار می گیرد و سیستم به طور موثری تخلیه می شود. با افزایش جدایی ماکرویون ها ، همزمان زنجیره پلی الکترولیت جذب شده به آن کشیده می شود. کشش زنجیره به دلیل خاصیت ارتجاعی لاستیکی زنجیره باعث این برهم کنش ها می شود. به دلیل این اتصالات ، رفتار زنجیره ای پلی الکترولیت ها تقریباً هیچ شباهتی با رفتار یون های بدون اتصال ندارد.

پلی آمفولیت ها

پلی الکترولیت هایی که هر دو گروه تکرارشونده کاتیونی و آنیونی را دارند ، پلی آمفولیت نامیده می شوند. رقابت بین تعادل اسید و باز این گروه ها باعث می شود ساختار و رفتار فیزیکی پیچیده تری داشته باشند. این پلیمرها معمولاً فقط هنگامی حل می شوند که نمک کافی جهت برهمکنش بین بخش های با بار مخالف در محلول وجود داشته باشد. در مورد هیدروژل های آمفوتریک ماکرو متخلخل، به دلیل وجود اتصالات کووالانسی متقابل بین ماکرومولکول ها، محلول غلیظ نمک منجر به انحلال مواد پلی آمفولیت نمی شود. هیدروژل های ماکرو متخلخل سه بعدی سنتزی، از قابلیت بالایی برای جذب یون فلزات سنگین از محلول های آبی بسیار رقیق و در طیف گسترده ای از pH برخوردار هستند.در نتیجه به عنوان جاذب برای تصفیه آب شور می توان از آن بهره برد. تمام پروتئین ها پلی آمفولیت هستند ، همانطورکه برخی از اسیدهای آمینه تمایل به اسیدی بودن دارند ، در حالی که برخی دیگر بازی 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 5.5٪ از سال 2014 تا 2019 رشد کند و به ارزش 8.56 میلیارد دلار برسد.

پلی آکریلیک اسید (PAA)

پلی متاکریلک اسید (PMAA)

پلی آکریل آمید (PAM)

فروش پلی آکریلیک اسید


بشکه 200 کیلویی / گالن 20 کیلویی
فروش انواع پلی الکترولیت، جهت کسب اطلاعات بیشتر با دکتر کمیکال تماس بگیرید.

مقالات مرتبط