nyheter

Polyetylenimin(PEI forkortet), med CAS-nummer 9002-98-6, er en vannløselig kationisk polymer. Kjernetrekket er at molekylkjeden er rik på et stort antall aminogrupper (primære aminer, sekundære aminer og tertiære aminer). Denne strukturen bestemmer dens sterke alkalinitet, høye reaktivitet og unike fysisk-kjemiske egenskaper. Polyetylenimin har uerstattelig anvendelsesverdi innen en rekke felt.

I. Grunnleggende informasjon: Struktur og klassifisering

1. Kjemisk struktur

Den repeterende enheten til PEI er -CH₂CH₂NH-, og aminogruppene på molekylkjeden gir den sterke kationiske egenskaper (pKa≈10) – selv under nøytrale eller svakt sure forhold kan aminogruppene protoneres (-NH₂→-NH₃⁺), som er kjernekilden til dens vannløselighet, kompleksdannelsesevne og overflateadsorpsjon.

I henhold til ulike strukturer er de hovedsakelig delt inn i to kategorier:

Lineær polyetylenimin (L-PEI): Molekylkjeden er lineær, med sekundære aminer som hovedaminogruppe (ca. 90 %), og andelen primære og tertiære aminer er lav. Den relative molekylmassefordelingen er smal, og renheten er høyere.

Forgrenet polyetylenimin (B-PEI): Molekylkjeden inneholder et stort antall sidekjeder, med en balansert andel primære aminer (≈25 %), sekundære aminer (≈50 %) og tertiære aminer (≈25 %), og har høyere reaktivitet. Det er den mest brukte typen i industrien.

2. Viktige fysiske egenskaper

Ii. Kjernefunksjoner: Hvorfor er PEI mye brukt?

Sterk kationisk egenskap og kompleksdannelsesevne: Aminogruppen har en positiv ladning etter protonering og kan danne stabile komplekser med negativt ladede stoffer (som DNA, RNA, anioniske fargestoffer, leire og metallioner), som er kjernemekanismen for dens virkning i genlevering, vannbehandling og metalladsorpsjon.

Høy reaktivitet: Aminogrupper (spesielt primære aminer) kan delta i ulike reaksjoner (som Michael-addisjon, epoksyringåpning, acylering, tverrbindingsreaksjoner), og kan brukes som tverrbindingsmidler og modifikatorer for å funksjonalisere materialoverflaten.

Vannløselighet og filmdannende egenskaper: God vannløselighet gjør den enkel å bearbeide. Etter tørking kan den danne en tett film, og filmen har visse vedheftings- og barriereegenskaper.

Sterk alkalinitet: Det store antallet aminogrupper i molekylet gjør den vandige løsningen sterkt alkalisk (pH ≈10 til 12), og den kan gjennomgå nøytraliseringsreaksjoner med sure stoffer.

III.Hva brukes polyetylenimin til(Klassifisert etter etterspørselsscenarier)

1. Biomedisinsk felt (Kjerne: Genleveringsvektorer

PEI er en av de mest brukte ikke-virale genvektorene for tiden:

Prinsipp Kationisk PEI og anionisk DNA/RNA danner et «PEI-nukleinsyrekompleks» gjennom elektrostatisk interaksjon, som ikke bare beskytter nukleinsyrer fra å bli nedbrutt av nukleaser, men også gjør det mulig for dem å komme inn i celler gjennom endocytose. Dessuten kan «protonsvampeffekten» til PEI (absorbering av protoner i cellen etter protonering) utløse vesikkelruptur fremme frigjøring av nukleinsyrer i cytoplasmaet;

Anvendelse: Genterapi (som genlevering for svulster og genetiske sykdommer), levering av nukleinsyrevaksine, celletransfeksjonseksperimenter (vanlig brukt PEI-transfeksjonsreagens i laboratorier);

Merk: PEI med høy molekylvekt har relativt høy cytotoksisitet. For tiden er det utviklet modifisert PEI med lav toksisitet (som peG-modifisert PEI og kryssbundne PEI-nanopartikler).

2. Vannbehandlingsfelt (kjerne: flokkuleringsmidler, adsorbenter)

Flokkuleringsmiddel: Den kationiske egenskapen tilPolyetylenimin PEIkan nøytralisere negativt ladede suspenderte partikler i vann (som sand, organisk materiale og bakterier), noe som får partiklene til å aggregere og sette seg. Det brukes til rensing av drikkevann og industrielt avløpsvann (som trykking og farging, papirproduksjonsavløpsvann), spesielt egnet for behandling av avløpsvann med høy turbiditet og høyt innhold av organisk materiale.

Adsorbent Aminogruppen i polyetylenimin PEI kan danne koordinasjonsbindinger med tungmetallioner (som Cu²⁺, Ni²⁺, Cr⁶⁺, Pb²⁺), og kan brukes til fjerning av tungmetaller i industrielt avløpsvann. Den kan også lages til polyetyleniminmodifiserte adsorpsjonsmaterialer (som PEI-aktivert karbon, PEI-nanofibre) for å forbedre adsorpsjonskapasiteten.

3. Felt for modifisering av materialoverflater (Kjerne: Funksjonell modifisering)

Papir-/fibermodifisering: Polyetylenimin-PEI-behandling av papir kan forbedre våtstyrken, vannmotstanden og trykkbarheten (gjennom tverrbinding med hydroksylgrupper på fiberoverflaten), og brukes i produksjonen av spesialpapir (som emballasjepapir, filterpapir).

Metalloverflatebehandling: Polyetylenimin kan danne en beskyttende film på metalloverflaten, noe som forbedrer metallets korrosjonsmotstand, og kan også tjene som en heftpromotor for metallbelegg.

Modifisering av polymermaterialer: PEI brukes som et tverrbindingsmiddel eller kompatibilisator for å forbedre kompatibiliteten og adhesjonen til polymerer (som tverrbindingsmodifisering av polyuretan og epoksyharpikser), eller for å forbedre hydrofilisiteten til materialer (som PEI-modifiserte polyolefinfilmer).

4. Andre industrielle anvendelser

Lim og tetningsmidler: Aminogruppen i PEI kan gjennomgå tverrbindingsreaksjoner med aldehyder, isocyanater osv., og kan brukes som herdemiddel for vannbaserte lim. Polyetylenimin brukes til liming av tre, papir og metall, med høy bindingsstyrke og god vannmotstand.

Fargestoff- og pigmentindustri: Polyetylenimin PEI kan brukes som fikseringsmiddel for kationiske fargestoffer (spesielt for farging av naturlige fibre som bomull og silke), noe som forbedrer fargestoffenes adhesjon og vaskbarhet. Polyetylenimin kan også brukes som pigmentdispergeringsmiddel for å forhindre pigmentagglomerering.

Petroleumsutvinning: PEI brukes i vannbehandling i oljefelt (som vannavstengnings- og profilkontrollmidler), eller som et borevæsketilsetningsstoff for å forbedre stabiliteten til borevæsker.

Ved å justere molekylvekten (lav molekylvekt, lav toksisitet; høy molekylvekt, høy aktivitet), strukturen (lineær vs. forgrenet) og modifikasjonsmetoder (peG-ylering, tverrbinding og sammensetning) tilpolyetylenimin, kan anvendelsen innen avanserte felt (som målrettet legemiddellevering og spesielle funksjonelle materialer) utvides ytterligere.