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Ionomeer
Kationen bilden ionische Bindungen mit den Carboxylgruppen von Polymerketten eines Ionomers

EIN Ionomer ist ein thermoplastischPolymer mit ionische Bindungen zwischen den Polymerketten. Diese ionischen Bindungen oder Vernetzungen beeinflussen die Eigenschaften des Polymers stark.

Viele verschiedene Ionomere sind möglich, aber kommerzielle Ionomere sind fast ausschließlich Copolymere von Ethylen mit Acrylsäure oder Methacrylsäure, bei dem die Carboxylgruppen teilweise neutralisiert werden mit Kationen eines Metalls (hauptsächlich Natrium, Zink oder Lithium) oder von a Diamin.

Der Begriff "Ionomer" wurde 1964 von eingeführt du pont, dass wenn das neue Surlyn auf den Markt gebracht. Du Pont produziert Surlyn unter anderem in Dordrecht. Iotek ist ein Markenname von ExxonMobil Chemical für Ethylen-Acrylsäure-Ionomere.

Vorbereitung

Um das Ionomer herzustellen, wird das Copolymer, das bis zu etwa 10 % Säuregruppen enthält, geschmolzen und bei 150-170 °C mit der geeigneten Menge an Metallverbindung (z. B. pulverisiert) intensiv vermischt Natriumhydroxid, Zinkoxid, Zinkcarbonat), um einige der Säuregruppen zu neutralisieren. Das durch das freigesetzte gebildete Restprodukt Protonen und die Anionen der Metallverbindung können, wenn sie wasserlöslich sind, verdampft werden; andernfalls muss eine zusätzliche Substanz hinzugefügt werden, um sie löslich zu machen.

Die Neutralisation mit Aminen kann in Lösung erfolgen, indem man eine wässrige Lösung des Amins in eine Lösung des Copolymers z. Xylol oder Toluol. Nach der Reaktion wird das Ionomer vom Lösungsmittel getrennt, beispielsweise durch Niederschlag, und weiter getrocknet.[1]

Eigenschaften

Variationen in der Menge des sauren Comonomers, dem Neutralisationsgrad und der verwendeten Metallverbindung ermöglichen die Herstellung vieler verschiedener Ionomere auf Basis von Ethylen. Die Eigenschaften unterscheiden sich wenig zwischen Ionomeren mit Acrylsäure oder Methacrylsäure.

Ionomere auf Ethylenbasis sind teilkristalline, thermoplastische Polymere mit guten mechanischen Eigenschaften. Sie sind stark, elastisch und leicht zu verarbeiten. Die Dehnungssteifigkeit und Zugfestigkeit ist umso höher, je höher der Neutralisationsgrad ist. Bei einem höheren Neutralisationsgrad wird die Gestell in der Pause. Je nach Neutralisationsgrad liegt er zwischen 500 und 300 %.

Sie sind klar, transparent und glänzend. Sie haften gut auf anderen Materialien und können beispielsweise auf Metallfolie oder Glas aufgebracht werden. Sie sind für Fette oder Öle weniger durchlässig als herkömmliche Polymere. Das macht sie als Verpackungsmaterial geeignet. Sie sind relativ gut sauerstoffdurchlässig, was für manche Anwendungen eine zusätzliche Sperrschicht erforderlich macht.

Da Ionomere Kationen enthalten, können sie Feuchtigkeit aufnehmen; das wasser funktioniert wie Weichmacher. Ionomere mit Natrium absorbieren relativ das meiste Wasser.

Anwendungen

Die Hauptanwendung dieser Ionomere ist als flexible Verpackungsfolie oder -folie, sowohl einschichtig als auch mehrschichtig (Koextrusion möglich) oder als Beschichtung auf Karton oder Aluminium. Folien können fest um scharfe Stellen gezogen werden, ohne dass sie durchstochen werden; das macht sie geeignet für sogenannte "Hautpackungen" (Skinverpackungen), die aus einem Karton bestehen, über den ein dünner Film des Polymers gelegt wird, der das Produkt eng umschließt. Ionomerfolie wird verwendet, um Lebensmittel, Flüssigkeiten und Medikamente zu verpacken.

Aufgrund ihrer guten Belastbarkeit und Stoßfestigkeit werden sie auch im Sport vielseitig eingesetzt:

Andere Anwendungen sind:

  • Mützen von Parfümflaschen, aufgrund der Transparenz und Lösungsmittelbeständigkeit von Ionomeren;
  • Verstärkung des Fersen- oder Zehenbereichs von Schuhen, insbesondere bei Trekkingschuhen oder Armeestiefel;[2]
  • Beschichtung von Glas oder Zwischenschicht zwischen Glasplatten, für Sicherheitsglas,[3][4] als Alternative zum Üblichen Polyvinylbutyral. Du Pont vertreibt eine "Ionoplast" (Ionomer Thermoplast) Zwischenschicht für Sicherheitsglas für Gebäude und Autos unter dem Markennamen SentryGlass Plus. Im Vergleich zu PVB wäre eine solche Zwischenschicht fünfmal stärker und hundertmal steifer[5].

Ionomere können geschäumt werden. Ionomerer Schaum wird unter anderem für den Kern von Softballbälle.[6]

Andere Ionomere

Viele andere Arten von Ionomeren wurden hergestellt, zum Beispiel basierend auf Styrol, Methylmethacrylat oder Vinylacetat statt Ethylen.[7]

Von EPDMGummi kann zu einem Ionomer gemacht werden, indem man es mit mischt Schwefelsäure und dann teilweises Neutralisieren mit einem Metallhydroxid oder -carbonat.[8] Also sei hier Sulfonat- anstelle von Carboxylgruppen eingefügt. Diese Polymere haben starke Quervernetzungen und sind nicht schmelzbar, es sei denn, ein Additiv wie z Zinkstearat. Dann werden sie zu thermoplastischen Elastomeren.

Nafion (Markenname von Du Pont) ist ein Copolymer von Tetrafluorethylen in die auch Sulfonsäuregruppen eingeführt sind; aber diese wurden nicht neutralisiert. Solche Säurepolymere werden auch Ionomere genannt. Von Nafion sind unter anderem PEM-Membranen hergestellt für den Ionentransport in Brennstoffzellen.

Das "Glas-Ionomer" in Glasionomerzement ist auch nicht thermoplastisch verarbeitbar.