聚电解质又称高分子电解质。合成或天然水溶性高分子,其结构单元上含有能电离的基团,是固体电解质中的重要类别,具有较好的离子导电能力。聚电解质主要应用于各种电化学过程,以及可用作食品、化妆品、药物和涂料的增稠剂、分散剂、絮凝剂、乳化剂、悬浮稳定剂、胶黏剂,皮革和纺织品的整理剂,土壤改良剂,油井钻探用泥浆稳定剂,纸张增强剂,织物抗静电剂。
也称高分子电解质,是一类线型或支化的合成和天然水溶性高分子,其结构单元上含有能电离的基团。可用作增稠剂、分散剂、絮凝剂、乳化剂、悬浮稳定剂、胶粘剂等。不溶性体型聚电解质归入
离子交换树脂。
聚电解质按
电离的基团可分为:①聚酸类:电离后成为
阴离子高分子,如聚丙烯酸(见
结构式a)、聚甲基丙烯酸(b)(见
丙烯酸聚合物)、聚苯
乙烯磺酸(c)、聚乙烯磺酸(d)、聚乙烯
磷酸(e)等;②聚碱类:电离后成为
阳离子高分子,如
聚乙烯亚胺CH2-CH2-NH、聚乙烯胺(f)、聚乙烯吡啶(g)等。此外,还有无机类的聚磷酸盐(h)、聚硅酸盐(i)和天然的核酸、蛋白质。后二者因一分子中具有酸性和
碱性两种可电离的基团,所以称为
高分子两性电解质。
聚电解质溶解在水或低级醇中时,电离成为一个聚离子和许多与聚离子
电荷相反的小离子,称
反离子。聚离子的分子链上有许多固定的
电荷,如聚酸类带
负电荷,称为聚
阴离子,其
反离子则带正电荷,所以在聚离子的周围有
静电场,使聚电解质的水溶液的性质与其他非离子结构的
高分子溶液性质很不相同。
聚电解质具有
高分子溶液的特性,例如粘度、
渗透压和光散射等。由于它带有电荷,并且这三方面的性质又不同于一般的高分子,不能用上述溶液的特性与分子量的关系式来测算分子量。例如,聚
电解质溶液的
比浓粘度ηn/c与其浓度c不成
线性关系。在
无盐的
水溶液中,比浓粘度通常随着稀释而增加,
反离子对聚离子的中和作用减弱,使链伸展,因此粘度增大。只有在适当浓度的盐溶液中才呈
线性关系(图1)。所以测定聚电解质的分子量时,必须把聚电解质溶解在一定浓度的盐溶液中(见表)。用
多元酸(如
磷酸)中和聚阳离子(如聚乙烯吡啶)时,溶液粘度增高,有时产生沉淀。聚阳离子溶液与聚
阴离子溶液混合时,立即产生
聚盐而
凝聚沉淀出来。
聚盐只能溶解在一定浓度的LiCl、CaCl2等
无机盐中, 例如,聚丙烯酸
水溶液和聚乙烯吡啶
丁基季铵水溶液混合时,即使溶液稀释到10N,也立即产生絮状沉淀,使溶液浑浊。 分子形态 大多数聚电解质具有柔软的分子链,可以曲折变形。这种变形大致分为四种(图2)。例如,
聚合度为1000的聚丙烯酸被碱中和而完全舒展时,分子链长度为2500埃,即图2c中的l;未被中和时,则
无规卷曲成半径为200埃的球形,如图2a所示。聚电解质的分子构型对生物的生命活动具有重要意义。例如,生物体中的核酸以双股螺旋形分子存在,如图2d所示,其结构构象携带生物遗传因子。又如聚L-谷氨酸-γ-苄酯,在
二氯乙酸中为无规卷曲形,在其他有机溶剂中则为刚性柱状螺旋形,如图2b所示。聚电解质分子的构象对
离子环境,如
溶剂、温度和浓度等极敏感。
聚电解质可用作食品、化妆品、药物和涂料的增稠剂、分散剂、絮凝剂、乳化剂、悬浮稳定剂、胶粘剂,皮革和纺织品的整理剂,
土壤改良剂,油井钻探用泥浆稳定剂,纸张增强剂,织物抗静电剂。聚电解质还对生物许多生理方面的影响。