parts

Polyethylenimin (PEI)

September 19, 2025
admin

Er vertritt

Polyethylenimin (     PEI     ) ist ein synthetisches Polymer mit einzigartiger Struktur und hervorragenden chemischen und physikalischen Eigenschaften. Aufgrund seiner hohen Dichte an Aminogruppen, einschließlich derer, die in kationischen  Elektrolytpolymeren vorkommen   , gilt es als hochaktiv. PEI wird in zahlreichen Bereichen eingesetzt, darunter in der Wasseraufbereitung, im Gentransfer, in der Nanomedizin sowie bei der Herstellung von Klebstoffen, Beschichtungen und Katalysatoren.

In diesem Artikel werden wir uns die chemische Zusammensetzung, Eigenschaften, Synthesemethoden, Typen sowie Industrie- und Forschungsanwendungen von PEI genauer ansehen.

Chemische Zusammensetzung von Polyethylenimin

Polyethylenimin mit der allgemeinen Formel (C₂H₅N)ₙ wird aus Ethylenimin- oder Aziridinmonomeren gewonnen. Diese Monomere sind hochreaktiv und öffnen sich bei der kationischen Polymerisation leicht.

Es gibt zwei Haupttypen von PEI:

  1. Zweigstelle Prince Edward Island

    • Eine baumartige Struktur, die aus einer Mischung primärer, sekundärer und tertiärer Amine besteht.

    • Dieser Typ wird häufig in Industrieanlagen verwendet.

    • Hohe Dichte aktiver funktioneller Gruppen

  2. Lineares PEI

    • Wiederholung der sekundären Aminkettenstruktur entlang der Hauptpolymerkette

    • Sanfteres biologisches Verhalten, das häufig in biomedizinischen Anwendungen verwendet wird.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Besonderheit Menge/Beschreibung
Körperliche Verfassung viskose Flüssigkeit (niedriges Molekulargewicht) oder wachsartiger Feststoff (hohes Molekulargewicht)
Farbe von farblos bis hellgelb
Löslichkeit Löslich in polaren Lösungsmitteln wie Wasser, Ethanol, Methanol usw.
Oberflächenladung Kationen, pKa etwa 8-10
Molekulargewicht Von Hunderten bis Millionen Dalton (einstellbar)
Amindichte Sehr hoch (ein Amin pro drei Atome)

chemische Reaktion

Aufgrund seiner hohen Dichte an Aminogruppen reagiert PEI mit einer Vielzahl organischer und anorganischer Verbindungen, darunter:

  • Aufnahme von Schwermetallen

  • Bindet an DNA und RNA

  • Wechselwirkung mit Kolloiden und Tensiden

  • Reaktionen mit Isocyanaten, Epoxiden und Aldehyden

Wie man Polyethylenimin herstellt

PEI wird typischerweise    durch Ringöffnungspolymerisation von Aziridinmonomeren hergestellt    . Diese Reaktion wird in Gegenwart einer starken Säure (z. B. Salzsäure oder BF₃) durchgeführt und das Endprodukt kann linear oder verzweigt sein.

Im Labor werden lineare PEIs typischerweise mithilfe spezifischerer schrittweiser Methoden und geschützter Reaktionen synthetisiert.

Industrielle und professionelle Anwendungen von PEI

1.    Wasser- und Abwasseraufbereitung

PEI ist    ein starker kationischer Polyelektrolyt    , der Schwebeteilchen, kolloidale Partikel, anionische Farbstoffe und Schwermetallionen effektiv entfernen kann. Seine Wirkungsmechanismen umfassen:

  • Teilchenladungsgleichung

  • Brückenblock

  • Chemische Adsorption von Metallionen (wie Cu²⁺, Pb²⁺ und Ni²⁺)

PEI ist auch bei der Behandlung von Wasser mit hohem Salzgehalt oder unausgeglichenem pH-Wert stabil.

2.    Gentransfer und Nanomedizin

Eine der wichtigsten Anwendungen von linearem Polyethylenterephthalat (PEI) in der Biomedizin    ist der Transfer von DNA in Zellen    (Gentransfer). PEI bildet mit negativ geladener DNA einen Komplex und durchdringt die Zellmembran.

Besonderheit:

  • Hohe Übertragungseffizienz

  • Schützt die DNA vor enzymatischem Abbau.

  • Möglichkeit zur Größenänderung von Nanopartikeln

Mangel:

  • Potentielle Zytotoxizität (insbesondere in hochmolekularen Formen)

  • Eine sorgfältige Optimierung der Dosierung und Struktur ist erforderlich.

3.    Beschichtungen und Klebstoffe

PEI kann als Bindemittel in Epoxidklebstoffen, Korrosionsschutz- und Antistatikbeschichtungen eingesetzt werden. Seine hohe Haftung auf Metall- und Kunststoffoberflächen macht es für den Einsatz im Maschinenbau geeignet.

4.    Katalysator- und Reagenzienhalter

Die Aminostruktur von PEI ermöglicht die Bindung von Metallionen oder katalytischen Verbindungen. In organischen Reaktionen kann PEI sowohl als homogener als auch als heterogener Katalysator eingesetzt werden.

5.    Emulsions- und Nanopartikelstabilisator

In der Kosmetik-, Pharma– und Lebensmittelindustrie wird PEI als Emulgator oder Stabilisator kolloidaler Systeme verwendet.

Die Vor- und Nachteile von Prince Edward Island

Besonderheit:

  • sehr hohe chemische Reaktion

  • Fähigkeit  zur Bildung  linearer oder verzweigter Strukturen

  • Hervorragende Löslichkeit in Wasser

  • Hohe Effizienz bei der Schwermetallentfernung

  • Kann über einen weiten pH-Bereich verwendet werden.

Mangel:

  • Biologische Toxizität (insbesondere hohes Molekulargewicht)

  • Hohe Hitzeempfindlichkeit (    instabile Form)

  • Starker Amingeruch

  • Medizinische und Nanograde sind teuer.

Faktoren, die die Wahl des PEI-Typs beeinflussen

Bei der Auswahl des PEI-Typs für eine bestimmte Anwendung sollten die folgenden Faktoren berücksichtigt werden:

  • Molekulargewicht    :   PEI    ist wirksamer bei der Adhäsion und Agglomeration; PEI mit geringerem Molekulargewicht ist für den Gentransfer nützlicher.

  • Strukturtyp    : Verzweigtes PEI weist eine höhere Reaktivität auf, lineares PEI eignet sich jedoch besser für biologische Anwendungen.

  • Reinheit    : Bei biologischen und pharmazeutischen Anwendungen sind hohe Reinheit und Freiheit von Endotoxinen von größter Bedeutung.

  • Thermische und chemische Stabilität   :    Für industrielle Anwendungen ist die Temperatur- und chemische Beständigkeit von PEI sehr wichtig.

Globaler Markt und Lieferanten auf Prince Edward Island

PEI wird von Unternehmen wie BASF    (Marke Lupasol®),    Sigma-Aldrich    ,    Polysciences    und    Branched Polymers hergestellt    . Es ist als 50%ige wässrige Lösung oder als festes Pulver erhältlich.

Der zunehmende Einsatz von Nanotechnologie, fortschrittlichen Desinfektionsmethoden und Biotechnologie treibt die weltweite Nachfrage nach PEI an.

Endlich

Polyethylenimin (PEI) ist ein kationisches Polymer mit einzigartiger Struktur, das    in der chemischen, biologischen, medizinischen und Umweltindustrie weit    verbreitet ist. Seine einzigartigen Eigenschaften, wie hohe Aminogruppendichte, Wasserlöslichkeit und hohe Reaktivität, machen es zur idealen Wahl für komplexe industrielle Prozesse.

Mit der Entwicklung neuer Technologien, wie der Nanotechnologie, wird die Verwendung von PEI weiter zunehmen. Um den Nutzen dieses Polymers zu maximieren, muss jedoch besonderes Augenmerk auf Sicherheit, Toxizität und Strukturauswahl gelegt werden.