La polietilenimina (PEI) es un polímero catiónico con una estructura altamente ramificada. Presenta una relación nitrógeno-carbono de 1:2, lo que le confiere la mayor densidad de grupos amino posible entre los polímeros de poliamina disponibles comercialmente. Su composición química se describe mediante la fórmula -(CH₂-CH₂-NH)n-, donde 10 < n < 10^5. Como se muestra en la figura 1, la PEI contiene grupos amino primarios, secundarios y terciarios. Al disolverse, estos grupos amino pueden generar una carga catiónica significativa, especialmente a pH bajo, como se detalla en la figura 2, basada en Lupasol® PEI de BASF. A medida que desciende el pH, los grupos amino terciarios, secundarios y primarios se protonan cada vez más, aumentando la carga catiónica proporcionalmente. A un pH más bajo, ciertos grados de PEI pueden exhibir una densidad de carga teórica de 23 mEq/g, que se encuentra entre las densidades de carga catiónica más altas de cualquier polímero, como se muestra en la figura 3. En muchas aplicaciones, la alta densidad de carga catiónica proporciona al PEI su funcionalidad y gran utilidad.
La polietilenimina se utiliza en numerosas aplicaciones que aprovechan su alta densidad de carga catiónica. A continuación, se presenta una lista de aplicaciones industriales y de investigación en las que se utiliza el PEI.
• Imprimaciones y recubrimientos
• Tintas de impresión
• Adhesivos
• Tratamiento de agua
• Secuestro de carbono
• Entrega de genes
En aplicaciones de recubrimientos, tintas y adhesivos, el PEI actúa como compatibilizador y promotor de adhesión. En estas aplicaciones, se deposita una película polimérica sobre sustratos generalmente hechos de fibra, plástico o metal. Estos sustratos pueden tener carga negativa debido a los grupos funcionales presentes en sus superficies o a la oxidación, que ocurre naturalmente tras el procesamiento. En los casos en que las películas poliméricas de recubrimientos, tintas y adhesivos tienen carga negativa, el PEI puede incorporarse a formulaciones o utilizarse como imprimación para formar enlaces químicos fuertes que adhieren y compatibilizan los materiales entre sí, aumentando así su durabilidad o calidad visual. Para más información sobre estas aplicaciones y su mecanismo de aplicación, visite los siguientes enlaces.
Al introducirse en soluciones que contienen partículas aniónicas, como silicatos, zeolitas o iones metálicos, los polímeros de PEI crean enlaces químicos gracias a su carga catiónica, lo que permite su uso en aplicaciones de floculación. En aplicaciones de tratamiento de agua, por ejemplo, el PEI puede añadirse al efluente para flocular partículas aniónicas con mayor eficacia que otros polímeros, como las poliaminas y las poliacrilamidas. En aplicaciones de torres de refrigeración y aguas residuales industriales, los minerales pueden formar complejos reversibles con el PEI para su purificación. Para más información sobre el uso del PEI como floculante, visite el siguiente enlace.
BASF Lupasol® - Tratamiento de agua, Artículo de producto - ChemPoint
La carga catiónica del PEI también se presta a aplicaciones que presentan beneficios en áreas como las ciencias biológicas y ambientales. En el campo de la biotecnología, el PEI se ha utilizado como un vector no viral para la administración de genes, donde su carga catiónica adsorbe ADN y ARN, que tienen carga negativa. Una vez adsorbido, se forma una estructura llamada poliplex, que permite la captación en las células. Similar a la capacidad de promover la adhesión descrita en la sección anterior, el PEI también ayuda a la unión química y mejora la adherencia de las estructuras celulares a las placas de cultivo. Recientemente, el PEI también se ha explorado como un medio de adsorción para el secuestro de CO₂. Los grupos amino relativamente básicos en el PEI pueden reaccionar con CO₂ (un gas ligeramente ácido) para formar carbamatos en ausencia de agua o carbamatos o bicarbonatos en presencia de agua. La adsorción de CO₂ en el PEI es un proceso reversible, capaz de liberar CO₂ una vez calentado.
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