폴리일렉트로이트

Polyelectrolyte
예를 들어 두 개의 합성 폴리 전극의 화학 구조. 왼쪽에는 폴리(Sodium styrene sulfonate)(PSS), 오른쪽에는 폴리아크릴산(PAA)이 있다. 둘 다 분리되었을 때 음전하 다전극이다. PSS는 '강력한' 폴리일렉트로이트(솔루션에서 완전히 충전됨)인 반면, PAA는 '약한'(부분적으로 충전됨)이다.

폴리 전극은 반복 단위가 전해질 그룹을 갖는 폴리머이다. 폴리케이션과 폴리아니온은 폴리전극이다. 이러한 집단은 수용액(물)에서 분리되어 중합체가 충전되도록 만든다. 따라서 폴리전극 성질은 전해질(연고)과 폴리머(고분자량 화합물) 둘 다와 비슷하며, 때로는 폴리살트(Poly salt)라고도 한다. 소금처럼, 그들의 용액은 전기적으로 전도성이 있다. 폴리머처럼, 그들의 용액은 종종 점성이 있다. 연질 물질 시스템에서 흔히 나타나는 전하 분자 체인은 다양한 분자 어셈블리의 구조, 안정성 및 상호작용을 결정하는 데 근본적인 역할을 한다. 그들의 통계적 특성을 기술하는 이론적 접근방식은[1] 전기적으로 중립적인 접근방식과 크게 다른 반면, 기술 및 산업 분야는 그들의 고유한 특성을 이용한다. 많은 생물학적 분자는 다전극이다. 예를 들어, 폴리펩타이드, 글리코사미노글리칸, DNA는 폴리전극이다. 천연 및 합성 다전극 모두 다양한 산업에서 사용된다.

IUPAC 정의

폴리전극: 헌법 단위 중 상당 부분이 이온성 또는 이온성 집단을 포함하는 고분자로 구성된 폴리머.[2] 참고:

  1. 폴리전극,폴리머 전해질, 폴리머 전해질이라는 용어는 고체 폴리머 전해질이라는 용어와 혼동해서는 안 된다.
  2. 다전극은 합성되거나 자연적일 수 있다. 핵산, 단백질, 티초산, 일부 다극화합물, 일부 다당류 등이 자연 다극체의 예다.

충전

산은 약하거나 강한 것으로 분류된다(그리고 유사하게 염기는 약하거나 강한 것일 수 있다). 마찬가지로 다전자는 "약한" 유형과 "강한" 유형으로 나눌 수 있다. "강력한" 다전극은 가장 합리적인 pH 값에 대해 용액에서 완전히 분리되는 것이다. 반면 "약한" 다전극은 ~2 ~ ~ 10 범위의 분화 상수(pKa 또는 pKb)를 가지고 있는데, 이는 중간 pH에서 부분적으로 분화됨을 의미한다. 따라서 약한 다전극은 용액에서 완전히 충전되지 않으며, 더욱이 용액 pH, 반작용 농도 또는 이온 강도를 변경하여 부분전하를 수정할 수 있다.

다전극 용액의 물리적 특성은 대개 이 정도의 충전에 의해 강하게 영향을 받는다. 다전극 분리는 반전을 방출하므로, 이것은 반드시 용액의 이온 강도에 영향을 미치고, 따라서 데비예 길이에 영향을 미친다. 이것은 차례로 전기 전도도와 같은 다른 특성에 영향을 미친다.

정반대의 하전된 두 폴리머(즉, 폴리케이션의 용액과 폴리애니온의 용액)의 용액이 섞이면, 보통 벌크 콤플렉스(프리키타이트)가 형성된다. 이것은 반대로 충전된 중합체가 서로 끌어당겨 결합하기 때문에 발생한다.

순응

모든 폴리머의 순응은 특히 폴리머 구조와 용제 친화도 등 여러 요인에 의해 영향을 받는다. 다전극의 경우 전하도 효과가 있다. 충전되지 않은 선형 폴리머 체인은 대개 용액의 무작위 순응에서 발견되는 반면(자체-자체-삼차원 무작위 보행에 가까운 근사치), 선형 폴리글로리테 체인의 전하가 이중 레이어 힘을 통해 서로를 밀어내고, 이는 체인이 보다 확장되고 강체 로드와 같은 순응을 채택하게 한다. 용액에 첨가된 소금이 많이 포함되어 있으면 전하가 선별되어 결과적으로 다극전극 체인이 보다 전통적인 순응(본질적으로 양호한 용매의 중성 사슬과 동일함)으로 붕괴된다.

물론 폴리머 순응은 많은 벌크 특성(점도, 탁도 등)에 영향을 미친다. 다전극의 통계적 순응은 전통적인 폴리머 이론의 변형을 사용하여 포착할 수 있지만, 정전기 상호작용의 장기적 특성 때문에 일반적으로 다전극 체인을 적절히 모델링하는 것은 상당히 계산적으로 집약적이다. 정적 빛의 산란과 같은 기법은 다전극의 순응과 순응 변화를 연구하는데 사용될 수 있다.

폴리암폴리테스

양이온과 음이온 반복군이 모두 있는 다전자를 다전극이라고 한다. 이들 집단의 산성 염기 평형계 사이의 경쟁은 그들의 신체적 행동에 추가적인 합병증을 초래한다. 이러한 중합체는 일반적으로 충분한 첨가 소금이 있을 때만 용해되며, 이는 반대로 충전된 부분들 사이의 상호작용을 차단한다. 원형질 마크로포성 하이드로겔의 경우, 농축된 소금 용액의 작용이 고분자의 공동 교차 링크로 인해 폴리암홀리테 물질의 용해로 이어지지 않는다. 합성 3-D 마크로포성 하이드로겔은 매우 희석된 수용액으로부터 광범위한 pH의 중금속 이온을 흡착하는 탁월한 능력을 보여주는데, 이것은 나중에 염수[3][4] 정화의 흡착제로 사용될 수 있다. 모든 단백질은 일부 아미노산은 산성인 경향이 있는 반면 다른 것들은 기본이기 때문에 폴리암홀리테스다.

IUPAC 정의

암폴리틱 폴리머: 양이온 그룹과 음이온 그룹 또는 해당 이온 가능 그룹을 모두 포함하는 고분자로 구성된 다전극체. 참고:

  • 펜던트 그룹, zwitterionic 폴리머, 고분자 내염 또는 폴리베틴의 구조에 따라 반대 기호의 이온 그룹이 동일한 펜던트 그룹에 통합되는 원형 폴리머를 호출한다.

적용들

다전극은 많은 용도를 가지고 있으며, 주로 수용액과 겔의 유동 및 안정성 특성 수정과 관련이 있다. 예를 들어, 그것들은 콜로이드 서스펜션을 불안정하게 하고 플로크레이션(프리큐레이션)을 시작하는 데 사용될 수 있다. 그것들은 또한 중성 입자에 표면 전하를 전달하여 수용액으로 분산될 수 있도록 하는데 사용될 수 있다. 따라서 그것들은 종종 걸쭉한 물질, 유화제, 컨디셔너, 투명제, 그리고 심지어 드래그 리듀서로 사용된다. 그것들은 수처리나 기름회수를 위해 사용된다. 많은 비누, 샴푸, 화장품은 폴리 전극을 포함하고 있다. 게다가, 그것들은 많은 음식과 콘크리트 혼합물에 첨가된다. 식품 라벨에 나타나는 다전극으로는 펙틴, 카라게난, 알긴산, 카복시메틸 셀룰로오스 등이 있다. 마지막을 제외한 모든 것은 자연적인 기원이다. 마지막으로 시멘트를 포함한 다양한 재료에 사용된다.

그 중 일부는 수용성이 있기 때문에 생화학적, 의학적 응용에 대해서도 조사를 받는다. 현재 임플란트 코팅, 약물 방출 제어 및 기타 용도에 생체 적합성 다전자를 사용하는 것에 대한 많은 연구가 있다. 그래서 최근에는 폴리일렉트로이트 콤플렉스로 구성된 생체적합성과 생분해성 마크로포러스 소재가 설명되었는데, 그 소재는 부드러운 액츄에이터처럼 포유류 세포와 근육의 뛰어난 증식을 보였다.

멀티레이어스

다전극(PEM)은 다전극(Polyelectrollyte multilayer)으로 알려진 새로운 유형의 물질의 형성에 사용되어 왔다. 이러한 박막은 층별(LbL) 증착 기법을 사용하여 제작된다. LbL 증착 중 적절한 성장 기질(일반적으로 충전됨)은 양전하 및 음전하 다전극 용액의 희석된 욕조 사이를 앞뒤로 담근다. 각 딥 동안 소량의 폴리전극이 흡착되고 표면 전하가 역전되어 폴리화-폴리야니온 층의 정전기 교차 연계 필름이 점진적이고 제어적으로 축적될 수 있다. 과학자들은 그러한 필름의 두께 조절을 단나노미터 눈금까지 증명했다. LbL 필름은 또한 다극체 중 하나 또는 그 외에 나노입자나 점토 혈소판과[6] 같은 충전된 종을 대체함으로써 구성될 수 있다. LbL 증착도 전기공학 대신 수소 본딩을 이용해 이뤄졌다. 다계층 생성에 대한 자세한 내용은 폴리일렉트로이트 흡착을 참조하십시오.

다중모수 표면 플라스몬 공진에 의해 측정된 PSS-PAH 다전극 다층 다층 20개 층 형성

금기판에 PEM(PSS-PAH(폴리(알리아민) 염산))의 LbL 형성을 그림에서 확인할 수 있다. 형성은 흡착 운동학, 층 두께 및 광학 밀도를 결정하기 위해 Multi-Parametric Surface Plasmon 공명(Multi-Parametric Plasmon 공명)을 사용하여 측정한다.[7]

PEM 코팅의 주요 이점은 물체를 적합하게 코팅할 수 있는 능력(즉, 기술은 평평한 물체를 코팅하는 데 국한되지 않음), 수성 기반 공정을 사용할 때의 환경적 이점, 합리적인 비용, 금속이나 금속의 합성이나 같은 추가 수정을 위한 필름의 특정 화학적 특성 활용 등이다. 반도체 나노 입자 또는 다공성 위상이 전환되어 반물질 코팅, 광학 셔터 및 초저소성 코팅이 생성된다.

브리징

만약 다전극 체인이 충전된 매크로션 시스템(즉, DNA 분자의 배열)에 추가된다면, 다전극 브리징이라고 불리는 흥미로운 현상이 발생할 수 있다.[8] 브리징 인터랙션이라는 용어는 일반적으로 단일 폴리일렉트로이트 체인이 두 개(예: DNA 분자) 정반대로 전하된 매크로이온(예: DNA 분자)에 흡착하여 분자 브리지를 설정하고 연결을 통해 그들 사이의 매력적인 상호작용을 중재할 수 있는 상황에 적용된다.

작은 매크로이온 분리에서 체인은 매크로이온 사이에 압착되고 시스템의 정전기 효과는 스테릭 효과에 의해 완전히 지배된다. 즉 시스템이 효과적으로 방출된다. 매크로이온 분리를 증가시키면서 동시에 흡착된 폴리일렉트로이트 사슬을 그들에게 뻗는다. 체인의 스트레칭은 체인의 고무탄성 때문에 위에서 언급한 매력적인 상호작용을 일으킨다.

그것의 연결성 때문에 다전극 체인의 행동은 제한된 비연결 이온의 경우와 거의 유사하지 않다.

폴리아시드

폴리머 용어로 폴리아시드는 체질 단위의 상당 부분에 산성군이 포함된 고분자로 구성된 폴리 전극이다. 가장 일반적으로 산성군은 –COOH, –SOH3 또는 –POH이다32.

참고 항목

참조

  1. ^ de Gennes, Pierre-Gilles (1979). Scaling Concepts in Polymer Physics. Cornell University Press. ISBN 0-8014-1203-X.
  2. ^ Hess, M.; Jones, R. G.; Kahovec, J.; Kitayama, T.; Kratochvíl, P.; Kubisa, P.; Mormann, W.; Stepto, R. F. T.; Tabak, D.; Vohlídal, J.; Wilks, E. S. (1 January 2006). "Terminology of polymers containing ionizable or ionic groups and of polymers containing ions (IUPAC Recommendations 2006)". Pure and Applied Chemistry. 78 (11): 2067–2074. doi:10.1351/pac200678112067. S2CID 98243251.
  3. ^ Kudaibergenov, S. (2012). "Novel macroporous amphoteric gels: Preparation and characterization". Express Polymer Letters. 6 (5): 346–353. doi:10.3144/expresspolymlett.2012.38.
  4. ^ Tatykhanova, G. S.; Sadakbayeva, Z. K.; Berillo, D.; Galaev, I.; Abdullin, K. A.; Adilov, Z.; Kudaibergenov, S. E. (2012). "Metal Complexes of Amphoteric Cryogels Based on Allylamine and Methacrylic Acid". Macromolecular Symposia. 317–318: 18–27. doi:10.1002/masy.201100065.
  5. ^ Berillo, D.; Elowsson, L.; Kirsebom, H. (2012). "Oxidized Dextran as Crosslinker for Chitosan Cryogel Scaffolds and Formation of Polyelectrolyte Complexes between Chitosan and Gelatin". Macromolecular Bioscience. 12 (8): 1090–9. doi:10.1002/mabi.201200023. PMID 22674878.
  6. ^ Lee, Goo Soo; Lee, Yun-Jo; Yoon, Kyung Byung (2001). "Layer-By-Layer Assembly Of Zeolite Crystals On Glass With Polyelectrolytes As Ionic Inkers". Journal of the American Chemical Society. 123 (40): 9769–79. doi:10.1021/ja010517q. PMID 11583538.
  7. ^ Granqvist, Niko; Liang, Huamin; Laurila, Terhi; Sadowski, Janusz; Yliperttula, Marjo; Viitala, Tapani (2013). "Characterizing Ultrathin and Thick Organic Layers by Surface Plasmon Resonance Three-Wavelength and Waveguide Mode Analysis". Langmuir. 29 (27): 8561–71. doi:10.1021/la401084w. PMID 23758623.
  8. ^ Podgornik, R.; Ličer, M. (2006). "Polyelectrolyte bridging interactions between charged macromolecules". Current Opinion in Colloid & Interface Science. 11 (5): 273. doi:10.1016/j.cocis.2006.08.001.
  9. ^ Hess, M.; Jones, R. G.; Kahovec, J.; Kitayama, T.; Kratochvíl, P.; Kubisa, P.; Mormann, W.; Stepto, R. F. T.; et al. (2006). "Terminology of polymers containing ionizable or ionic groups and of polymers containing ions (IUPAC Recommendations 2006)" (PDF). Pure and Applied Chemistry. 78 (11): 2067. doi:10.1351/pac200678112067. S2CID 98243251.

외부 링크