聚電解質

聚電解質按電離的基團可分為:①聚酸類：電離后成為陰離子高分子，如聚丙烯酸（見結構式a）、聚甲基丙烯酸(b)（見丙烯酸聚合物）、聚苯乙烯磺酸(c)、聚乙烯磺酸(d)、聚乙烯磷酸(e)等；②聚鹼類：電離后成為陽離子高分子，如聚乙烯亞胺唚、聚乙烯胺(f)、聚乙烯吡啶(g)等。此外，還有無機類的聚磷酸鹽(h)、聚硅酸鹽(i)和天然的核酸、蛋白質。后二者因一分子中具有酸性和鹼性兩種可電離的基團，所以稱為高分子兩性電解質。

聚電解質溶解在水或低級醇中時，電離成為一個聚離子和許多與聚離子電荷相反的小離子，稱反離子。聚離子的分子鏈上有許多固定的電荷，如聚酸類帶負電荷，稱為聚陰離子，其反離子則帶正電荷，所以在聚離子的周圍有靜電場，使聚電解質的水溶液的性質與其他非離子結構的高分子溶液性質很不相同。

聚電解質具有高分子溶液的特性，例如粘度、滲透壓和光散射等。由於它帶有電荷，並且這三方面的性質又不同於一般的高分子，不能用上述溶液的特性與分子量的關係式來測算分子量。例如，聚電解質溶液的比濃粘度與其濃度c不成線性關係。在無鹽的水溶液中，比濃粘度通常隨著稀釋而增加，反離子對聚離子的中和作用減弱，使鏈伸展，因此粘度增大。只有在適當濃度的鹽溶液中才呈線性關係（圖1）。所以測定聚電解質的分子量時，必須把聚電解質溶解在一定濃度的鹽溶液中(見表)。用多元酸（如磷酸）中和聚陽離子（如聚乙烯吡啶）時，溶液粘度增高，有時產生沉澱。聚陽離子溶液與聚陰離子溶液混合時，立即產生聚鹽而凝聚沉澱出來。聚鹽只能溶解在一定濃度的LiCl、等無機鹽中, 例如，聚丙烯酸水溶液和聚乙烯吡啶丁基季銨水溶液混合時，即使溶液稀釋到，也立即產生絮狀沉澱，使溶液渾濁。分子形態 大多數聚電解質具有柔軟的分子鏈，可以曲折變形。這種變形大致分為四種（圖2）。例如，聚合度為1000的聚丙烯酸被鹼中和而完全舒展時，分子鏈長度為2500埃，即圖2c中的l；未被中和時，則無規捲曲成半徑為200埃的球形，如圖2a所示。聚電解質的分子構型對生物的生命活動具有重要意義。例如，生物體中的核酸以雙股螺旋形分子存在，如圖2d所示，其結構構象攜帶生物遺傳因子。又如聚L-谷氨酸-γ-苄酯，在二氯乙酸中為無規捲曲形，在其他有機溶劑中則為剛性柱狀螺旋形，如圖2b所示。聚電解質分子的構象對離子環境，如溶劑、溫度和濃度等極敏感。

聚電解質可用作食品、化妝品、藥物和塗料的增稠劑、分散劑、絮凝劑、乳化劑、懸浮穩定劑、膠粘劑，皮革和紡織品的整理劑，土壤改良劑，油井鑽探用泥漿穩定劑，紙張增強劑，織物抗靜電劑。聚電解質還對生物顯示許多生理作用。