आयनोमर

आयनोमर (iono- + -mer) एक बहुलक है जो विद्युत् आवेश निष्पक्ष पुनरावृत्ति ईकाई और आयनीकृत ईकाई दोनों की पुनरावृत्ति ईकाई से बना है, जो लटकन समूह अर्धांश के रूप में बहुलक आधार रज्जु से सहसंयोजक रूप से बंधे हैं। सामान्यतः यह 15 मोल प्रभाज से अधिक आयनित नहीं होते हैं। आयनित इकाइयां प्रायः कार्बोक्जिलिक अम्ल समूह होती हैं।

आयनोमर के रूप में एक बहुलक का वर्गीकरण इसपर निर्भर करता है कि आयनिक समूहों के प्रतिस्थापन के स्तर के साथ-साथ आयनिक समूहों को बहुलक संरचना में कैसे सम्मिलित किया जाता है। उदाहरण के लिए, बहुविद्युत अपघट्य में आयनिक समूह भी होते हैं जो बहुलक आधार रज्जु से बंधे होते हैं, लेकिन आयनिक समूह दाढ़ प्रतिस्थापन स्तर (सामान्यतः 80% से अधिक) होता है; आयोनेन्स वह बहुलक हैं जहां आयनिक समूह वास्तविक बहुलक आधार रज्जु के हिस्से होते हैं। आयनिक-समूह युक्त बहुलक 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 श्यानता सहित अद्वितीय भौतिक गुण होते हैं: बढ़ते तापमान के साथ आयनोम समाधान श्यानता में वृद्धि होती है (बहुलक का संचालन देखें)। आयनोमर्स में अद्वितीय रूपात्मक गुण भी होते हैं क्योंकि गैर-ध्रुवीय बहुलक आधार रज्जु ध्रुवीय आयनिक समूहों के साथ ऊर्जावान रूप से असंगत होती है। नतीजतन, अधिकांश आयनोमर्स में आयनिक समूह आयनिक-समृद्ध कार्यक्षेत्र बनाने के लिए सूक्ष्मवस्था पृथकत्व से पारित होते हैं।

आयनोमर्स के व्यावसायिक अनुप्रयोगों में गोल्फ गेंद आवरण, अर्धपारगम्य कला, मोहरबंदी फीता और तापसुघट्य प्रत्यास्थलक सम्मिलित हैं। आयनोमर्स के सामान्य उदाहरणों में पॉलीस्टाइनिन सल्फोनेट, नेफियन और हाइकर सम्मिलित हैं।

संश्लेषण
सामान्यतः आयनोमर संश्लेषण में दो चरण होते हैं - बहुलक आधार रज्जु के लिए अम्ल समूहों की प्रारम्भ और धातु धनायन द्वारा कुछ अम्ल समूहों का निराकरण। बहुत ही दुर्लभ स्तिथियों में, प्रस्तुत किए गए समूह पहले से ही धातु के कटियन द्वारा निष्प्रभावी हो जाते हैं। पहला चरण (अम्ल समूहों का परिचय) दो तरीकों से किया जा सकता है; एक तटस्थ गैर-आयनिक एकलक को एक एकलक के साथ सहबहुलकित किया जा सकता है जिसमें लटकन अम्ल समूह होते हैं या अम्ल समूहों को प्रतिक्रिया के बाद के संशोधनों के माध्यम से एक गैर-आयनिक बहुलक में जोड़ा जा सकता है। उदाहरण के लिए, एथिलीन-मेथैक्रेलिक अम्ल और सल्फोनेटेड पेरफ्लोरोकार्बन (नेफियन) को सहबहुलकन के माध्यम से संश्लेषित किया जाता है जबकि पॉलीस्टीरिन सल्फोनेट को अभिक्रिया के बाद संशोधनों के माध्यम से संश्लेषित किया जाता है।

ज्यादातर स्तिथियों में, सहबहुलक के अम्ल रूप को संश्लेषित किया जाता है (अर्थात कार्बोक्जिलिक अम्ल समूहों का 100% हाइड्रोजन धनायन द्वारा निष्प्रभावी हो जाता है) और आयनोमर उपयुक्त धातु धनायन द्वारा बाद के निर्मूलीकरण के माध्यम से बनता है। निष्क्रिय धातु धनायन की सर्वसमिका का आयनोमर के भौतिक गुणों पर प्रभाव पड़ता है; सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले धातु धनायन (कम से कम अकादमिक शोध में) जिंक, क्षारातु और मैग्नीशियम हैं। निर्मूलीकरण या आयनोमेराइजेशन को भी दो तरीकों से पूरा किया जा सकता है: अम्ल सहबहुलक को मूल धातु के साथ पिघलाया जा सकता है या विलयन प्रक्रियाओं के जरिए निर्मूलीकरण प्राप्त 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 अतिरिक्त हाइड्रॉक्साइड सामान्यतः धातु धनायन प्रदान करने के लिए उपयोग किया जाता है। बाद की समाधान निष्प्रभावीकरण प्रक्रिया सामान्यतः सैद्धांतिक समायोजन में उपयोग की जाती है। अम्ल सहबहुलक को भंग कर दिया जाता है और इस घोल में उपयुक्त धातु धनायन के साथ एक मूल लवण मिलाया जाता है। जहां अम्ल सहबहुलक 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 विलायक में घुलनशील नहीं होते हैं, जो अधिकांश बहुलक को भंग करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, मिश्रित विलायक (जैसे 90:10 टोल्यूनि/मद्य) प्रायः उपयोग किए जाते हैं।

एक आयनोमर को संश्लेषित करने के बाद निर्मूलीकरण स्तर निर्धारित किया जाना चाहिए क्योंकि निर्मूलीकरण स्तर अलग-अलग आयनोमर के रूपात्मक और भौतिक गुणों को बदलता है। ऐसा करने के लिए उपयोग की जाने वाली एक विधि अम्ल स्वरुप के अवरक्त 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। अम्ल 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 आलेप और संकुलन सामग्री के रूप में उपयोग किए जाने वाले ईथीलीन और मेथैक्रेलिक अम्ल का एक सहबहुलक है। ड्यूपॉन्ट सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ अम्ल को निष्प्रभावित करता है, जिससे सोडियम लवण निकलता है। एथिलीन-मेथैक्रेलिक अम्ल आयनोमर्स के स्फटिक दोहरे पिघलने वाले व्यवहार को प्रदर्शित करते हैं।

समुपयोग
बहुलक आव्यूह में धातु आयनों को संकुलित करके, आयनोमर प्रणाली की ताकत और कठोरता बढ़ जाती है। कुछ अनुप्रयोगों में जहां आयनोमर्स का उपयोग समग्र प्रणाली की कठोरता को बढ़ाने के लिए किया गया था, उनमें आलेप, आसंजनशील, प्रभाव संशोधन और तापसुघट्य सम्मिलित हैं, सबसे प्रसिद्ध उदाहरणों में से एक गोल्फ गेंदों की बाहरी परत में सुरलीन का उपयोग होता है। आयनोमर आलेप गोल्फ गेंदों की कठोरता, वायुगतिकी और स्थायित्व में सुधार करती है, जिससे उनका जीवनकाल बढ़ जाता है। पानी या विलायक-आधारित आसंजनशील सहित विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए दबाव संवेदनशील आसंजनशील बनाने के लिए, राल की समग्र आसंजनशीलता को कम किए बिना संसंजक शक्ति को बढ़ाने के लिए आयनोमर्स को रेजिन के साथ मिश्रित किया जा सकता है। पॉली (एथिलीन-मेथैक्रेलिक अम्ल) श्रृंखला का उपयोग करने वाले आयनोमर्स का उपयोग आवरण संवेष्टन में उनकी पारदर्शिता, कठोरता, लचीलापन, धुंधला होने के प्रतिरोध, उच्च गैस पारगम्यता और कम संमुद्रण तापमान के कारण भी किया जा सकता है। ये गुण भोजन-संवेष्टन सामग्री में आयनोमर्स का उपयोग करने के लिए उच्च मांग का भी अनुवाद करते हैं।

बहुलक श्रृंखला के एक निश्चित प्रतिशत में आयन के जुड़ने से आयनोमर की श्यानता बढ़ जाती है। यह व्यवहार आयनोमर्स को प्रवेधन द्रव अनुप्रयोगों के लिए एक अच्छा विस्कोसिफिधनायन सामग्री बना सकता है जहां प्रणाली कम कतरनी दर के अंतर्गत है। प्रणाली की श्यानता बढ़ाने के लिए आयनोमर का उपयोग प्रवेधन तरल पदार्थ के भीतर विशेष रूप से संचालन 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 सम्मिलित है। यह घटना ऊष्मप्रवैगिकी द्वारा संचालित होती है और कार्यात्मक समूहों के बीच विशिष्ट अंतःक्रियाओं की प्रारम्भ 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 बहुलक पर कार्यात्मक समूहों के बीच तेजी से अनुकूल प्रतिक्रिया से प्रेरित किया जा सकता है, बल्कि आयनोमर के भीतर उपस्थित 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। 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 तिर्यकबंधन 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 जैव चिकित्सा उपकरणों के लिए जैव संगत होने की संभावना अधिक होती है।

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। उदाहरणों में ईंधन कोशिकाओं के लिए कटियन विनिमय झिल्ली सम्मिलित है, जो झिल्ली को पार करने के लिए केवल प्रोटॉन या विशिष्ट आयनों की अनुमति देता है, एक प्रोटॉन-विनिमय झिल्ली (पीईएम) पानी विद्युदपघटक झिल्ली सतहों पर उत्प्रेरक की एकसमान आलेप को अनुकूलित करने के लिए अनुमति देता है, एक रेडॉक्स प्रवाह संग्रह विभाजक, वैद्युत अपोहन, जहां आयनों को आयनोमर झिल्ली का उपयोग करके समाधान के बीच ले जाया जाता है, और संपीड़क के भीतर होने वाले दबाव अंतर के खिलाफ झिल्ली की ताकत बढ़ाने के लिए विद्युत रासायनिक हाइड्रोजन संपीड़क है।

यह भी देखें

 * नफियन

बाहरी संबंध

 * Ionomer primer with examples

संदर्भ

 * Eisenberg, A. and Kim, J.-S., Introduction to Ionomers, New York: Wiley, 1998.
 * 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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