Hızlı Arama
KATYONİK POLİELEKTROLİT (CATIONIC POLYELECTROLYTE)
Katyonik polielektrolit, polimer elektrolit ve polimerik elektrolit terimleri katı polimer elektrolit terimi ile karıştırılmamalıdır.
Katyonik polielektrolitler sentetik veya doğal olabilir. Nükleik asitler, proteinler, teikoik asitler, bazı polipeptitler ve bazı polisakaritler, doğal Katyonik polielektrolitlerin örnekleridir.
CAS No. : 42751-79-1
Synonyms:
Calcium dichloride; Katyonik polielektolit; Katyonik polielektrolit; Katyonik poli elektrolit; Cationic Poly-electrolyte; katiyonik polielektrolit; kationik polyelektrolit; cationic polielectrolite; Cationic Poly electrolyte; Cationic Polyelectrolyte Polyamine; Dimethylamine, polymer with epichlorohydrin and ethylenediamine; 2-(chloromethyl)oxirane; dimethylamine; ethane-1,2-diamine; Anionic & Cationic Polyelectrolyte; Anionic Polyelectrolyte; Cationic-Polyelectrolyte; acrylamide; furan-2,5-dione;2-methylprop-1-ene; Polyelectrolyte 60; Maleic anhydride, isobutylene copolymer; maleic anhydride isobutene; Isobutylene maleic anhydride; PEL; Cationic PEL; CATIONIC PEL; CATIONIC POLYELECTROLYTE; Calcium dichloride; Calcium chloride anhydrous; CaCl2; Calciumchloride; Calcium(II) chloride; Cationic Polyelectrolyte; Calcium chloride pellets; Isocal; Calcium dichloride; Katyonik polielektolit; CP; calcium chloride,anhydrous; CHEBI:3312; Caloride; Liquical; Jarcal; Unichem calchlor; Sure-step; Huppert's reagent; Calcium chloride, ACS reagent, desiccant; Homberg's phosphorus; Calcium chloride, 96%, for analysis, granules; Calcium chloride, 96%, for biochemistry, anhydrous
Katyonik Polielektrolit
Katyonik polielektrolitler, tekrar eden birimleri bir elektrolit grubu taşıyan polimerlerdir. Polikasyonlar ve polianyonlar, Katyonik polielektrolitlerdir. Bu gruplar sulu çözeltilerde (su) ayrışarak polimerleri yüklü hale getirir. Katyonik polielektrolit özellikleri bu nedenle hem elektrolitlere (tuzlar) hem de polimerlere (yüksek moleküler ağırlıklı bileşikler) benzer ve bazen polisaltlar olarak adlandırılır. Tuzlar gibi, çözümleri de elektriksel olarak iletkendir. Polimerler gibi, çözümleri de genellikle viskozdur. Genellikle yumuşak madde sistemlerinde bulunan yüklü moleküler zincirler, çeşitli moleküler yapıların yapısını, kararlılığını ve etkileşimlerini belirlemede temel bir rol oynar. İstatistiksel özelliklerini açıklamaya yönelik teorik yaklaşımlar, elektriksel olarak nötr meslektaşlarından büyük ölçüde farklılık gösterirken, teknolojik ve endüstriyel alanlar benzersiz özelliklerinden yararlanır. Birçok biyolojik molekül, Katyonik polielektrolitlerdir. Örneğin polipeptidler, glikozaminoglikanlar ve DNA, Katyonik polielektrolitlerdir. Hem doğal hem de sentetik Katyonik polielektrolitler çeşitli endüstrilerde kullanılmaktadır.
Katyonik polielektrolitin IUPAC tanımı
Katyonik polielektrolit: Yapısal birimlerin önemli bir kısmının iyonik veya iyonize edilebilir gruplar veya her ikisini birden içerdiği makromoleküllerden oluşan polimer.
Notlar:
Katyonik polielektrolit, polimer elektrolit ve polimerik elektrolit terimleri, katı polimer elektrolit terimi ile karıştırılmamalıdır.
Katyonik polielektrolitler sentetik veya doğal olabilir. Nükleik asitler, proteinler, teikoik asitler, bazı polipeptitler ve bazı polisakaritler, doğal Katyonik polielektrolitlerin örnekleridir.
Katyonik polielektrolitin şarjı
Asitler zayıf veya güçlü olarak sınıflandırılır (ve benzer şekilde bazlar zayıf veya güçlü olabilir). Benzer şekilde, Katyonik polielektrolitler "zayıf" ve "güçlü" tiplere ayrılabilir. "Güçlü" bir katyonik polielektrolit, en makul pH değerleri için çözelti içinde tamamen ayrışandır. "Zayıf" bir katyonik polielektrolit, tersine, ~ 2 ila ~ 10 aralığında bir ayrışma sabitine (pKa veya pKb) sahiptir, bu, orta pH'ta kısmen ayrışacağı anlamına gelir. Bu nedenle, zayıf Katyonik polielektrolitler çözelti içinde tam olarak yüklenmezler ve ayrıca fraksiyonel yükleri, çözelti pH'ı, karşı iyon konsantrasyonu veya iyonik kuvvet değiştirilerek değiştirilebilir.
Katyonik polielektrolit çözeltilerinin fiziksel özellikleri, genellikle bu derecedeki şarjdan güçlü bir şekilde etkilenir. Katyonik polielektrolit ayrışması karşı iyonları serbest bıraktığından, bu mutlaka çözeltinin iyonik gücünü ve dolayısıyla Debye uzunluğunu etkiler. Bu da elektriksel iletkenlik gibi diğer özellikleri etkiler.
İki zıt yüklü polimerin çözeltileri (yani, bir polikasyon çözeltisi ve bir polianyon çözeltisi) karıştırıldığında, genellikle bir yığın kompleks (çökelti) oluşur. Bunun nedeni, zıt yüklü polimerlerin birbirini çekmesi ve birbirine bağlanmasıdır.
Katyonik polielektrolitin yapısı
Herhangi bir polimerin yapısı bir dizi faktörden etkilenir: özellikle polimer mimarisi ve çözücü afinitesi. Katyonik polielektrolitler söz konusu olduğunda, yükün de bir etkisi vardır. Yüksüz bir doğrusal polimer zinciri genellikle çözelti içinde rastgele bir konformasyonda bulunurken (kendiliğinden kaçınan üç boyutlu rastgele yürüyüşe yakın bir şekilde), doğrusal bir Katyonik polielektrolit zincirindeki yükler birbirini çift katmanlı kuvvetler yoluyla iter ve bu da zincire neden olur. daha genişletilmiş, sert çubuk benzeri bir konformasyon benimsemek. Çözelti çok miktarda ilave tuz içeriyorsa, yükler taranacak ve sonuç olarak Katyonik polielektrolit zinciri daha geleneksel bir yapıya çökecektir (esasen iyi çözücü içinde nötr bir zincir ile aynıdır).
Polimer konformasyonu elbette birçok yığın özelliğini (viskozite, bulanıklık vb.) Etkiler. Katyonik polielektrolitlerin istatistiksel konformasyonu, geleneksel polimer teorisinin varyantları kullanılarak elde edilebilmesine rağmen, elektrostatik etkileşimin uzun menzilli doğası nedeniyle, genellikle Katyonik polielektrolit zincirlerini uygun şekilde modellemek hesaplama açısından oldukça yoğundur. Statik ışık saçılımı gibi teknikler, Katyonik polielektrolit konformasyonunu ve konformasyonel değişiklikleri incelemek için kullanılabilir.
Poliamfolitler
Hem katyonik hem de anyonik tekrar grupları taşıyan katyonik polielektrolitlere poliamfolitler denir. Bu grupların asit-baz dengeleri arasındaki rekabet, fiziksel davranışlarında ek komplikasyonlara yol açar. Bu polimerler genellikle yalnızca, zıt yüklü bölümler arasındaki etkileşimleri tarayan yeterli ilave tuz olduğunda çözülür. Amfoterik makro gözenekli hidrojel durumunda, konsantre tuz çözeltisinin etkisi, makromoleküllerin kovalent çapraz bağlanması nedeniyle poliamfolit malzemenin çözünmesine yol açmaz. Sentetik 3-D makro gözenekli hidrojeller, daha sonra tuzlu suyun saflaştırılması için bir adsorban olarak kullanılabilen, aşırı derecede seyreltilmiş sulu çözeltilerden geniş bir pH aralığında ağır metal iyonlarını adsorbe etme konusunda mükemmel bir yetenek gösterir. Bazı amino asitler asidik olma eğilimindeyken diğerleri bazik olma eğiliminde olduğu için tüm proteinler poliamfolitlerdir.
IUPAC tanımı
Amfolitik polimer: Hem katyonik hem de anyonik gruplar veya karşılık gelen iyonlaşabilir grup içeren makromoleküllerden oluşan katyonik polielektrolit.
Not:
Zıt işaretli iyonik grupların aynı asılı gruplara dahil edildiği bir amfolitik polimere, asılı grupların yapısına bağlı olarak bir zvitteriyonik polimer, polimerik iç tuz veya polibetain denir.
Katyonik polielektrolit uygulamaları
Katyonik polielektrolitler, çoğunlukla sulu çözeltilerin ve jellerin akış ve stabilite özelliklerinin değiştirilmesi ile ilgili birçok uygulamaya sahiptir. Örneğin, bir koloidal süspansiyonun dengesini bozmak ve topaklaşmayı (çökelme) başlatmak için kullanılabilirler. Nötr partiküllere yüzey yükü vermek için de kullanılabilirler ve sulu çözelti içinde dağılmalarını sağlarlar. Bu nedenle genellikle koyulaştırıcılar, emülgatörler, yumuşatıcılar, arındırıcı maddeler ve hatta sürükleme azaltıcılar olarak kullanılırlar. Su arıtmada ve yağ geri kazanımında kullanılırlar. Pek çok sabun, şampuan ve kozmetikte Katyonik polielektrolitler bulunur. Ayrıca birçok gıdaya ve beton karışımlarına (süper akışkanlaştırıcı) eklenirler. Gıda etiketlerinde görünen katyonik polielektrolitlerden bazıları pektin, karragenan, aljinatlar ve karboksimetil selülozdur. Sonuncusu hariç hepsi doğal kökenlidir. Son olarak, çimento dahil çeşitli malzemelerde kullanılırlar.
Bazıları suda çözünür olduğu için biyokimyasal ve tıbbi uygulamalar için de araştırılırlar. Şu anda, kontrollü ilaç salımı ve diğer uygulamalar için implant kaplamalarında biyouyumlu Katyonik polielektrolitlerin kullanılması konusunda çok sayıda araştırma bulunmaktadır. Bu nedenle son zamanlarda, Katyonik polielektrolit kompleksinden oluşan biyolojik olarak uyumlu ve biyolojik olarak parçalanabilen makro gözenekli malzeme tarif edildi, burada malzeme memeli hücrelerinde ve kas benzeri yumuşak harekete geçiricilerde mükemmel proliferasyon sergiledi.
Çok katmanlılar
Katyonik polielektrolitler, Katyonik polielektrolit çok tabakaları (PEM'ler) olarak bilinen yeni malzeme türlerinin oluşumunda kullanılmıştır. Bu ince filmler, katman katman (LbL) biriktirme tekniği kullanılarak oluşturulur. LbL biriktirme sırasında, uygun bir büyüme substratı (genellikle yüklü), pozitif ve negatif yüklü Katyonik polielektrolit çözeltilerinin seyreltik banyoları arasında ileri geri daldırılır. Her daldırma sırasında, az miktarda Katyonik polielektrolit adsorbe edilir ve yüzey yükü tersine çevrilerek, polikasyon-polianyon tabakalarının elektrostatik olarak çapraz bağlanmış filmlerinin kademeli ve kontrollü birikmesine izin verir. Bilim adamları, bu tür filmlerin kalınlık kontrolünü tek nanometre ölçeğine kadar gösterdiler. LbL filmleri, Katyonik polielektrolitlerden birinin yerine veya ona ek olarak nanopartiküller veya kil trombositleri gibi yüklü türlerin ikame edilmesiyle de yapılabilir. LbL biriktirme ayrıca elektrostatik yerine hidrojen bağı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Çok katmanlı oluşturma hakkında daha fazla bilgi için lütfen Katyonik polielektrolit adsorpsiyonuna bakın.
Çok parametrik yüzey plazmon rezonansı ile ölçülen 20 katmanlı PSS-PAH Katyonik polielektrolit çok katmanlı oluşumu
Altın bir substrat üzerinde PEM'in (PSS-PAH (poli (alilamin) hidroklorür)) bir LbL oluşumu Şekilde görülebilir. Oluşum, adsorpsiyon kinetiğini, katman kalınlığını ve optik yoğunluğu belirlemek için Çok Parametrik Yüzey Plazmon Rezonansı kullanılarak ölçülür.
PEM kaplamaların ana faydaları, nesneleri uyumlu bir şekilde kaplama yeteneği (yani, teknik düz nesneleri kaplamakla sınırlı değildir), su bazlı süreçleri kullanmanın çevresel faydaları, makul maliyetler ve belirli kimyasal özelliklerin kullanılmasıdır. metal veya yarı iletken nanopartiküllerin sentezi gibi daha fazla modifikasyon için film veya yansıma önleyici kaplamalar, optik panjurlar ve süperhidrofobik kaplamalar oluşturmak için gözeneklilik faz geçişleri.
Köprüleme
Katyonik polielektrolit zincirleri bir yüklü makroiyon sistemine (yani bir dizi DNA molekülü) eklenirse, Katyonik polielektrolit köprülemesi adı verilen ilginç bir fenomen meydana gelebilir. Köprüleme etkileşimleri terimi genellikle, tek bir Katyonik polielektrolit zincirinin iki (veya daha fazla) zıt yüklü makroya (örneğin, DNA molekülü) adsorbe olabileceği ve böylece moleküler köprüler oluşturduğu ve bağlantı yoluyla aralarındaki çekici etkileşimlere aracılık ettiği duruma uygulanır.
Küçük makro iyon ayrımlarında, zincir makroiyonlar arasında sıkışır ve sistemdeki elektrostatik etkilere tamamen sterik etkiler hakimdir - sistem etkin bir şekilde boşaltılır. Makroiyon ayrımını artırdıkça, onlara adsorbe edilmiş Katyonik polielektrolit zincirini aynı anda gereriz. Zincirin gerilmesi, zincirin kauçuk esnekliği nedeniyle yukarıda bahsedilen çekici etkileşimlere yol açar.
Bağlanabilirliği nedeniyle, Katyonik polielektrolit zincirinin davranışı, sınırlı bağlanmamış iyonlar durumuna neredeyse hiçbir benzerlik göstermez.
Poliasit
Polimer terminolojisinde, bir poliasit, yapısal birimlerin önemli bir kısmı üzerinde asit grupları içeren makromoleküllerden oluşan bir Katyonik polielektrolittir. En yaygın olarak asit grupları –COOH, –SO3H veya –PO3H2'dir.
Katyonik polielektrolitin Tanımı ve Kullanım Alanları:
Çökeltme havuzundan alınan fazla aktif çamurun filtre preslerine veya çamurun susuzlaştırılması için bantlı preslere pompalanması sırasında çamur hattına katyonik polielektrolit eklenir.
Katyonik polielektrolit, atık su arıtma tesislerinin çamur susuzlaştırma ünitelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Çamur susuzlaştırmanın santrifüj dekantör, belt pres veya filtre pres ile yapıldığı proseslerde statik mikser yardımı ile karıştırılan flokülant basınçlı çamur hattına dozlanır.
Katyonik polielektrolit ürününün çalışma prensibi genellikle sulu çözelti içindeki polimer zinciri ile askıya alınmış katı partiküllerin elektrik yükleri arasındaki iyon değişimine dayanır. Katı partiküllerin kararlı yapısı bozulur, bu da pıhtılaşmaya veya topaklanmaya neden olur.
Katyonik polielektrolitler,% 0.05 ila% 0.1 arasında seyreltilir. Hazırlama çözeltisi, genellikle karıştırılırken orijinal ürünün suya eklenmesiyle% 0,5 oranında hazırlanır. Susuzlaştırılacak çamurun özellikleri farklı olduğundan, uygulanacak dozajlar laboratuvarda yapılan kavanoz testi ve işletme denemeleri sonucunda belirlenir.
Katyonik polielektrolitin kullanım alanları
Atık su arıtma sistemlerinde flokülasyon için kullanılan polielektrolitler anyonik ve katyonik polielektrotlar olarak iki ana gruba ayrılır. Naniyonik polielektrolit olmalarına rağmen çok fazla kullanılmamaktadırlar. Genel olarak anyonik polielektrolitler, atık sudaki partiküllerin kimyasal arıtma tesislerinde birleştirilerek çöktürülmesini sağlar.
Katyonik polielektrolitler, biyolojik su arıtma tesislerinde oluşacak flokları yüzdürmek veya tüm arıtma tesislerinden çıkan atık çamurun susuzlaştırılması sırasında verimliliği artırmak için kullanılır. Temel olarak, bu prensiplerde kullanılan çeşitli tipte polielektrolitler vardır. Atık su sistemleri için gerekli kavanoz testlerinin uzmanlar tarafından yapılması ve sisteme uygun polielektrolitin en uygun kullanımının seçilmesi kesinlikle esastır. Sonuç olarak, arıtma sistemi sağlıklı ve verimli bir şekilde çalıştırılabilir.
Anyonik formunun aksine, katyonik polielektrolit genellikle biyolojik arıtma tesislerinin aşırı aktif çamurlarında kullanılır. Çökeltme havuzundan alınan fazla aktif çamurun filtre preslerine veya çamurun susuzlaştırılması için bantlı preslere pompalanması sırasında çamur hattına katyonik polielektrolit eklenir.
Katyonik Polielektrolit doğrusal bir polimerik bileşiktir, çünkü çeşitli canlı gruplara, afiniteye, adsorpsiyona ve hidrojen bağı oluşturan birçok maddeye sahiptir. Esas olarak negatif yüklü koloidal, bulanıklık, ağartma, adsorpsiyon, tutkal ve diğer fonksiyonların flokülasyonu, boyama, kağıt, gıda, inşaat, metalurji, mineral işleme, kömür, yağ ve sulu ürün işleme ve yüksek seviyeli organik kolloidlerin fermantasyon endüstrileri için atık su arıtma, özellikle kentsel kanalizasyon, kanalizasyon çamuru, kağıt fabrikası çamuru ve endüstriyel çamur susuzlaştırma işlemi için.
Katyonik polielektrolitin ANAHTAR ÖZELLİKLERİ VE FAYDALARI:
Suda çözünür ve ayrıca soğuk suda tamamen çözülebilir.
Az miktarda anyonik polielektrolit ürünleri ekleyin, çok fazla flokülasyon etkisi elde edebilirsiniz.
ürünleri ve inorganik anyon polielektrolit flokülantını (polimerize ferrik sülfat, polialuminyum klorür, demir tuzları vb.) kullanırken daha büyük bir etki sergileyebilirsiniz.
Katyonik polielektrolitin Tipik Özellikleri
Görünüm Serbest akan beyaz toz
Kütle Yoğunluğu g / l @ 25 ° C 0.75-0.85
Seyreltme konsantrasyonu (g / l) 2.0-3.0
Katyonik polielektrolitin avantajları
Temizleyicide iyileştirilmiş çökelme oranı
Arıtıcının geliştirilmiş verimliliği
Daha kısa tutma süresi
Ph ne olursa olsun çalışır
Azalan Çamur hacimleri
Anında renk değişimi
Sıkıştırılmış filtre kekleri
Atık renk azaltma
Katyonik polielektrolitler, birçok iyonlaşabilir gruba sahip polimerlerdir. Polimerik ve elektrolit davranışının kombinasyonu, Tablo 1'de belirtildiği gibi onlara bir dizi yararlı özellik verir, ancak aynı zamanda karakterizasyon sorunları da ortaya çıkarır. Bu bölüm, çözelti içinde Katyonik polielektrolitlerin davranışına bir giriş sağlar, bu davranışın moleküler ağırlıkların belirlenmesinde ortaya çıkardığı zorlukları tartışır ve bu zorlukların üstesinden gelmenin yollarını ele alır.
Katyonik polielektrolitler, polianyonlar ve polikatyonlar gibi iyonlaşabilir tekrar eden gruplara sahip polimerlerdir. Bu gruplar, su gibi polar çözücüler içinde ayrışabilir, polimer zincirlerinde yükler bırakabilir ve çözelti içine karşı iyonlar bırakabilir (Bhattarai ve diğerleri, 2010; Schatz ve diğerleri, 2004; Wu ve Delair, 2015). Katyonik polielektrolit kompleksleri (PEC'ler), en az iki Katyonik polielektrolitin fizikokimyasal özelliklerini birleştirme olasılığını sunar (Schatz ve diğerleri, 2004). PEC'ler, karşıt yüklü Katyonik polielektrolitler arasındaki güçlü elektrostatik etkileşimlerle oluşur ve bu da interpolimer iyonik yoğunlaşmaya ve karşı iyonların eşzamanlı salınmasına yol açar (Wu ve Delair, 2015; Luo ve Wang, 2014). PEC yapılarını oluşturmak için iki iyonik grup arasındaki diğer etkileşimler arasında hidrojen bağı, hidrofobik etkileşimler, van der Waals kuvvetleri veya dipol-dipol yük aktarımı bulunur.
Kitosan, polimer omurgasındaki amino gruplarının protonasyonundan dolayı katyonik yapıya sahiptir ve sulu asetik asitte çözündükten sonra katyonik bir katyonik polielektrolit haline gelir (Luo ve Wang, 2014). Katyonik kitosan Katyonik polielektrolitin negatif yüklü Katyonik polielektrolit molekülleri ile karıştırılması, suda çözülebilen veya çökeltilebilen spontan, entropi tahrikli PEC'ler oluşturur. İki Katyonik polielektrolitin stokiyometrik olmayan oranları partikül oluşumuna yol açar. Kitosan PEC partikül oluşumu için, birçok araştırmacı, anyonik Katyonik polielektrolitlerden fazla katyon Katyonik polielektrolit çözeltisi (kitosan) kullanmıştır (Schatz ve diğerleri, 2004). PEC'lerin boyutu, Katyonik polielektrolit konsantrasyonu, yük yoğunluğu, karıştırma oranı ve pH'dan etkilenir. Kitosan Katyonik polielektrolitin yük yoğunluğu, kitosan çözeltisinin pH'ına ve deasetilasyon (DDA) derecesine bağlıdır. Artan DDA ile (DDA>% 50), kitosan polimerinin pozitif yük yoğunluğu artar ve bu nedenle PEC'ler yapmak için çok sayıda çapraz bağlanma sahası sergiler (Fan ve diğerleri, 2012, Delair, 2011). Kitosan PEC'lerin partikül boyutu, kitosanın DDA'sındaki ve molar kütlesindeki azalmalarla azalır (Schatz, 2004). Yeterli jel sertliğine sahip PEC'ler oluşturmak için daha yüksek konsantrasyonlarda düşük moleküler ağırlıklı kitosan gerekir. Yüksek moleküler ağırlıklı kitosan, yüksek düzeyde çapraz bağlı ağlarla daha sağlam PEC'ler oluşturabilir.
Katyonik polielektrolitler (PEL), omurgaları içinde veya yan zincirlerde yük taşıyan polimerlerdir. Genellikle zayıf ve güçlü Katyonik polielektrolitler arasında ayrım yapılır. Zayıf Katyonik polielektrolitler, çevreleyen ortamın pH'ına bağlı olarak protonlanmış veya protondan arındırılmış, pH'a bağlı bir yük yoğunluğu ile sonuçlanan, zayıf asidik veya bazik gruplara sahip polimerlerdir. Buna karşılık, güçlü Katyonik polielektrolitlerdeki yük yoğunluğu pH'dan etkilenmez.
Katyonik polielektrolit fırçalar hem teorik hem de pratik açıdan ilginç özellikler sergiler çünkü davranışları temelde şarj edilmemiş polimer fırçalardan farklıdır. Yük yoğunluğunun pH'tan bağımsız olduğu güçlü Katyonik polielektrolit fırçalarda, moleküler yapı ve özelliklere elektrostatik etkileşimler hakimdir. Yüklü polimer segmentleri arasındaki karşılıklı itme, aşılanmış katmanların fiziksel özelliklerini güçlü bir şekilde etkiler. Zincirlerin yük yoğunluğunun protonasyon seviyelerine bağlı olduğu zayıf Katyonik polielektrolit fırçalarda, zincir konformasyonu çözeltinin pH'ına bağlıdır. Özellikle, farklı çözücülerdeki zayıf Katyonik polielektrolit fırçaların şişmesi, yanıt veren polimer sistemleri için önemi nedeniyle kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Şişme, çözücü sisteminin yapısına, pH'ına ve çözeltideki diğer iyonların konsantrasyonuna ve kimyasal yapısına bağlıdır. Ayrıca, yüzeylerin ıslatılabilirliğini sabitlenmiş Katyonik polielektrolit fırçalarla ayarlamak için seçilen karşı iyonlarla etkileşimler kullanılabilir.
Katyonik polielektrolitlerin ve PEM filmlerinin genel özellikleri
Katyonik polielektrolitler, çevresel değişikliklere göre polimerik konformasyonlarını değiştiren iyonize olabilen polimerlerdir. İki tiptedirler: güçlü ve zayıf Katyonik polielektrolitler. Güçlü Katyonik polielektrolitler geniş bir pH aralığında yüklenir. Bu nedenle, iyonik güç, sıcaklık ve polarite gibi diğer uyaranları kontrol ederek polimer-polimer etkileşimlerini bozmak için özel önlemler alınmadıkça, monte edilmiş filmin özelliklerini manipüle etmek zor bir görevdir. Güçlü Katyonik polielektrolitlerin aksine, zayıf Katyonik polielektrolitler yalnızca daha küçük bir pH penceresinde yüklenir; bu nedenle, polimerik konformasyonları, dış ortamın pH'ı değiştirildiğinde kolaylıkla modüle edilebilir. Zayıf Katyonik polielektrolitlerden bir araya getirilen PEM filmlerin benzersiz özelliği, filmdeki pH'ın neden olduğu yük dengesizlikleri çekici polimer-polimer etkileşimlerini aşırı derecede telafi ettiğinden, aşırı pH koşullarında yok edilebilmeleridir.
Katyonik polielektrolitlerin fizikokimyasal özellikleri
Katyonik polielektrolitler, su gibi bir polar çözücü içinde çözüldüklerinde, kendilerine kovalent olarak bağlı (çok) sayıda yüklü gruba sahip makromoleküllerdir. Genel olarak, Katyonik polielektrolitler bu tür çeşitli gruplara sahip olabilir. Homojen Katyonik polielektrolitler yalnızca bir tür yüklü gruba sahiptir, örn. g. sadece karboksilat grupları. Hem negatif (anyonik) hem de pozitif (katyonik) gruplar oluşursa, böyle bir moleküle poliamfolit diyoruz. Bu Katyonik polielektrolitler sadece bu bölümün sonunda kısaca tartışılacaktır. Doğrusal miseller veya doğrusal protein toplulukları gibi kendiliğinden birleştirilmiş yapılar da sıklıkla birçok yüklü gruba sahiptir; bu yapılar, Katyonik polielektrolitlere çok benzer özelliklere sahip olabilir, ancak bunları bu bölümde ele almayacağız.
Katyonik polielektrolitlerin yüksüz polimerlerle karşılaştırıldığında özel özellikleri, genel olarak mükemmel suda çözünürlükleri, büyük miktarlarda suyu şişirme ve bağlama eğilimleri ve zıt yüklü yüzeyler ve makromoleküller ile güçlü bir şekilde etkileşime girme yetenekleridir. Bu özelliklerinden dolayı reoloji ve yüzey düzenleyici olarak yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bu tipik Katyonik polielektrolit özellikleri, Katyonik polielektrolit çözeltilerindeki güçlü elektrostatik etkileşimlerle yakından ilişkilidir ve bu nedenle çözelti pH'ına ve çözeltide bulunan elektrolitlerin miktarına ve türüne duyarlıdır.
Katyonik polielektrolitler, pıhtılaşma ajanları olarak su arıtımı, dağıtıcı ajanlar olarak seramik bulamaçları ve süper plastikleştiriciler olarak beton karışımları gibi alanlarda birçok uygulama gösterir. Ayrıca birçok şampuan, sabun ve kozmetikte Katyonik polielektrolitler bulunur. Belirli katyonik polielektrolitler de gıda ürünlerine, örneğin gıda kaplamaları ve salım maddeleri olarak ilave edilir. Bazı katyonik polielektrolit örnekleri, sonuncusu doğal kaynaklı olan pektin (poligalakturonik asit), aljinatlar (alginik asit) ve karboksimetil selülozdur. Katyonik polielektrolitler suda çözünürdür, ancak Katyonik polielektrolitlerde çapraz bağlanma oluşturulduğunda suda çözünmezler. Çapraz bağlanmış Katyonik polielektrolitler suda şişer ve su emici olarak çalışır ve hafif çapraz bağlandıklarında hidrojeller veya süper emici polimerler olarak bilinirler. Süper emiciler, ağırlıklarının 500 katı ve kendi hacimlerinin 30-60 katı kadar su emebilir (Bolto ve Gregory, 2007; Dobrynin ve Rubinstein, 2005).
Katyonik polielektrolit membranlar
Katyonik polielektrolit membranlar, anyonik ve katyonik Katyonik polielektrolitlerin ardışık olarak kaplanması yoluyla yüklü desteklerin yüzeyinde sentezlenir. Katman katman (LbL) olarak adlandırılan bu montaj tekniği, NF ve RO membranlarının hazırlanması için çekicidir ve elde edilen yoğun yapı, iyonların membranlardan geçişini sınırlayabilir. Bu yöntemde, ilk olarak, başlangıçta yüklü olan zar, katyonik katyonik polielektrolitin pozitif seyreltik çözeltisine batırılır. Bundan sonra, zar çözeltiden çıkarılır ve bağlanmamış moleküllerin ortadan kaldırılması için su ile durulanır. Daha sonra elde edilen pozitif yüklü membran, anyonik Katyonik polielektrolitin negatif seyreltik çözeltisine daldırılır ve ardından suyla durulanır. Her adımda, küçük bir Katyonik polielektrolit içeriği membran yüzeyinde adsorbe olur ve sonuç olarak membranın önceki yükü tersine döner. Membran yüzeyindeki çoklu pozitif ve negatif katmanlar, Katyonik polielektrolit çok katmanlı membranların hazırlanmasına neden olur. Oluşan Katyonik polielektrolit katmanlarının sayısı, Katyonik polielektrolit membranların su akışında ve tuz reddinde önemli bir role sahiptir. Katman sayısı arttıkça kütle aktarım direnci artar, böylece su akışı azalır. Öte yandan, biriken yoğun Katyonik polielektrolit tabakalarının artmasıyla tuz reddi artar. Membran performansını belirleyen optimum sayıda katman olduğunu belirtmek gerekir. LbL membranlarının ayırma performansı, kalınlığı, yüzey hidrofilikliği ve yükü, Katyonik polielektrolitlerin tipi, konsantrasyonu, pH'ı ve katman sayısından etkilenir.
pH'a duyarlı Katyonik polielektrolit kabuk
Katyonik polielektrolit kompleksi, pH'a duyarlı inhibitör kaplarının oluşumu için büyük bir umut vaat etmektedir. Katyonik polielektrolit çok tabakalarının geçirgenliğini değiştirmek için çeşitli olasılıklar olduğundan, Katyonik polielektrolit komplekslerinin kullanımı kapların içini kontrol edebilir. Çoğu inorganik NP'nin yüzeyinde hidroksil gruplarının varlığı nedeniyle, bu parçacıkların çoğu yüzeyde negatif olarak yüklüdür; dolayısıyla, Katyonik polielektrolitin zıt yüklü katmanları, inhibitörün istenmeyen sızıntısını önlemek için elektrostatik etkileşim yoluyla malzeme üzerinde dönüşümlü olarak biriktirilebilir. Katman katman Katyonik polielektrolit korozyon koruyucu kaplamalara benzer şekilde korozyon önleme işlevine sahip katkı maddelerinin salınımı, katman katman Katyonik polielektrolit geçirgenliğini değiştiren pH seviyesinin değiştirilmesiyle kontrol edilir. Çapraz bağlı olmayan doğrusal Katyonik polielektrolitlerde, Katyonik polielektrolit kompleksleri, elektrostatik yapı sergiledikleri için iyonik kuvvete ve pH'a oldukça duyarlıdır. İki tip güçlü Katyonik polielektrolit, bir Katyonik polielektrolit kompleksi oluşturuyorsa, elde edilen kompleks, geniş bir pH değerleri aralığında stabilite sergiler ve çözeltinin iyonik kuvvetini yükselterek ve hapsedilmiş materyali serbest bırakarak açılabilir. Tersine, zayıf Katyonik polielektrolitler Katyonik polielektrolit kompleksi oluşturuyorsa, elde edilen kompleks, zayıf polianyonlar için lokal pH'ı asidik ve zayıf polikasyonlar için alkine kaydırarak zarar görebilir ve yok edilebilir. Zayıf ve güçlü Katyonik polielektrolitlerden oluşan katyonik polielektrolit kompleksi, pH değişimine yalnızca bir yönde hassasiyet gösterir; bu, güçlü polibaz ile birlikte zayıf poliasidin yalnızca asidik ortamda inhibitörlerin ve güçlü polibaz ile birlikte zayıf poliasidin salınması için kullanılabileceği anlamına gelir. inhibitörlerin sadece alkin ortamda salınması için, iki zayıf Katyonik polielektrolitten oluşan Katyonik polielektrolit kompleksi, her iki bölgede pH'daki kaymaya duyarlılık gösteren bir kap kabuğu oluşturur. Sonuç olarak, korozyon önleyici taşıyıcıların katyonik polielektrolit kabuğu, neredeyse nötr pH'ta korozyon önleyicinin sızmasını önleyebilir ve pH'ta bir alkin ve asidik kayma ile korozyon başladığında akıllı salım özelliklerine ulaşabilir. İnhibitör nanorezervuarların, anodik veya katodik prosese veya her iki prosese duyarlılıkla imal edilmesi, Katyonik polielektrolit kabuk malzemesini değiştirerek mümkündür. Skorb ve arkadaşları, [2- (benzotiyazol-2-ilsülfanil) -süksinik asit] ile yüklenmiş mezogözenekli silika NP'lerin yüzeyine katman katman yöntemi kullanarak katyonik polielektrolit kabuğu biriktirdiler. Bu NP'ler sol-jel kaplamasına katılmıştır. Korozyona uğramış yüzeydeki alkali ve asidik bölgeye tepki olarak kabuğun geçirgenliği artmış ve inhibitörlerin salınmasına yol açmıştır. Ek olarak, bu NP'leri içeren zirkonya-silika bazlı hibrit kaplama, korozyon elemanlarına karşı gelişmiş uzun vadeli koruma sergilemiştir. Shi vd. mezogözenekli silika parçacıkları ve katman katman yöntemi kullanılarak imal edilmiş mikrometre kapları. Bu yöntemle inşa edilen mikrometre altı kaplar, daha yüksek korozyon önleyici yükleme verimliliği sergilemiştir. PH ile tetiklenen korozyon inhibitörünün salınımı ve matrisin bariyer etkileri, korozyon koruma performansını artırmıştır.
Elektrosterik Sistem Reolojisi
Katyonik polielektrolitler, yüksek katı madde yüklü kolloidler (>% 50 hacim) için dağıtıcı olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. EDL ve sterik stabilizasyon veya elektrosterik stabilizasyon ilkelerini birleştirirler ve Naito ve diğerleri gibi pH ve iyonik güce bağlıdırlar. tartışmak. Düşük katı yüklemesinde (~% 20 hacim), viskozite nispeten düşüktür ve pH değişikliklerinden çok az etkilenir. Katıların yüklenmesi arttıkça, bununla birlikte pH, viskoziteyi önemli ölçüde etkiler. Eklenen Katyonik polielektrolit miktarı da koloidal reoloji üzerinde derin bir etkiye sahiptir. Sadece yüzeyi doyurmak için optimize edilmelidir. Ek katyonik polielektrolitler, sistemde aşırı miktarda polimerle sonuçlanır ve fazla polimer, yüksek katı yüklü sistemlerde tükenme topaklanmasına neden olabilir.
Adsorbe edilmiş Katyonik polielektrolitin konformasyonu ayrıca elektrosterik olarak stabilize edilmiş kolloidlerin reolojik davranışında önemli bir rol oynar ve buna karşılık Katyonik polielektrolit konformasyonu sistemin pH'ına bağlıdır. Al2O3 üzerindeki adsorpsiyon davranışının detaylı bir çalışması, pH düştükçe partiküller üzerindeki Katyonik polielektrolit adsorpsiyonunun arttığını göstermektedir. Tipik olarak, doldurulmamış durumdan yüklü duruma kadar adsorbe edilmiş miktarın 10 kat arttığı gözlemlenir. PH, sıfır yükün ötesinde arttığında veya azaldığında, ayrışan Katyonik polielektrolitin fraksiyonu, 1'e doğru hareket eder. Bu nedenle, Katyonik polielektrolit reKyonik polielektrolit içindeki yükler birbirini izler ve molekül uzar. Şu anda iki model mevcuttur: yüklü Katyonik polielektrolit yüzey üzerinde düz olarak adsorbe olur veya Katyonik polielektrolit kuyruk benzeri bir fırça yapısında adsorbe eder.
Adsorbe edilmiş Katyonik polielektrolitin konformasyon şekli dispersiyon kalitesini büyük ölçüde etkiler. Hangi tür yapıların - düz, gözleme benzeri veya fırça benzeri - elde edildiği, adsorpsiyon koşullarına ve ilgili malzemelere bağlıdır. Gözleme benzeri adsorpsiyon için, polimer yalnızca kısa menzilli itme kuvvetine katkıda bulunur ve yüklü Katyonik polielektrolitin EDL kuvvetleri esas olarak uzun menzilli etkileşimler yoluyla stabilizasyona katkıda bulunur. Fırça tarzı yapılar için itme çok daha güçlüdür ve gerçek elektrosterik katkılar mevcuttur. Katyonik polielektrolitler, yüksüz olduklarında, yani PZC'lerinde dağıtıcı olarak da kullanılabilir. Ancak, bobin benzeri düzenlemeleri tercih edeceklerdir. Bu nedenle, daha kalın adsorbe edilmiş polimer bobin katmanları elde etmek için çok daha yüksek moleküler ağırlıklara ihtiyaç duyulacaktır ve sterik kuvvetler ağırlıklı olarak stabilizasyona katkıda bulunur.
