Polietilenaimina(PEI) secara ringkasnya, dengan nombor CAS 9002-98-6, ialah polimer kationik larut air. Ciri utamanya ialah rantai molekulnya kaya dengan sebilangan besar kumpulan amino (amina primer, amina sekunder dan amina tertier). Struktur ini menentukan kealkaliannya yang kuat, kereaktifan yang tinggi dan sifat fizikokimia yang unik. Polietilenaimina mempunyai nilai aplikasi yang tidak tergantikan dalam pelbagai bidang.
I. Maklumat Asas: Struktur dan Pengelasan
1. Struktur kimia
Unit pengulangan PEI ialah -CH₂CH₂NH-, dan kumpulan amino pada rantai molekulnya memberikannya sifat kationik yang kuat (pKa≈10) – walaupun di bawah keadaan neutral atau berasid lemah, kumpulan amino boleh diprotonasikan (-NH₂→-NH₃⁺), yang merupakan sumber teras keterlarutan air, keupayaan pengkompleksan dan penjerapan permukaannya.
Mengikut struktur yang berbeza, ia dibahagikan kepada dua kategori utama:
Polietilenaimina linear (L-PEI): Rantai molekul adalah linear, dengan amina sekunder sebagai kumpulan amino utama (kira-kira 90%), dan perkadaran amina primer dan tertier adalah rendah. Taburan jisim molekul relatif adalah sempit, dan ketulenannya lebih tinggi.
Polietilenaimina bercabang (B-PEI): Rantai molekul mengandungi sebilangan besar rantai sisi, dengan kadar amina primer (≈25%), amina sekunder (≈50%), dan amina tertier (≈25%) yang seimbang, dan mempunyai kereaktifan yang lebih tinggi. Ia adalah jenis yang paling biasa digunakan dalam industri.
2. Sifat fizikal utama
| Alam semula jadi | Nilai tipikal (PEI bercabang) |
| Rupa | Cecair likat kuning pucat hingga coklat (berat molekul rendah) atau pepejal (berat molekul tinggi) |
| Keterlarutan air | PEImudah larut dalam pelarut polar seperti air, etanol dan metanol, tetapi tidak larut dalam pelarut bukan polar |
| Julat berat molekul | Beberapa ratus hingga beberapa ratus ribu (biasanya 1,000 hingga 25,000 Da) |
| Ketumpatan (25℃) | 1.05 hingga 1.10 g/cm³ |
| Indeks biasan (25℃) | 1.50 ~ 1.52 |
| Ketoksikan | PEI bermolekul rendah mempunyai ketoksikan yang agak rendah, manakala PEI bermolekul tinggi/bercabang mempunyai sitotoksisiti tertentu terhadap sel. |
II. Ciri-ciri Teras: Mengapakah PEI Digunakan Secara Meluas?
Sifat kationik yang kuat dan keupayaan pengkompleksan: Kumpulan amino selepas protonasi membawa cas positif dan boleh membentuk kompleks yang stabil dengan bahan yang bercas negatif (seperti DNA, RNA, pewarna anionik, tanah liat dan ion logam), yang merupakan mekanisme teras tindakannya dalam penghantaran gen, rawatan air dan penjerapan logam.
Kereaktifan tinggi: Kumpulan amino (terutamanya amina primer) boleh mengambil bahagian dalam pelbagai tindak balas (seperti penambahan Michael, pembukaan cincin epoksi, asilasi, tindak balas ikatan silang), dan boleh digunakan sebagai agen ikatan silang dan pengubah suai untuk memfungsikan permukaan bahan.
Keterlarutan air dan sifat pembentukan filem: Keterlarutan air yang baik memudahkan prosesnya. Selepas pengeringan, ia boleh membentuk filem yang padat, dan filem itu mempunyai sifat lekatan dan penghalang tertentu.
Kealkalian kuat: Sebilangan besar kumpulan amino dalam molekul menjadikan larutan akueusnya sangat beralkali (pH≈10 hingga 12), dan ia boleh menjalani tindak balas peneutralan dengan bahan berasid.
III.Apakah kegunaan polietilenimina?(Diklasifikasikan mengikut Senario Permintaan
1. Medan bioperubatan (Teras: Vektor penghantaran gen
PEI merupakan salah satu vektor gen bukan virus yang paling biasa digunakan pada masa ini:
Prinsip PEI kationik dan DNA/RNA anionik membentuk "kompleks asid nukleik PEI" melalui interaksi elektrostatik, yang bukan sahaja melindungi asid nukleik daripada didegradasi oleh nuklease tetapi juga membolehkannya memasuki sel melalui endositosis. Selain itu, "kesan span proton" PEI (menyerap proton dalam sel selepas protonasi) yang mencetuskan pecahnya vesikel boleh menggalakkan pembebasan asid nukleik ke dalam sitoplasma;
Aplikasi: Terapi gen (seperti penghantaran gen untuk tumor dan penyakit genetik), penghantaran vaksin asid nukleik, eksperimen transfeksi sel (reagen transfeksi PEI yang biasa digunakan di makmal);
Nota: PEI bermolekul tinggi mempunyai sitotoksisiti yang agak tinggi. Pada masa ini, PEI yang diubah suai bertoksik rendah (seperti PEI yang diubah suai peG dan nanopartikel PEI yang berkaitan silang) telah dibangunkan.
2. Medan rawatan air (Teras: Flokulan, Penyerap)
Flokulan: Sifat kationik bagiPolietilenimina PEIboleh meneutralkan zarah-zarah terampai yang bercas negatif dalam air (seperti pasir, bahan organik dan bakteria), menyebabkan zarah-zarah tersebut beragregat dan mendap. Ia digunakan untuk penulenan air minuman dan rawatan air sisa industri (seperti percetakan dan pencelupan, air sisa pembuatan kertas), amat sesuai untuk merawat air sisa dengan kekeruhan yang tinggi dan kandungan bahan organik yang tinggi.
Penjerap Kumpulan amino Polietilenimina PEI boleh membentuk ikatan koordinasi dengan ion logam berat (seperti Cu²⁺, Ni²⁺, Cr⁶⁺, Pb²⁺), dan boleh digunakan untuk penyingkiran logam berat dalam air sisa industri. Ia juga boleh dibuat menjadi bahan penjerapan yang diubah suai oleh polietilenimina (seperti karbon teraktif PEI, gentian nano PEI) untuk meningkatkan kapasiti penjerapan.
3. Bidang pengubahsuaian permukaan bahan (Teras: Pengubahsuaian Fungsian)
Pengubahsuaian Kertas/Serat: Rawatan PEI polietilenimina pada kertas boleh meningkatkan kekuatan basah, rintangan air dan kebolehcetakannya (melalui penyambungan silang dengan kumpulan hidroksil pada permukaan serat), dan digunakan dalam penghasilan kertas khusus (seperti kertas pembungkusan, kertas penapis).
Rawatan permukaan logam: Polietilenimina boleh membentuk filem pelindung pada permukaan logam, meningkatkan rintangan kakisan logam, dan juga boleh berfungsi sebagai penggalak lekatan untuk salutan logam.
Pengubahsuaian bahan polimer: PEI digunakan sebagai agen pengikat silang atau penyerasi untuk meningkatkan keserasian dan lekatan polimer (seperti pengubahsuaian pengikat silang resin poliuretana dan epoksi), atau untuk meningkatkan hidrofilik bahan (seperti filem poliolefin yang diubah suai PEI).
4. Aplikasi perindustrian lain
Pelekat dan pengedap: Kumpulan amino PEI boleh menjalani tindak balas ikatan silang dengan aldehid, isosianat, dan sebagainya, dan boleh digunakan sebagai agen pengawet untuk pelekat berasaskan air. Polietilenimina digunakan untuk mengikat kayu, kertas dan logam, dengan kekuatan ikatan yang tinggi dan rintangan air yang baik.
Industri pewarna dan pigmen: Polietilenimina PEI boleh digunakan sebagai bahan fiksatif untuk pewarna kationik (terutamanya untuk mewarna gentian semula jadi seperti kapas dan sutera), meningkatkan lekatan dan kebolehbasuhan pewarna; Polietilenimina juga boleh digunakan sebagai penyebar pigmen untuk mencegah penggumpalan pigmen.
Pengekstrakan petroleum: PEI digunakan dalam rawatan air medan minyak (seperti agen penutup air dan kawalan profil), atau sebagai bahan tambahan bendalir penggerudian untuk meningkatkan kestabilan bendalir penggerudian.
Dengan melaraskan berat molekul (berat molekul rendah, ketoksikan rendah; berat molekul tinggi, aktiviti tinggi), struktur (linear vs. bercabang), dan kaedah pengubahsuaian (peG-ilasi, penghubung silang dan pengkompaunan) bagipolietilenimina, aplikasinya dalam bidang mewah (seperti penghantaran ubat yang disasarkan dan bahan berfungsi khas) boleh diperluaskan lagi.
Masa siaran: 21 Nov-2025