Войти
иономер () (iono- + -mer ) представляет собой полимер состоящий из повторяющихся звеньев как электрически нейтральных повторяющихся звеньев, так и ионизированных звеньев, ковалентно связанных с основной цепью полимера в виде боковой группы фрагментов. Обычно ионизировано не более 15 мольных процентов. Ионизированные звенья часто представляют собой группы карбоновых кислот.
Классификация полимера как иономера зависит от уровня замещения ионных групп, а также от того, как ионные группы включены в структуру полимера. Например, полиэлектролиты также имеют ионные группы, ковалентно связанные с основной цепью полимера, но имеют гораздо более высокий уровень молярного замещения ионных групп (обычно более 80%); ионены представляют собой полимеры, в которых ионные группы являются частью реальной полимерной основы. Эти два класса полимеров, содержащих ионные группы, имеют существенно разные морфологические и физические свойства и поэтому не считаются иономерами.
Иономеры обладают уникальными физическими свойствами, включая электропроводность и вязкость - увеличение вязкости раствора иономера с повышением температуры (см. проводящий полимер ). Иономеры также обладают уникальными морфологическими свойствами, поскольку основная цепь неполярного полимера энергетически несовместима с полярными ионными группами. В результате ионные группы в большинстве иономеров будут подвергаться микрофазному разделению с образованием богатых ионами доменов.
Коммерческие применения иономеров включают покрытия мячей для гольфа, полупроницаемые мембраны, герметизирующую ленту и термопластичные эластомеры. Общие примеры иономеров включают сульфонат полистирола, нафион и.
ИЮПАК определение Иономер : полимер, состоящий из молекул иономера.Молекула иономера : макромолекула, в которой небольшое, но. значительная часть структурных единиц имеет ионизируемые. или ионные группы, или и то, и другое.
Примечание: некоторые белковые молекулы могут быть классифицированы как молекулы иономера..Обычно синтез иономера состоит из двух стадий - введения кислотных групп в основную цепь полимера и нейтрализации некоторых кислотных групп катионом металла. В очень редких случаях введенные группы уже нейтрализованы катионом металла. Первый шаг (введение кислотных групп) можно выполнить двумя способами; нейтральный неионный мономер может быть сополимеризован с мономером, который содержит боковые кислотные группы, или кислотные группы могут быть добавлены к неионному полимеру посредством постреакционных модификаций. Например, этилен-метакриловая кислота и сульфированный перфторуглерод (нафион) синтезируются путем сополимеризации, в то время как сульфонат полистирола синтезируется путем постреакционных модификаций.
В большинстве случаев кислотная форма сополимера синтезируется (т.е. 100% групп карбоновой кислоты нейтрализуются катионами водорода), и иономер образуется путем последующей нейтрализации соответствующим катионом металла. Идентичность нейтрализующего катиона металла влияет на физические свойства иономера; Наиболее часто используемые катионы металлов (по крайней мере, в академических исследованиях) - это цинк, натрий и магний. Нейтрализация или иономеризация также может быть осуществлена двумя способами: кислотный сополимер может быть смешан в расплаве с основным металлом или нейтрализация может быть достигнута с помощью процессов в растворе. Первый метод является коммерчески предпочтительным. Однако, поскольку коммерческие производители неохотно делятся своими процедурами, мало что известно о точных условиях процесса нейтрализации смешения расплава, кроме того, что гидроксиды обычно используются для получения катиона металла. Последний процесс нейтрализации раствора обычно используется в академических условиях. Кислотный сополимер растворяют и к этому раствору добавляют основную соль с соответствующим катионом металла. Если растворение кислотного сополимера затруднено, достаточно простого набухания полимера в растворителе, хотя растворение всегда предпочтительно. Поскольку основные соли полярны и не растворяются в неполярных растворителях, используемых для растворения большинства полимеров, часто используются смешанные растворители (например, толуол / спирт 90:10).
Уровень нейтрализации должен быть определен после синтеза иономера, поскольку изменение уровня нейтрализации изменяет морфологические и физические свойства иономера. Один из методов, используемых для этого, заключается в изучении высоты пика инфракрасных колебаний кислотной формы. Однако при определении высоты пика может быть существенная ошибка, особенно потому, что небольшое количество воды появляется в одном и том же диапазоне волновых чисел. Другой метод, который можно использовать, - это титрование кислотных групп, хотя в некоторых системах это невозможно.
Surlyn - торговая марка иономерной смолы, созданной DuPont, сополимера этилена и метакриловой кислоты <26.>Используется как лакокрасочный и упаковочный материал. DuPont нейтрализует кислоту с помощью NaOH, получая натриевую соль. Кристаллы иономеров этилена-метакриловой кислоты демонстрируют двойное плавление.
За счет образования комплексов с ионами металлов в полимерной матрице увеличивается прочность и ударная вязкость иономерной системы. Некоторые области применения, в которых иономеры использовались для повышения ударной вязкости всей системы, включают покрытия, адгезивы, ударопрочность и термопласты, одним из наиболее известных примеров является использование Surlyn во внешнем слое мячей для гольфа. Иономерное покрытие улучшает прочность, аэродинамику и долговечность мячей для гольфа, увеличивая их срок службы. Иономеры также могут быть смешаны со смолами для увеличения когезионной прочности без снижения общей липкости смолы, создавая чувствительные к давлению клеи для множества применений, включая клеи на основе воды или растворителей. Иономеры, в которых используются цепи поли (этилен-метакриловая кислота), также могут использоваться в пленочной упаковке из-за их прозрачности, прочности, гибкости, устойчивости к окрашиванию, высокой газопроницаемости и низкой температуры герметизации. Эти качества также обусловливают высокий спрос на использование иономеров в материалах для упаковки пищевых продуктов.
При добавлении иона к определенному проценту полимерной цепи вязкость иономера увеличивается. Такое поведение может сделать иономеры хорошим загущающим материалом для применений в буровых растворах, где система работает при низкой скорости сдвига. Использование иономера для увеличения вязкости системы помогает предотвратить разжижение бурового раствора при сдвиге, особенно при более высоких рабочих температурах.
Другое применение включает способность иономера повышать совместимость полимерных смесей. Это явление обусловлено термодинамикой и достигается за счет введения специфических взаимодействий между функциональными группами, которые становятся все более благоприятными в присутствии иона металла. Смешиваемость может быть обусловлена не только все более благоприятной реакцией между функциональными группами на двух разных полимерах, но также наличием сильного отталкивающего взаимодействия между нейтральными и ионными частицами, присутствующими в иономере, что может побудить одну из этих разновидностей к большей смешиваемости с разновидность другого полимера в смеси. Некоторые иономеры использовались для приложений с памятью формы, что означает, что материал имеет фиксированную форму, которую можно преобразовать, используя внешние напряжения выше критической температуры, и охладить, а затем восстановить исходную форму, когда температура превысит критическую, и дать возможность остыть без внешних напряжений.. Иономеры могут образовывать как химические, так и физические поперечные связи, которые можно легко модифицировать при умеренных температурах обработки, они менее плотны, чем сплавы с памятью формы, и имеют более высокие шансы быть биосовместимыми для биомедицинских устройств.
Некоторые недавние применения иономеров включают использование в качестве ионоселективных мембран во множестве электрических и энергетических приложений. Примеры включают катионообменную мембрану для топливных элементов, которая позволяет только протонам или определенным ионам пересекать мембрану, водный электролизер мембрана с полимерным электролитом (PEM) для оптимизации равномерного покрытия катализатора на поверхностях мембраны, проточный окислительно-восстановительный сепаратор батареи, электродиализ, в котором ионы переносятся между растворами с помощью иономерной мембраны, и электрохимические компрессоры водорода для повышения прочности мембраны по отношению к перепадам давления, которые могут возникать в компрессор.
