La polietilenimina trova molte applicazioni in prodotti come: detergenti, adesivi, agenti di trattamento dell’acqua e cosmetici. Grazie alla sua capacità di modificare la superficie delle fibre di cellulosa, la PEI è impiegata come agente di resistenza all’umidità nel processo di fabbricazione della carta. Viene anche usato come agente flocculante con solidi di silice e come agente chelante con la capacità di complessare ioni metallici come lo zinco e lo zirconio. Ci sono anche altre applicazioni PEI altamente specializzate:
BiologiaModifica
PEI ha una serie di usi in biologia di laboratorio, in particolare la cultura dei tessuti, ma è anche tossico per le cellule se usato in eccesso. La tossicità è dovuta a due diversi meccanismi, la rottura della membrana cellulare che porta alla morte necrotica delle cellule (immediata) e la rottura della membrana mitocondriale dopo l’internalizzazione che porta all’apoptosi (ritardata).
Promotore dell’attaccoModifica
Le polietilenimine sono usate nella coltura cellulare di cellule debolmente ancorate per aumentare l’attaccamento. Il PEI è un polimero cationico; le superfici esterne negativamente caricate delle cellule sono attratte dai piatti rivestiti di PEI, facilitando un più forte attaccamento tra le cellule e il piatto.
Reagente di trasfezioneModifica
La polietilenimina è stato il secondo agente di trasfezione polimerico scoperto, dopo la poli-lisina. La PEI condensa il DNA in particelle caricate positivamente, che si legano a residui anionici della superficie cellulare e vengono portate nella cellula tramite endocitosi. Una volta all’interno della cellula, la protonazione delle ammine provoca un afflusso di contro-ioni e un abbassamento del potenziale osmotico. Il rigonfiamento osmotico risulta e fa scoppiare la vescicola rilasciando il complesso polimero-DNA (poliplex) nel citoplasma. Se il poliplex si disfa, allora il DNA è libero di diffondersi nel nucleo.
Permeabilizzazione dei batteri gram negativiModifica
La polietilenimina è anche un efficace permeabilizzatore della membrana esterna dei batteri Gram negativi.
Cattura di CO2Modifica
Polietilenimina sia lineare che ramificata è stata usata per la cattura di CO2, spesso impregnata su materiali porosi. Il primo uso del polimero PEI nella cattura della CO2 è stato dedicato a migliorare la rimozione della CO2 nelle applicazioni spaziali, impregnato su una matrice polimerica. In seguito, il supporto è stato cambiato in MCM-41, una silice mesostrutturata esagonale, e grandi quantità di PEI sono state trattenute nel cosiddetto “cesto molecolare”. I materiali adsorbenti MCM-41-PEI hanno portato a capacità di adsorbimento di CO2 più elevate rispetto al PEI sfuso o al materiale MCM-41 considerato individualmente. Gli autori sostengono che, in questo caso, si verifica un effetto sinergico dovuto all’elevata dispersione del PEI all’interno della struttura porosa del materiale. Come risultato di questo miglioramento, sono stati sviluppati ulteriori lavori per studiare più in profondità il comportamento di questi materiali. Lavori esaustivi si sono concentrati sulla capacità di adsorbimento di CO2 e sulla selettività di adsorbimento di CO2/O2 e CO2/N2 di diversi materiali MCM-41-PEI con polimeri PEI. Inoltre, l’impregnazione di PEI è stata testata su diversi supporti come una matrice di fibra di vetro e monoliti. Tuttavia, per una performance adeguata in condizioni reali nella cattura post-combustione (temperature miti tra 45-75 °C e presenza di umidità) è necessario utilizzare materiali di silice termicamente e idrotermicamente stabili, come SBA-15, che presenta anche una mesostruttura esagonale. Anche l’umidità e le condizioni del mondo reale sono state testate quando si utilizzano materiali impregnati di PEI per adsorbire CO2 dall’aria.
Un confronto dettagliato tra PEI e altre molecole contenenti amino ha mostrato una performance eccellente dei campioni contenenti PEI con i cicli. Inoltre, solo una leggera diminuzione è stata registrata nel loro assorbimento di CO2 quando si è aumentata la temperatura da 25 a 100 °C, dimostrando un alto contributo di chemisorbimento alla capacità di adsorbimento di questi solidi. Per lo stesso motivo, la capacità di adsorbimento sotto CO2 diluita era fino al 90% del valore sotto CO2 pura e inoltre, è stata osservata un’alta selettività indesiderata verso SO2. Ultimamente, molti sforzi sono stati fatti per migliorare la diffusione del PEI all’interno della struttura porosa del supporto utilizzato. Una migliore dispersione del PEI e una maggiore efficienza della CO2 (rapporto molare CO2/NH) sono state ottenute impregnando un materiale PE-MCM-41 con un template piuttosto che con pori cilindrici perfetti di un materiale calcinato, seguendo un percorso precedentemente descritto. È stato anche studiato l’uso combinato di organosilani come l’aminopropyl-trimethoxysilane, AP, e PEI. Il primo approccio ha usato una combinazione di essi per impregnare i supporti porosi, ottenendo una cinetica di assorbimento di CO2 più veloce e una maggiore stabilità durante i cicli di riutilizzo, ma non una maggiore efficienza. Un nuovo metodo è la cosiddetta “doppia funzionalizzazione”. Si basa sull’impregnazione di materiali precedentemente funzionalizzati per innesto (legame covalente di organosilani). I gruppi amminici incorporati da entrambi i percorsi hanno mostrato effetti sinergici, raggiungendo elevati assorbimenti di CO2 fino a 235 mg CO2/g (5,34 mmol CO2/g). La cinetica di adsorbimento della CO2 è stata studiata anche per questi materiali, mostrando tassi di adsorbimento simili a quelli dei solidi impregnati. Questo è un risultato interessante, tenendo conto del minore volume dei pori disponibile nei materiali a doppia funzionalizzazione. Quindi, si può anche concludere che il loro maggiore assorbimento ed efficienza di CO2 rispetto ai solidi impregnati può essere attribuito a un effetto sinergico dei gruppi amminici incorporati con due metodi (innesto e impregnazione) piuttosto che a una cinetica di adsorbimento più veloce.
Modificatore a bassa funzione di lavoro per l’elettronicaModifica
Poli (etilenimina) e poli (etilenimina) etossilati (PEIE) sono stati dimostrati come efficaci modificatori a bassa funzione di lavoro per l’elettronica organica da Zhou e Kippelen et al. Potrebbe ridurre universalmente la funzione di lavoro di metalli, ossidi di metallo, polimeri conduttori e grafene, e così via. È molto importante che il polimero conduttore a bassa funzione di lavoro elaborato in soluzione possa essere prodotto dalla modifica PEI o PEIE. Sulla base di questa scoperta, i polimeri sono stati ampiamente utilizzati per celle solari organiche, diodi organici ad emissione di luce, transistor organici ad effetto campo, celle solari di perovskite, diodi ad emissione di luce di perovskite, celle solari a punti quantici e diodi ad emissione di luce ecc.