El polielectrolito es un polímero cuyas moléculas incluyen grupos capaces de ionizarse en solución. Los polielectrolitos se utilizan en ingeniería como coagulantes para el tratamiento de aguas residuales , como dispersantes para reducir la viscosidad de sistemas de dispersión a base de agua altamente concentrados ( suspensiones y pastas en la producción de cerámica ). La efectividad de los polielectrolitos en estas aplicaciones se explica por la adsorción de poliiones en la superficie de las partículas con la formación de una doble capa eléctrica, reduciendo efectivamente la fricción entre partículas. Los polielectrolitos incluyen los polímeros biológicos más importantes ( biopolímeros ): proteínas , ácidos nucleicos . Desempeñan un papel importante en la regulación de la viscosidad de la sangre. Los intercambiadores de iones son de gran importancia práctica .
Los polielectrolitos se subdividen en policationes (durante cuya disociación la macromolécula principal adquiere una carga positiva), polianiones (la carga de la molécula de polímero ionizado es negativa) y polianfolitos (la macromolécula contiene cargas tanto positivas como negativas). Generalmente, los polianfolitos se clasifican como heteropolímeros .
Un ion desprendido de una macromolécula durante la disociación se denomina contraión o contraión . En una solución, una parte de los contraiones generalmente se concentra cerca de una sola macromolécula del polielectrolito, y una parte, los contraiones libres, van a la solución externa.
Redes poliméricas en forma de disolvente geles . Si el gel está compuesto por un polielectrolito, la disociación localiza los contraiones en el gel, creando una presión osmótica adicional , lo que hace que los geles se hinchen , mucho más allá de las predicciones de la teoría de Flory .
Lanzamiento deliberado de geles de polielectrolitos como superabsorbentesse remonta a alrededor de la década de 1960. En 1974, se desarrolló el copolímero Super Slurper (otro nombre es H-SPAN: cadenas laterales de poliacrilonitrilo injertadas en la columna vertebral del almidón , hidrolizadas con ácido clorhídrico diluido , reticuladas en una red de polímero), que se hincha fácil y fuertemente en agua. Las posibles aplicaciones de los superabsorbentes eran obvias, y en la década de 1980 Super Slurper y otros polielectrolitos comenzaron a usarse en agricultura para retener la humedad en el suelo y en productos de higiene ( pañales desechables , toallas sanitarias , apósitos para heridas). Recientemente, se ha obtenido un hidrogel macroporoso tridimensional basado en un polielectrolito, que se puede utilizar como sorbente de tipo flujo para la eliminación completa de metales pesados a bajas concentraciones de iones en agua [1] .
La explicación de las propiedades superabsorbentes de los polielectrolitos vino más tarde. En escala inusual (a veces cientos de veces en volumen) y en nitidez, la transición de un estado colapsado a un estado súper hinchado fue notada por primera vez en 1977 por el físico experimental T. Tanaka mientras estudiaba las redes de poliacrilamida en una solución de una mezcla de agua y acetona. . Al darse cuenta de que la poliacrilamida neutra se hidroliza y el gel se carga, Tanaka también dio una explicación teórica del efecto [2] . Posteriormente, resultó que el punto de transición colapso - estado superhinchado puede regularse en un rango bastante amplio por muchos factores, dependiendo del polielectrolito específico: temperatura, pH , concentración de sal en la solución, la adición de tensioactivos y otras sustancias, etc. [ 3]
Trabajar en la creación de materiales poliméricos de nueva generación.[ ¿Qué? ] comenzó en la URSS en los años setenta. La razón fue la necesidad de crear solubles en agua, respetuosos con el medio ambiente.[ término desconocido ] polímeros. Los complejos de polielectrolitos se forman como resultado de la reacción de polielectrolitos de carga opuesta (polianiones y policationes), las macromoléculas se mantienen unidas por enlaces salinos.
En 1986, los polielectrolitos comenzaron a utilizarse para descontaminar sitios contaminados en la zona de Chernóbil [4] .
Cuando los polielectrolitos aniónicos débiles, como los ácidos poliacrílico o polimetacrílico (PAA y PMAA), interactúan con polímeros no iónicos en soluciones, es posible la formación de complejos interpoliméricos (IPC) estabilizados por enlaces de hidrógeno [5] . Por ejemplo, la formación de IPC es posible mezclando soluciones acuosas de PAA con óxido de polietileno , polivinilpirrolidona , poliacrilamida y otros polímeros no iónicos. Estos complejos, por regla general, se forman en soluciones acuosas con un pH por debajo de ciertos valores críticos, cuyos valores dependen de la naturaleza de los polímeros que interactúan, su peso molecular y concentración en soluciones. En soluciones acuosas, estos complejos también se estabilizan adicionalmente mediante interacciones hidrofóbicas.
Los polielectrolitos se utilizan como adyuvante en algunas vacunas. Por primera vez, el polielectrolito natural quitosano [6] se utilizó en esta función y actualmente se incluye en varias vacunas [7] [8] .
Los químicos y médicos rusos encabezados por los académicos de la Academia Rusa de Ciencias ( URSS AN ) R. V. Petrov , V. A. Kabanov y el académico de la Academia Rusa de Ciencias Médicas R. M. Khaitov crearon la primera vacuna rusa basada en polielectrolitos. Por el descubrimiento del principio de creación de tales vacunas, recibieron el Premio Estatal de la Federación Rusa de 2001 . Según uno de los mayores inmunólogos M. Sela del Instituto Weizmann (Israel), este trabajo fue el primer ejemplo del uso exitoso de polímeros sintéticos para el tratamiento de enfermedades [4] .
En general, los policationes suelen ser mucho más tóxicos que los polímeros neutros y los polianiones, por lo que los ejemplos del uso de policationes (como el quitosano y el polioxidonio) en medicina son raros [9] .