Кіріспе

Көптеген ионды немесе иондалатын функционалдық топтарды қамтитын полимер Ионом (, / aɪ / ' / ɑː / n / ə / m /ər /) (ионо + мер) - полимерлік тірекке ковалентті түрде ілеспе топтар ретінде қосылған электрлік нейтрал қайталанатын бірліктер мен иондалған бірліктердің қайталану бірліктері. Әдетте 15 мол пайыздан артық иондалмайды. Иондалған бірліктер көбінесе карбоксил қышқыл топтары болып табылады. Полимерді иономер ретінде жіктеу иондық топтардың алмасу деңгейіне және иондық топтардың полимер құрылымына қалай қосылуына байланысты. Мысалы, полиэлектролиттерде полимерлік тірек сүйегіне ковалентті түрде байланған иондық топтар бар, бірақ иондық топтардың молярлық ауыстыру деңгейі әлдеқайда жоғары (әдетте 80% -дан жоғары); ионондар - иондық топтар нақты полимерлік тірек сүйегінің бөлігі болып табылатын полимерлер. Полимерлерді құрайтын иондық топтың бұл екі класы морфологиялық және физикалық қасиеттері өте әртүрлі, сондықтан иономерлер деп саналмайды. Иономерлердің ерекше физикалық қасиеттері бар, соның ішінде электр өткізгіштігі мен тұтқырлығы бар. Иономерлердің ерекше морфологиялық қасиеттері бар, өйткені полярлы емес полимерлік тіректік желі полярлы иондық топтармен энергетикалық үйлесімсіз. Нәтижесінде иономерлердің көпшілігіндегі иондық топтар иондық бай домендерді қалыптастыру үшін микрофазалық бөлінуден өтеді. Иономерлерді коммерциялық қолдануда гольф доптарының қаптамалары, жартылай өткізгіш мембраналар, тығыздау ленталары және термопластикалық эластомерлер бар. Иономерлердің кең таралған мысалдары полистирол сульфонаты, Nafion және Hycar.

Синтез

Әдетте ионом синтезі екі қадамнан тұрады: қышқыл топтарын полимерлік тірекке енгізу және кейбір қышқыл топтарын металл катион арқылы бейтараптандыру. Өте сирек жағдайларда енгізілген топтар металл катион арқылы бейтараптандырылады. Бірінші қадам (қышқыл топтарын енгізу) екі жолмен орындалуы мүмкін; бейтарап ионды емес мономерді салқындатқыш қышқыл топтарын қамтитын мономермен сополимерлеуге болады немесе реакциядан кейінгі модификациялар арқылы ионды емес полимерге қышқыл топтарын қосуға болады. Мысалы, этилен метакрил қышқылы мен сульфондалған перфторкарбон (Нафион) сополимерлеу арқылы синтезделеді, ал полистирол сульфонаты реакциядан кейінгі модификациялар арқылы синтезделеді. Көп жағдайда, сополимердің қышқыл түрі синтезделеді (яғни 100% карбоксил қышқыл топтары сутек катиондарымен бейтараптандырылады) және иономер тиісті металл катион арқылы кейінгі бейтараптандыру арқылы қалыптасады. Бейтараптандырушы металл катионның сәйкестігі иономның физикалық қасиеттеріне әсер етеді; ең көп қолданылатын металл катиондар (кем дегенде академиялық зерттеулерде) мырыш, натрий және магний. Бейтараптандыру немесе иономерлеу екі жолмен жүзеге асырылуы мүмкін: қышқыл сополимерін негізгі металлмен араластырып балқыту немесе бейтараптандыруды ерітінді процестері арқылы жүзеге асыру. Бірінші әдіс коммерциялық тұрғыдан артықшылыққа ие. Алайда, коммерциялық өндірушілер өздерінің процедураларымен бөлісуге дайын болмағандықтан, металл катионды беру үшін гидроксидтер пайдаланылатынынан басқа, балқытылған қоспаны бейтараптандыру процесінің нақты шарттары туралы аз мәлімет бар. Соңғы шешімді бейтараптандыру процесі әдетте академиялық жағдайда қолданылады. Қышқыл сополимері ерітіліп, осы ерітіндіге тиісті металл катионы бар негізгі тұз қосылады. Қышқыл сополимердің еріуі қиын болған жағдайда, полимерді еріткіште жай ғана үрлеу жеткілікті, бірақ еріту әрқашан артықшылыққа ие. Негізгі тұздар полярлы болғандықтан және полимерлердің көпшілігін еріту үшін қолданылатын полярлы емес еріткіштерде ерімейді, сондықтан аралас еріткіштер (мысалы, 90:10 толуол / спирт) жиі қолданылады. Иономер синтезделгеннен кейін нейтрализация деңгейін анықтау керек, өйткені нейтрализация деңгейінің өзгеруі иономердің морфологиялық және физикалық қасиеттерін өзгертеді. Мұны істеудің бір әдісі қышқыл түрінің инфрақызыл тербелістерінің биіктігін зерттеу. Алайда, биіктікті анықтау кезінде елеулі қателік болуы мүмкін, әсіресе, судың аз мөлшері бір толқындық диапазонда пайда болғандықтан. Қышқыл топтарын титрлеу - бұл кейбір жүйелерде мүмкін болмаса да, қолданылуы мүмкін тағы бір әдіс.

Сурлин

Surlyn - DuPont компаниясы жасаған иономды шайырдың бренд атауы, ол этилен мен метакрил қышқылының сополимері, ол қаптама және қаптама материалы ретінде қолданылады. Дюпон қышқышты NaOH-пен бейтараптандырып, натрий тұзын алады. Этилен метакрил қышқылының иономерлерінің кристалдары қос балқу мінез-құлқын көрсетеді.

Қолдану

Полимерлік матрицаға металл иондарын кешендеу арқылы иономдық жүйенің беріктігі мен беріктігі артады. Жалпы жүйенің беріктігін арттыру үшін иономерлер пайдаланылған кейбір қосымшаларға төсемдер, жабысқақтар, әсерді өзгерту және термопластиктер кіреді, ең танымал мысалдардың бірі - гольф доптарының сыртқы қабатында Сурлинді қолдану. Иономерлік қаптама гольф доптарының беріктігін, аэродинамикалық қасиеттерін және беріктігін жақсартады, олардың өмір сүру мерзімін ұзартады. Иономерлерді шайырмен біріктіру күшін азайта алмай, шайырдың жалпы жабысқақтығын арттыруға, әр түрлі қолданбалар үшін қысымға сезімтал желімдер, соның ішінде су немесе еріткіш негізіндегі желімдер жасау үшін қоспалауға болады. Полиэтилен метакрилді қышқыл) тізбектерін пайдаланатын иономдар олардың мөлдірлігі, беріктігі, икемділігі, бояуға төзімділігі, жоғары газ өткізгіштігі және төменгі бекіту температурасы бойынша пленкалы қаптамаларда да қолданылуы мүмкін. Бұл қасиеттер сондай-ақ иономерлерді азық-түліктерді қаптау материалдарында қолдануға деген жоғары сұранысқа әкеледі. Редокстік ағыны бар аккумуляторды бөлуші, иономерлік мембрананы қолдана отырып, иондарды ерітінділер арасында тасымалдайтын электродиализ және мембрананың электр химиялық сутек компрессорлары, компрессордың ішінде пайда болатын қысым айырмашылығына қарсы беріктілігін арттыру үшін.