[发明专利]通过使用聚电解质多层，形成并固定微粒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在过滤器基底上形成并固定微粒(small particle)的方法。

背景技术

小尺寸的颗粒，例如纳米颗粒和低于数微米的颗粒对于水的纯化来说，具有重大的技术重要性。由于它们的尺寸小和表面积高，因此，它们具有独特的性能，其中之一包括高度有效。然而，在实践中，它们难以处理并回收。难以将这些微粒固定在用于水过滤器的基底上。

在光学应用中，金属银纳米颗粒可以在聚电解质多层(PEM)内，在聚苯乙烯组织-培养(tissue-culture)基底和石英晶片上合成。PEM最初在基底上形成，然后银离子扩散到PEM内并还原成银的金属纳米颗粒。这些纳米颗粒被包埋在PEM内，在此它们被固定。

聚电解质是其重复单元带有电解质基团的聚合物。重复单元是聚合物链的最简单的结构实体(entity)且定义了聚合物的结构。聚合物以与项链珠粒类似的方式，由沿着所述链依次键接在一起的数个重复单元组成。然而，重复单元不要与单体混淆，单体是指聚合物由其合成的小分子。

最简单的重复单元之一是聚乙烯的重复单元：

-[CH₂-CH₂-]_n-

聚丙烯的重复单元为：

-[CH₂-CH(CH₃)]_n-

下标n表示聚合度或者键接在一起的单元数目。重复单元的分子量，MR，简单地是在所述重复单元内原子的原子质量之和。所述链的分子量恰恰是nMR的乘积。

这些基团在水溶液(水)内将解离，从而使得聚合物带电荷。聚电解质性能因此类似于电介质(盐)和聚合物(高分子量化合物)，且有时称为聚盐(polysalts)。与盐一样，它们的溶液是导电的。与聚合物一样，它们的溶液常常是粘性的。通常存在于软质物质体系内的带电荷的分子链，在决定各种分子组装体的结构、稳定性和相互作用方面扮演着重要的作用。描述它们的统计学性能的理论方法完全不同于它们的电中性对应物，而它们的独特性能被用于宽泛范围的技术和工业领域中。然而，它们的主要作用之一似乎是在生物和生物化学中起到的作用。许多生物分子是聚电解质。例如，多肽(因此所有的蛋白质)和DNA是聚电解质。天然和合成的聚电解质二者在各种工业中使用。

聚电解质具有数种实用的应用，它们主要涉及改性水溶液和凝胶的流动和稳定性能。例如，它们可用于或者稳定胶态悬浮液，或者引发絮凝(沉淀)。它们也可用于赋予中性颗粒表面电荷，从而使得它们能在水溶液内分散。因此，它们常常用作增稠剂，乳化剂，调理剂，絮凝剂和甚至减阻剂。它们用于水处理和用于油回收。许多皂类，香波，和化妆品掺入聚电解质。此外，它们被加入到许多食品和混凝土混合物(超级增塑剂)中。在食品标签上出现的一些聚电解质是果胶，卡拉胶，藻酸盐，聚乙烯基吡咯烷酮，和羧甲基纤维素。除了最后两种以外的所有物质是天然来源的。

水溶性的聚电解质具有生物化学和医疗应用，例如使用生物相容的聚电解质以供植入物涂布和控制药物释放。

酸被分类为或者弱酸或者强酸(和类似地，碱可以是或者弱碱或者强碱)。类似地，聚电解质可分成“弱”和“强”的类型。“强”的聚电解质是对于大多数合理的pH值来说，在溶液中完全解离的聚电解质。相反，“弱”的聚电解质的解离常数(pKa或pKb)范围为约2-约10，这意味着它将在中间pH下部分解离。因此，弱的聚电解质在溶液中没有完全带电，而且可通过改变溶液pH、抗衡离子的浓度或离子强度(ionic strength)，来改性它们的部分电荷。

聚电解质溶液的物理性能通常强烈地受到这一荷电程度的影响。由于聚电解质的解离释放抗衡离子，因此这必然会影响溶液的离子强度，和反过来影响其它性能，例如导电性。

当混合两种相反电荷的聚合物的溶液(亦即，聚阳离子和聚阴离子之一的溶液)时，通常形成庞大的复合物(complex)(沉淀)。它的出现是因为相反电荷的聚合物彼此吸引且不可逆地结合在一起。