Polyethylenimin findet zahlreiche Anwendungen in Produkten wie Waschmitteln, Klebstoffen, Wasserbehandlungsmitteln und Kosmetika. Aufgrund seiner Fähigkeit, die Oberfläche von Zellulosefasern zu modifizieren, wird PEI als Nassfestigkeitsmittel bei der Papierherstellung eingesetzt. Es wird auch als Flockungsmittel mit Kieselsolen und als Chelatbildner mit der Fähigkeit, Metallionen wie Zink und Zirkonium zu komplexieren, verwendet. Es gibt auch andere hochspezialisierte PEI-Anwendungen:
BiologieEdit
PEI hat eine Reihe von Verwendungen in der Laborbiologie, insbesondere in der Gewebekultur, aber es ist auch toxisch für Zellen, wenn es im Übermaß verwendet wird. Die Toxizität beruht auf zwei verschiedenen Mechanismen, der Zerstörung der Zellmembran, die zum nekrotischen Zelltod führt (unmittelbar), und der Zerstörung der Mitochondrienmembran nach der Internalisierung, die zur Apoptose führt (verzögert).
AnheftungsfördererEdit
Polyethylenimine werden in der Zellkultur von schwach verankerten Zellen verwendet, um die Anheftung zu erhöhen. PEI ist ein kationisches Polymer; die negativ geladenen Außenflächen von Zellen werden von mit PEI beschichteten Schalen angezogen, was eine stärkere Bindung zwischen den Zellen und der Platte erleichtert.
TransfektionsreagenzEdit
Poly(ethylenimin) war nach Poly-l-Lysin das zweite polymere Transfektionsmittel, das entdeckt wurde. PEI kondensiert DNA zu positiv geladenen Partikeln, die sich an anionische Zelloberflächenreste binden und durch Endozytose in die Zelle gebracht werden. In der Zelle angekommen, führt die Protonierung der Amine zu einem Zustrom von Gegenionen und zu einer Senkung des osmotischen Potenzials. Es kommt zu einer osmotischen Schwellung und zum Platzen des Vesikels, wodurch der Polymer-DNA-Komplex (Polyplex) in das Zytoplasma freigesetzt wird. Wenn sich der Polyplex entpackt, kann die DNA frei zum Zellkern diffundieren.
Permeabilisierung gramnegativer BakterienEdit
Poly(ethylenimin) ist auch ein wirksamer Permeabilisator für die äußere Membran gramnegativer Bakterien.
CO2-AbscheidungEdit
Sowohl lineares als auch verzweigtes Polyethylenimin wurde für die CO2-Abscheidung verwendet, häufig über porösen Materialien imprägniert. Der erste Einsatz von PEI-Polymeren in der CO2-Abscheidung diente der Verbesserung der CO2-Entfernung in Raumfahrtanwendungen, wobei eine Polymermatrix imprägniert wurde. Danach wurde das Trägermaterial durch MCM-41, ein hexagonales mesostrukturiertes Siliziumdioxid, ersetzt, und große Mengen PEI wurden im so genannten „Molekülkorb“ zurückgehalten. MCM-41-PEI-Adsorptionsmaterialien führten zu höheren CO2-Adsorptionskapazitäten als PEI in loser Schüttung oder MCM-41-Material einzeln betrachtet. Die Autoren behaupten, dass in diesem Fall ein Synergieeffekt aufgrund der hohen PEI-Dispersion in der Porenstruktur des Materials auftritt. Infolge dieser Verbesserung wurden weitere Arbeiten entwickelt, um das Verhalten dieser Materialien eingehender zu untersuchen. Ausführliche Arbeiten konzentrierten sich auf die CO2-Adsorptionskapazität sowie die CO2/O2- und CO2/N2-Adsorptionsselektivität verschiedener MCM-41-PEI-Materialien mit PEI-Polymeren. Außerdem wurde die PEI-Imprägnierung auf verschiedenen Trägern wie einer Glasfasermatrix und Monolithen getestet. Für eine angemessene Leistung unter realen Bedingungen bei der Abscheidung nach der Verbrennung (milde Temperaturen zwischen 45-75 °C und das Vorhandensein von Feuchtigkeit) ist es jedoch notwendig, thermisch und hydrothermisch stabile Siliziumdioxidmaterialien wie SBA-15 zu verwenden, das ebenfalls eine hexagonale Mesostruktur aufweist. Bei der Verwendung von PEI-imprägnierten Materialien zur Adsorption von CO2 aus der Luft wurden auch Feuchtigkeit und reale Bedingungen getestet.
Ein detaillierter Vergleich zwischen PEI und anderen aminohaltigen Molekülen zeigte eine hervorragende Leistung von PEI-haltigen Proben mit Zyklen. Außerdem wurde nur ein geringer Rückgang der CO2-Aufnahme bei einer Erhöhung der Temperatur von 25 auf 100 °C festgestellt, was einen hohen Beitrag der Chemisorption zur Adsorptionskapazität dieser Feststoffe belegt. Aus demselben Grund lag die Adsorptionskapazität unter verdünntem CO2 bei bis zu 90 % des Wertes unter reinem CO2, und es wurde auch eine hohe unerwünschte Selektivität gegenüber SO2 beobachtet. In letzter Zeit wurden zahlreiche Anstrengungen unternommen, um die PEI-Diffusion innerhalb der porösen Struktur des verwendeten Trägers zu verbessern. Eine bessere Dispersion von PEI und eine höhere CO2-Effizienz (CO2/NH-Molverhältnis) wurden durch Imprägnierung eines PE-MCM-41-Materials mit Schabloneneinschluss anstelle der perfekten zylindrischen Poren eines kalzinierten Materials erreicht, wobei eine zuvor beschriebene Route verwendet wurde. Die kombinierte Verwendung von Organosilanen wie Aminopropyltrimethoxysilan, AP und PEI wurde ebenfalls untersucht. Beim ersten Ansatz wurde eine Kombination dieser Stoffe zur Imprägnierung poröser Träger verwendet, wodurch eine schnellere CO2-Adsorptionskinetik und eine höhere Stabilität während der Wiederverwendungszyklen, jedoch keine höheren Wirkungsgrade erzielt wurden. Eine neuartige Methode ist die so genannte „Doppelfunktionalisierung“. Sie basiert auf der Imprägnierung von Materialien, die zuvor durch Pfropfung (kovalente Bindung von Organosilanen) funktionalisiert wurden. Die auf beiden Wegen eingebrachten Aminogruppen haben synergetische Effekte gezeigt und eine hohe CO2-Aufnahme von bis zu 235 mg CO2/g (5,34 mmol CO2/g) erreicht. Die CO2-Adsorptionskinetik wurde ebenfalls für diese Materialien untersucht und zeigte ähnliche Adsorptionsraten wie bei imprägnierten Feststoffen. Dies ist ein interessantes Ergebnis, wenn man das kleinere Porenvolumen der doppelt funktionalisierten Materialien berücksichtigt. Daraus lässt sich auch schließen, dass die höhere CO2-Aufnahme und -Effizienz im Vergleich zu imprägnierten Feststoffen eher auf einen Synergieeffekt der durch zwei Methoden (Pfropfung und Imprägnierung) eingebauten Aminogruppen als auf eine schnellere Adsorptionskinetik zurückzuführen ist.
Modifizierungsmittel mit niedriger Arbeitsfunktion für die ElektronikEdit
Poly(ethylenimin) und ethoxyliertes Poly(ethylenimin) (PEIE) wurden von Zhou und Kippelen et al. als wirksame Modifizierungsmittel mit niedriger Arbeitsfunktion für die organische Elektronik nachgewiesen. Sie können die Arbeitsfunktion von Metallen, Metalloxiden, leitenden Polymeren und Graphen usw. universell reduzieren. Es ist sehr wichtig, dass durch die PEI- oder PEIE-Modifikation leitfähige Polymere mit niedriger Arbeitsfunktion in Lösung hergestellt werden können. Auf der Grundlage dieser Entdeckung wurden die Polymere in großem Umfang für organische Solarzellen, organische Leuchtdioden, organische Feldeffekttransistoren, Perowskit-Solarzellen, Perowskit-Leuchtdioden, Quantenpunkt-Solarzellen und Leuchtdioden usw. verwendet.