아이오노머

Ionomer

아이노머(//aɪˈɑnəmər/) (iono- + -mer)는 전기적으로 중립적인 반복 유닛과 이온화된 유닛의 반복 유닛으로 구성되는 폴리머로, 폴리머 백본에 펜던트 그룹 모이티로 균일하게 결합된다. 보통 15 몰 이하가 이온화된다. 이온화 단위는 흔히 카르복실산 그룹이다.

폴리머를 아이오노머로 분류하는 것은 이오닉 그룹의 대체 수준뿐만 아니라 이오닉 그룹이 폴리머 구조에 어떻게 통합되는가에 달려 있다. 예를 들어, 폴리 전립체는 또한 이온 그룹을 폴리머 백본에 균일하게 결합하지만 훨씬 더 높은 이온 그룹 어금니 치환 수준(보통 80% 이상)을 가지고 있다. 이오닌은 이온 그룹이 실제 폴리머 백본의 일부인 폴리머이다. 이 두 종류의 이온그룹 함유 폴리머는 형태학적, 물리적 특성이 매우 다르기 때문에 이오노머로 간주되지 않는다.

아이오노머는 전기 전도도와 점도를 포함한 고유한 물리적 특성을 가지고 있으며, 온도가 증가함에 따라 아이오노머 용액의 점도가 증가한다(전도 고분자 참조). 또한 비극성 고분자 백본은 극성 이오닉 그룹과 정력적으로 양립할 수 없기 때문에 이오노머는 독특한 형태학적 특성을 가지고 있다. 결과적으로, 대부분의 아이오노머에서 이오노믹 그룹은 이오닉이 풍부한 도메인을 형성하기 위해 마이크 분리를 겪게 될 것이다.

아이오노머의 상업적 용도는 골프공 덮개, 반과속성 막, 실링 테이프, 열가소성 탄소 탄성기 등이다. 아이오노머의 일반적인 예로는 폴리스티렌 설폰산염, 나피온, 하이카가 있다.

IUPAC 정의

Ionomer: 아이오노머 분자로 구성된 폴리머.[1]

Ionomer 분자: 작지만 작은 미립자.
상당한 비율의 헌법 단위들이 이온화 가능하다.
이온 그룹이나 둘 다야

참고: 일부 단백질 분자는 아이노머로 분류될 수 있다.
분자[2]

합성

보통 아이오노머 합성은 두 단계로 구성된다. 즉, 폴리머 백본에 대한 산성군의 도입과 금속 양이온에 의한 일부 산성군의 중성화. 매우 드문 경우로, 도입된 집단은 이미 금속 세관에 의해 중화된다. 첫 번째 단계(산 그룹의 도입)는 두 가지 방법으로 이루어질 수 있다. 중성 비이온성 단층체와 펜던트산 그룹을 포함하는 모노머를 결합시킬 수 있거나 산 그룹을 반응 후 수정을 통해 비이온성 고분자에 추가할 수 있다. 예를 들어 에틸렌-메타크릴산, 황화과불화과불화과불화탄소(나피온)는 복합화를 통해 합성되는 반면 폴리스티렌술폰산염은 반응 후 수정을 통해 합성된다.

대부분의 경우, 복합체의 산성 형태가 합성되며(즉, 카복실산 그룹의 100%는 수소 양이온에 의해 중화된다) 적절한 금속 양이온에 의한 후속 중성화를 통해 이노머가 형성된다. 중화 금속 양이온의 정체는 아이오노머의 물리적 특성에 영향을 미친다; 가장 일반적으로 사용되는 금속 양이온(최소한 학술적 연구에서)은 아연, 나트륨, 마그네슘이다. 중성화 또는 이노머라이징은 두 가지 방법으로도 이루어질 수 있다: 산성 복합체를 기본 금속과 혼합할 수 있다. 또는 솔루션 프로세스를 통해 중성화할 수 있다. 이전 방식이 상업적으로 선호된다. 그러나 상업용 제조업체들이 절차 공유를 꺼리고 있어 수산화물이 금속 계통을 제공하기 위해 일반적으로 사용되는 것 외에 용융 미화 중성화 공정의 정확한 조건에 대해서는 알려진 바가 거의 없다. 후자의 솔루션 중화 과정은 일반적으로 학문적 환경에서 사용된다. 산성 복합체가 용해되고 적절한 금속 양이온을 포함한 기본 소금이 이 용액에 첨가된다. 산성 복합체의 용해가 어려운 경우에는 용매에 중합체를 붓기만 하면 충분하지만 용해하는 것이 항상 선호된다. 기본 염분은 극성이며 대부분의 중합체를 용해하는 데 사용되는 비극성 용매에 용해되지 않기 때문에 혼합 용매(예: 90:10 톨루엔/알코올)를 사용하는 경우가 많다.

중성화 수준은 중성화 수준에 따라 아이노머의 형태학적 및 물리적 특성이 달라지기 때문에 아이노머를 합성한 후에 중성화 수준을 결정해야 한다. 이를 위해 사용되는 한 가지 방법은 산 형태의 적외선 진동의 최고 높이를 검사하는 것이다. 단, 특히 소량의 물이 동일한 수면 범위에 나타나기 때문에 피크 높이를 결정하는 데 상당한 오류가 있을 수 있다. 산성군의 적정화는 일부 시스템에서는 가능하지 않지만 사용할 수 있는 또 다른 방법이다.

설린

수린은 코팅 및 포장재로 사용되는 에틸렌과 메타크릴산을 혼합한 듀폰(DuPont)이 만든 아이오노머 수지의 브랜드 이름이다.[3] 듀폰은 NaOH로 산을 중화시켜 나트륨 소금을 산출한다.[4] 에틸렌-메타크릴산 아이오노머의 결정체는 이중융작용을 보인다.[5]

적용

금속 이온을 폴리머 매트릭스로 복합화함으로써 아이오노머 시스템의 강도와 강도를 높인다. 아이오노머를 사용하여 전체 시스템의 강도를 높였던 애플리케이션으로는 코팅, 접착제, 충격 수정, 열가소성 플라스틱 등이 있는데, 대표적인 예로 골프공 외층에서의 수린 사용 등이 있다.[6] 아이노머 코팅은 골프공의 견고성, 공기역학, 내구성을 향상시켜 골프공의 수명을 늘린다. 아이노머는 또한 레진과 혼합되어 수지의 전체적인 태클성을 감소시키지 않고 응집 강도를 증가시킬 수 있으며, 물이나 용제 기반 접착제를 포함한 다양한 용도에 사용할 수 있는 압력 민감 접착제를 만들 수 있다.[7] 폴리(에틸렌-메타크릴산) 체인을 사용하는 이오노머는 투명성, 견고성, 유연성, 얼룩 저항성, 높은 가스 투과성, 낮은 밀봉 온도 때문에 필름 포장에도 사용할 수 있다.[8] 이러한 품질은 또한 식품 포장 재료에 아이노머를 사용하는 데 대한 높은 수요로 해석된다.[6]

폴리머 체인의 일정 비율에 이온을 더하면 아이노머의 점도가 높아진다. 이 동작은 아이노머가 시스템이 낮은 전단율 아래에 있는 유체 용도를 시추하는데 좋은 가시화 재료가 될 수 있다.[7] 시스템의 점도를 높이기 위해 아이노머를 사용하면 특히 높은 작동 온도에서 드릴링 유체 내에서 전단 박리 동작을 방지하는 데 도움이 된다.

또 다른 애플리케이션에는 폴리머 혼합의 호환성을 높이는 아이노머의 기능이 포함된다.[8] 이러한 현상은 열역학에 의해 추진되며 금속 이온의 존재에 있어서 점점 유리한 기능 그룹들 사이의 특정한 상호작용의 도입을 통해 달성된다. 오사성은 두 개의 서로 다른 중합체에 대한 기능 그룹들 사이의 점점 더 호의적인 반응에 의해서뿐만 아니라, 이오노머 안에 존재하는 중립 종과 이오닉 종들 사이에 강한 거부반응을 일으켜서 이 종들 중 하나를 이 안에 있는 다른 중합체의 종과 더욱 오사하게 만들 수 있다.이 블렌드 일부 아이오노머는 형상기억 어플리케이션에 사용되었는데, 이는 물질이 임계온도 이상의 외부응력을 이용해 변형될 수 있는 고정된 형태를 가지고 있고, 임계온도 이상으로 가져와 외부응력 없이 냉각될 수 있게 하는 것을 의미한다. 아이오노머는 적당한 처리 온도에서 쉽게 변형할 수 있는 화학적, 물리적 상호연결을 모두 형성할 수 있으며, 형상기억합금보다 밀도가 낮으며, 생체의학 장치에 생체 적합성이 높을 가능성이 높다.[8]

아이오노머에 대한 최근의 애플리케이션에는 다양한 전기 및 에너지 애플리케이션에서 이온 선택적 막으로 사용되는 것이 포함된다.[6] 예를 들어만의 양자 혹은 특정한 이온은 세포막, 중합체 전해질 막(PEM)물 electrolyzer이 이온 해결책 사이에 운송되고 있는 산화 환원 반등 흐름 전지 분리기, 전해 투석, surfaces,[9]촉매의 막에 균일 코팅을 최적화하기 위해 건널 수 있는 연료 전지의 양이온 교환막 포함한다. 우리압축기 내에서 발생할 수 있는 압력 차이에 대한 막의 강도를 증가시키기 위한 이오노머 막 및 전기화학 수소 압축기.

참고 항목

외부 링크

참조

  1. ^ Jenkins, A. D.; Kratochvíl, P.; Stepto, R. F. T.; Suter, U. W. (1996). "Glossary of basic terms in polymer science (IUPAC Recommendations 1996)" (PDF). Pure and Applied Chemistry. 68 (12): 2287–2311. doi:10.1351/pac199668122287. S2CID 98774337.
  2. ^ Jenkins, A. D.; Kratochvíl, P.; Stepto, R. F. T.; Suter, U. W. (1996). "Glossary of basic terms in polymer science (IUPAC Recommendations 1996)" (PDF). Pure and Applied Chemistry. 68 (12): 2287–2311. doi:10.1351/pac199668122287. S2CID 98774337.
  3. ^ "An Ionomer Resin Providing Clarity, Toughness, and Versatility". du Pont de Nemours and Company. Retrieved 2014-12-24.
  4. ^ Greg Brust (2005). "Ionomers". The University of Southern Mississippi. Retrieved 2014-12-24.
  5. ^ "Structure and Properties of Crystallizable Ionomers". Princeton University. Retrieved 2014-12-24.
  6. ^ a b c "Properties of Ionomers". polymerdatabase.com. Retrieved 2019-12-10.
  7. ^ a b Lundberg, R. D. (1987), "Ionomer Applications Including Ionic Elastomers and Polymer/Fluid Additives", in Pineri, Michel; Eisenberg, Adi (eds.), Structure and Properties of Ionomers, NATO ASI Series, Springer Netherlands, pp. 429–438, doi:10.1007/978-94-009-3829-8_35, ISBN 978-94-009-3829-8
  8. ^ a b c Zhang, Longhe; Brostowitz, Nicole R.; Cavicchi, Kevin A.; Weiss, R. A. (2014-02-01). "Perspective: Ionomer Research and Applications". Macromolecular Reaction Engineering. 8 (2): 81–99. doi:10.1002/mren.201300181. ISSN 1862-8338.
  9. ^ Xu, Wu; Scott, Keith (2010-11-01). "The effects of ionomer content on PEM water electrolyser membrane electrode assembly performance". International Journal of Hydrogen Energy. VIII symposium of the Mexican Hydrogen Society. 35 (21): 12029–12037. doi:10.1016/j.ijhydene.2010.08.055. ISSN 0360-3199.
  • 에이젠버그, A.와 김, J.S. 뉴욕 아이노머 소개: 와일리, 1998.
  • Michel Pineri (31 May 1987). Structure and Properties of Ionomers. Springer. ISBN 978-90-277-2458-8. Retrieved 30 June 2012.
  • Martin R. Tant; K. A. Mauritz; Garth L. Wilkes (31 January 1997). Ionomers: Synthesis, Structure, Properties, and Applications. Springer. p. 16. ISBN 978-0-7514-0392-3. Retrieved 30 June 2012.
  • Grady, Brian P. "여러 길이 척도에 걸친 무작위 아이노머의 형태학의 검토 및 비판적 분석" 폴리머 엔지니어링 및 과학 48(2008): 1029-051. 인쇄하다
  • 스펜서, M.W., M.D. 웨첼, C. 트로엘츠쉬와 D.R. 폴. K와 Na Poly(에틸렌-코-메타크릴산)의 특성에 미치는 산성중화 효과 아이오노머스." 폴리머 53(2011): 569-80. 인쇄하다