आयनोमर

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एक आयनोमर (/ˌaɪˈɑːnəmər/) (wikt:iono-|iono- + wikt:-mer|-mer) एक पॉलीमर है जो बिजली का आवेश न्यूट्रल रिपीटिंग यूनिट्स और आयनित यूनिट्स दोनों की रिपीट यूनिट्स से बना है, जो पेंडेंट ग्रुप फंक्शनल_ग्रुप#मोएटी के रूप में पॉलीमर बैकबोन से सहसंयोजक रूप से बंधे हैं। आमतौर पर 15 तिल प्रतिशत से अधिक आयनित नहीं होते हैं। आयनित इकाइयां अक्सर कार्बोक्जिलिक एसिड समूह होती हैं।

आयनोमर के रूप में एक बहुलक का वर्गीकरण आयनिक समूहों के प्रतिस्थापन के स्तर के साथ-साथ आयनिक समूहों को बहुलक संरचना में कैसे शामिल किया जाता है, पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स में आयनिक समूह भी होते हैं जो बहुलक रीढ़ की हड्डी से बंधे होते हैं, लेकिन आयनिक समूह दाढ़ प्रतिस्थापन स्तर (आमतौर पर 80% से अधिक) होता है; wikt:ionene पॉलिमर हैं जहां आयनिक समूह वास्तविक बहुलक बैकबोन का हिस्सा हैं। आयनिक-समूह युक्त पॉलिमर के इन दो वर्गों में काफी भिन्न रूपात्मक और भौतिक गुण हैं और इसलिए इन्हें आयनोमर्स नहीं माना जाता है।

आयनोमर्स में विद्युत चालकता और विकट सहित अद्वितीय भौतिक गुण होते हैं: चिपचिपा - बढ़ते तापमान के साथ आयनोम समाधान चिपचिपाहट में वृद्धि (बहुलक का संचालन देखें)। आयनोमर्स में अद्वितीय रूपात्मक गुण भी होते हैं क्योंकि गैर-ध्रुवीय बहुलक रीढ़ की हड्डी ध्रुवीय आयनिक समूहों के साथ ऊर्जावान रूप से असंगत होती है। नतीजतन, अधिकांश आयनोमर्स में आयनिक समूह आयनिक-समृद्ध डोमेन बनाने के लिए माइक्रोफ़ेज़ अलगाव से गुजरेंगे।

आयनोमर्स के व्यावसायिक अनुप्रयोगों में गोल्फ की गेंद कवर, अर्धपारगम्य झिल्ली, सीलिंग टेप और थर्माप्लास्टिक इलैस्टोमर शामिल हैं। आयनोमर्स के सामान्य उदाहरणों में पॉलीस्टाइनिन सल्फोनेट, नेफियन और हाइकर शामिल हैं।

IUPAC definition

Ionomer: A polymer composed of ionomer molecules.[1]

Ionomer molecule: A macromolecule in which a small but
significant proportion of the constitutional units have ionizable
or ionic groups, or both.

Note: Some protein molecules may be classified as ionomer
molecules.[2]

संश्लेषण

आम तौर पर आयनोमर संश्लेषण में दो चरण होते हैं - बहुलक रीढ़ की हड्डी के लिए एसिड समूहों की शुरूआत और धातु केशन द्वारा कुछ एसिड समूहों का निराकरण। बहुत ही दुर्लभ मामलों में, पेश किए गए समूह पहले से ही धातु के कटियन द्वारा निष्प्रभावी हो जाते हैं। पहला चरण (एसिड समूहों का परिचय) दो तरीकों से किया जा सकता है; एक तटस्थ गैर-आयनिक मोनोमर को एक मोनोमर के साथ सहबहुलित किया जा सकता है जिसमें लटकन एसिड समूह होते हैं या एसिड समूहों को प्रतिक्रिया के बाद के संशोधनों के माध्यम से एक गैर-आयनिक बहुलक में जोड़ा जा सकता है। उदाहरण के लिए, एथिलीन-मेथैक्रेलिक एसिड और सल्फोनेटेड पेरफ्लोरोकार्बन (नेफियन) को कोपोलीमराइज़ेशन के माध्यम से संश्लेषित किया जाता है जबकि पॉलीस्टीरिन सल्फोनेट को पोस्ट-रिएक्शन संशोधनों के माध्यम से संश्लेषित किया जाता है।

ज्यादातर मामलों में, कोपोलिमर के एसिड रूप को संश्लेषित किया जाता है (अर्थात कार्बोक्जिलिक एसिड समूहों का 100% हाइड्रोजन केशन द्वारा बेअसर हो जाता है) और आयनोमर उपयुक्त धातु केशन द्वारा बाद के न्यूट्रलाइजेशन के माध्यम से बनता है। उदासीन धातु धनायन की पहचान का आयनोमर के भौतिक गुणों पर प्रभाव पड़ता है; सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले मेटल केशन (कम से कम अकादमिक शोध में) जिंक, सोडियम और मैग्नीशियम हैं। न्यूट्रलाइजेशन या आयनोमेराइजेशन को भी दो तरीकों से पूरा किया जा सकता है: एसिड कॉपोलीमर को मूल धातु के साथ पिघलाया जा सकता है या सॉल्यूशन प्रोसेस के जरिए न्यूट्रलाइजेशन हासिल किया जा सकता है। पूर्व विधि व्यावसायिक रूप से पसंद की जाती है। हालांकि, जैसा कि वाणिज्यिक निर्माता अपनी प्रक्रियाओं को साझा करने के लिए अनिच्छुक हैं, पिघल-मिश्रण तटस्थता प्रक्रिया की सटीक स्थितियों के बारे में बहुत कुछ पता नहीं है, इसके अलावा हाइड्रॉक्साइड आमतौर पर धातु केशन प्रदान करने के लिए उपयोग किया जाता है। बाद की समाधान निष्प्रभावीकरण प्रक्रिया आम तौर पर अकादमिक सेटिंग में उपयोग की जाती है। एसिड कॉपोलिमर को भंग कर दिया जाता है और इस घोल में उपयुक्त धातु केशन के साथ एक मूल नमक मिलाया जाता है। जहां एसिड कॉपोलीमर का विघटन मुश्किल होता है, बस विलायक में बहुलक को फुलाना पर्याप्त होता है, हालांकि घुलने को हमेशा प्राथमिकता दी जाती है। क्योंकि मूल लवण ध्रुवीय होते हैं और गैर-ध्रुवीय सॉल्वैंट्स में घुलनशील नहीं होते हैं, जो अधिकांश पॉलिमर को भंग करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, मिश्रित सॉल्वैंट्स (जैसे 90:10 टोल्यूनि/अल्कोहल) अक्सर उपयोग किए जाते हैं।

एक आयनोमर को संश्लेषित करने के बाद न्यूट्रलाइजेशन स्तर निर्धारित किया जाना चाहिए क्योंकि न्यूट्रलाइजेशन स्तर अलग-अलग आयनोमर के रूपात्मक और भौतिक गुणों को बदलता है। ऐसा करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली एक विधि एसिड फॉर्म के इन्फ्रारेड कंपन की चोटी की ऊंचाई की जांच करना है। हालाँकि, चोटी की ऊँचाई निर्धारित करने में पर्याप्त त्रुटि हो सकती है, विशेष रूप से पानी की छोटी मात्रा एक ही तरंग संख्या सीमा में दिखाई देती है। एसिड समूहों का अनुमापन एक और तरीका है जिसका उपयोग किया जा सकता है, हालांकि कुछ प्रणालियों में यह संभव नहीं है।

सुरलिन

सुर्लिन ड्यूपॉन्ट द्वारा निर्मित एक आयनोमर राल का ब्रांड नाम है, जो कोटिंग और पैकेजिंग सामग्री के रूप में उपयोग किए जाने वाले ईथीलीन और मेथैक्रेलिक एसिड का एक कोपोलिमर है।[3] ड्यूपॉन्ट सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ एसिड को बेअसर करता है, जिससे सोडियम नमक निकलता है।[4] एथिलीन-मेथैक्रेलिक एसिड आयनोमर्स के क्रिस्टल दोहरे पिघलने वाले व्यवहार को प्रदर्शित करते हैं।[5]


आवेदन

बहुलक मैट्रिक्स में धातु आयनों को संकुलित करके, आयनोमर प्रणाली की ताकत और क्रूरता बढ़ जाती है। कुछ अनुप्रयोगों में जहां आयनोमर्स का उपयोग समग्र प्रणाली की कठोरता को बढ़ाने के लिए किया गया था, उनमें कोटिंग्स, चिपकने वाले, प्रभाव संशोधन और थर्माप्लास्टिक शामिल हैं, सबसे प्रसिद्ध उदाहरणों में से एक गोल्फ गेंदों की बाहरी परत में सुरलीन का उपयोग होता है।[6] आयनोमर कोटिंग गोल्फ गेंदों की कठोरता, वायुगतिकी और स्थायित्व में सुधार करती है, जिससे उनका जीवनकाल बढ़ जाता है। पानी या विलायक-आधारित चिपकने सहित विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए दबाव संवेदनशील चिपकने वाले बनाने के लिए, राल की समग्र चिपचिपाहट को कम किए बिना संसंजक शक्ति को बढ़ाने के लिए आयनोमर्स को रेजिन के साथ मिश्रित किया जा सकता है।[7] पॉली (एथिलीन-मेथैक्रेलिक एसिड) चेन का उपयोग करने वाले आयनोमर्स का उपयोग फिल्म पैकेजिंग में उनकी पारदर्शिता, क्रूरता, लचीलापन, धुंधला होने के प्रतिरोध, उच्च गैस पारगम्यता और कम सीलिंग तापमान के कारण भी किया जा सकता है।[8] ये गुण भोजन-पैकिंग सामग्री में आयनोमर्स का उपयोग करने के लिए उच्च मांग का भी अनुवाद करते हैं।[6]

बहुलक श्रृंखला के एक निश्चित प्रतिशत में आयन के जुड़ने से आयनोमर की चिपचिपाहट बढ़ जाती है। यह व्यवहार आयनोमर्स को ड्रिलिंग द्रव अनुप्रयोगों के लिए एक अच्छा विस्कोसिफिकेशन सामग्री बना सकता है जहां सिस्टम कम कतरनी दर के अंतर्गत है।[7]सिस्टम की चिपचिपाहट बढ़ाने के लिए आयनोमर का उपयोग ड्रिलिंग तरल पदार्थ के भीतर विशेष रूप से ऑपरेशन के उच्च तापमान पर कतरनी पतली व्यवहार को रोकने में मदद करता है।

एक अन्य अनुप्रयोग में बहुलक मिश्रणों की अनुकूलता बढ़ाने के लिए आयनोमर की क्षमता शामिल है।[8]यह घटना ऊष्मप्रवैगिकी द्वारा संचालित होती है और कार्यात्मक समूहों के बीच विशिष्ट अंतःक्रियाओं की शुरूआत के माध्यम से प्राप्त की जाती है जो धातु आयन की उपस्थिति में तेजी से अनुकूल होती हैं। मिश्रणीयता को न केवल दो अलग-अलग पॉलिमर पर कार्यात्मक समूहों के बीच तेजी से अनुकूल प्रतिक्रिया से प्रेरित किया जा सकता है, बल्कि आयनोमर के भीतर मौजूद तटस्थ और आयनिक प्रजातियों के बीच एक मजबूत प्रतिकूल बातचीत होने से, जो इन प्रजातियों में से एक को अधिक मिश्रणीय होने के लिए प्रेरित कर सकता है। मिश्रण के भीतर अन्य बहुलक की प्रजातियां। आकार स्मृति अनुप्रयोगों के लिए कुछ आयनोमर्स का उपयोग किया गया है, जिसका अर्थ है कि सामग्री का एक निश्चित आकार होता है जिसे एक महत्वपूर्ण तापमान से ऊपर बाहरी तनावों का उपयोग करके सुधारा जा सकता है और ठंडा किया जा सकता है, फिर महत्वपूर्ण तापमान से ऊपर लाए जाने पर मूल आकार वापस ले लिया जाता है और बिना किसी बाहरी तनाव के ठंडा होने दिया जाता है। . आयनोमर्स रासायनिक और भौतिक क्रॉसलिंक दोनों बना सकते हैं जिन्हें मध्यम प्रसंस्करण तापमान पर आसानी से संशोधित किया जा सकता है, आकार मेमोरी मिश्र धातुओं की तुलना में कम घने होते हैं, और बायोमेडिकल उपकरणों के लिए बायोकम्पैटिबल होने की संभावना अधिक होती है।[8]

आयनोमर्स के लिए कुछ और हालिया अनुप्रयोगों में विभिन्न प्रकार के विद्युत और ऊर्जा अनुप्रयोगों में आयन-चयनात्मक झिल्ली के रूप में उपयोग किया जा रहा है।[6]उदाहरणों में ईंधन कोशिकाओं के लिए कटियन एक्सचेंज झिल्ली शामिल है, जो झिल्ली को पार करने के लिए केवल प्रोटॉन या विशिष्ट आयनों की अनुमति देता है, एक प्रोटॉन-एक्सचेंज झिल्ली (पीईएम) पानी इलेक्ट्रोलाइज़र झिल्ली सतहों पर उत्प्रेरक की एकसमान कोटिंग को अनुकूलित करने के लिए,[9] एक रेडॉक्स प्रवाह बैटरी विभाजक, इलेक्ट्रोडायलिसिस, जहां आयनों को आयनोमर झिल्ली का उपयोग करके समाधान के बीच ले जाया जाता है, और कंप्रेसर के भीतर होने वाले दबाव अंतर के खिलाफ झिल्ली की ताकत बढ़ाने के लिए विद्युत रासायनिक हाइड्रोजन कंप्रेसर।

यह भी देखें

  • नफियन

बाहरी संबंध


संदर्भ

  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. Archived from the original (PDF) on 2016-03-04. Retrieved 2013-07-24.
  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. Archived from the original (PDF) on 2016-03-04. Retrieved 2013-07-24.
  3. ↑ "एक आयनोमर रेज़िन स्पष्टता, मजबूती और बहुमुखी प्रतिभा प्रदान करता है". du Pont de Nemours and Company. Retrieved 2014-12-24.
  4. ↑ Greg Brust (2005). "आयनोमर्स". The University of Southern Mississippi. Retrieved 2014-12-24.
  5. ↑ "Structure and Properties of Crystallizable Ionomers". Princeton University. Retrieved 2014-12-24.
  6. ↑ 6.0 6.1 6.2 "आयनोमर्स के गुण". polymerdatabase.com. Retrieved 2019-12-10.
  7. ↑ 7.0 7.1 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 (in English), Springer Netherlands, pp. 429–438, doi:10.1007/978-94-009-3829-8_35, ISBN 978-94-009-3829-8
  8. ↑ 8.0 8.1 8.2 Zhang, Longhe; Brostowitz, Nicole R.; Cavicchi, Kevin A.; Weiss, R. A. (2014-02-01). "Perspective: Ionomer Research and Applications". Macromolecular Reaction Engineering (in English). 8 (2): 81–99. doi:10.1002/mren.201300181. ISSN 1862-8338.
  9. ↑ Xu, Wu; Scott, Keith (2010-11-01). "पीईएम जल इलेक्ट्रोलाइजर झिल्ली इलेक्ट्रोड असेंबली प्रदर्शन पर आयनोमर सामग्री का प्रभाव". 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.
  • Eisenberg, A. and Kim, J.-S., Introduction to Ionomers, New York: Wiley, 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. "Review and Critical Analysis of the Morphology of Random Ionomers Across Many Length Scales." Polymer Engineering and Science 48 (2008): 1029-051. Print.
  • Spencer, M.W., M.D. Wetzel, C. Troeltzsch, and D.R. Paul. "Effects of Acid Neutralization on the Properties of K and Na Poly(ethylene-co-methacrylic Acid) Ionomers." Polymer 53 (2011): 569-80. Print.
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