聚电解质的构象、特性、及应用

聚电解质的构象

任何聚合物的构象都受到许多因素的影响：特别是聚合物结构和溶剂亲和力。在聚电解质的情况下，电荷也有影响。不带电的线性聚合物链通常在溶液中以随机构象的形式出现（非常接近于自回避的三维随机游走），而线性聚电解质链上的电荷将通过双层力相互排斥，从而导致链采用更膨胀的刚性杆状构造。如果溶液中含有大量添加的盐，电荷将被屏蔽，因此聚电解质链将坍塌为更常规的构象（基本上与良好溶剂中的中性链相同）。

聚合物构象当然会影响许多整体特性（例如粘度、浊度等）。尽管可以使用传统聚合物理论的变体来捕获聚电解质的统计构象，但由于静电相互作用的长程性质，正确模拟聚电解质链通常需要大量计算。静态光散射等技术可用于研究聚电解质构象和构象变化。

聚两性电解质

带有阳离子和阴离子重复基团的聚电解质称为聚两性电解质。这些群体的酸碱平衡之间的竞争导致其物理行为的额外复杂性。这些聚合物通常只有在添加足够的盐时才会溶解，盐可以屏蔽带相反电荷的段之间的相互作用。对于两性大孔水凝胶，浓盐溶液的作用不会由于大分子的共价交联而导致聚电解质材料的溶解。合成的3-D大孔水凝胶显示出从极稀水溶液中在广泛pH值范围内吸附重金属离子的良好能力，该水凝胶可作为净化盐水的吸附剂。所有蛋白质均为多聚磷酸细胞，因为某些氨基酸倾向于酸性，而其他氨基酸则为碱性。

IUPAC定义

两性聚合物：由含有阳离子和阴离子基团或相应的可电离基团的大分子组成的聚电解质。

Ampholytic polymer: Polyelectrolyte composed of macromolecules containing both cationic and anionic groups, or corresponding ionizable group.

注意：

根据侧基的结构，将符号相反的离子基团并入相同侧基的两性聚合物称为两性离子聚合物、聚合内盐或聚甜菜碱。

聚电解质的应用

聚电解质有许多应用，主要与改变水溶液和凝胶的流动性和稳定性有关。例如，它们可用于破坏胶体悬浮液的稳定性并引发絮凝（沉淀）。它们还可用于赋予中性粒子表面电荷，使它们能够分散在水溶液中。因此，它们通常用作增稠剂、乳化剂、调理剂、澄清剂，甚至减阻剂。它们用于水处理和石油回收。许多肥皂、洗发水和化妆品都含有聚电解质。此外，它们被添加到许多食物和混凝土混合物中（超塑化剂）。出现在食品标签上的一些聚电解质是果胶、角叉菜胶、藻酸盐和羧甲基纤维素。除最后一种外，其余均为天然来源。最后，它们用于各种材料，包括水泥。

因为它们中的一些是水溶性的，它们也被研究用于生化和医学应用。

聚电解质多层膜 (PEM)

聚电解质已用于形成称为聚电解质多层膜 (PEM) 的新型材料。这些薄膜是使用逐层 (LbL) 沉积技术构建的。在 LbL 沉积期间，合适的生长基底（通常带电）在带正电和带负电的聚电解质溶液的稀释浴之间来回浸渍。在每次浸渍过程中，少量聚电解质被吸附，表面电荷反转，从而使聚阳离子-聚阴离子层的静电交联膜逐渐和受控地积聚。LbL 薄膜也可以通过用带电物质（如纳米颗粒或粘土片）代替或补充其中一种聚电解质来构建。 LbL 沉积也已使用氢键代替静电实现。

PEM 涂层的主要优点是能够一致地涂覆物体（即该技术不限于涂覆平面物体）、使用水基工艺的环境效益、合理的成本以及利用特定化学性质用于进一步改性的薄膜，例如合成金属或半导体纳米颗粒，或孔隙度相变以创建抗反射涂层、光闸和超疏水涂层。

聚电解质桥接

如果将聚电解质链添加到带电大离子系统（即 DNA 分子阵列）中，可能会发生称为聚电解质桥接的有趣现象。 术语桥接相互作用通常适用于单个聚电解质链可以吸附到两个（或多个）带相反电荷的大离子（例如 DNA 分子）从而建立分子桥并通过其连接性介导它们之间的吸引力相互作用的情况。

在小的宏观离子分离时，链被挤压在宏观离子之间，系统中的静电效应完全由空间效应主导——系统被有效地放电。当我们增加宏观离子分离时，我们同时拉伸吸附在它们上的聚电解质链。由于链的橡胶弹性，链的拉伸引起上述吸引力相互作用。

由于其连通性，聚电解质链的行为与受限未连接离子的情况几乎没有相似之处。

多元酸

在聚合物术语中，多元酸是由大分子组成的聚电解质，该大分子在大部分结构单元上含有酸基团。常见的酸基团是–COOH、–SO3H 或–PO3H2。