Ionomer

Ionomer (/ˌaɪˈɑːnəmər/) (iono- + -mer) adalah suatu polimer yang terdiri dari satuan berulang dari baik satuan berulang yang bermuatan netral dan satuan terionisasi (biasanya tidak lebih dari 15 persen mol) yang terikat secara kovalen pada tulang punggung polimer sebagai rantai samping fungsional. Hal ini berarti bahwa sebagian besar ionomer merupakan kopolimer dari segmen netral dan satuan terionisasi, yang biasanya terdiri dari gugus asam karboksilat.^[1]^[2]

Definisi IUPAC

Ionomer: Suatu polimer yang terdiri dari molekul ionomer.^[1]
Molekul ionomer: Suatu makromolekul yang berukuran kecil namun
sebagian besar dari satuan penyusunnya dapat terionisasi
atau [merupakan] gugus ionik, atau keduanya.
Catatan: Beberapa molekul protein mungkin dapat digolongkan sebagai molekul
ionomer.^[3]

Klasifikasi polimer sebagai ionomer tergantung pada tingkat substitusi gugus ionik serta bagaimana gugus ionik dimasukkan ke dalam struktur polimer. Sebagai contoh, polielektrolit juga memiliki gugus ionik yang berikatan kovalen dengan tulang punggung polimer, namun memiliki tingkat substitusi molar gugus ionik yang jauh lebih tinggi (biasanya lebih besar dari 80%); ionena adalah polimer di mana gugus ioniknya merupakan bagian dari tulang punggung polimer yang sebenarnya. Kedua kelas polimer yang mengandung gugus ionik ini memiliki sifat morfologi dan fisik yang sangat berbeda dan oleh karenanya tidak dianggap sebagai ionomer.

Ionomer memiliki sifat fisik yang unik termasuk konduktivitas listrik dan viskositasnya—meningkat dalam viskositas larutan ionomer dengan meningkatnya suhu (lihat polimer konduksi). Ionomer juga memiliki sifat morfologi yang unik sebagai tulang punggung polimer non-polar yang secara energetik tidak sesuai dengan gugus ionik polar. Akibatnya, gugus ionik di sebagian besar ionomer akan menjalani pemisahan mikrofase untuk membentuk domain yang kaya ion.

Aplikasi komersial untuk ionomer termasuk sebagai pelapis bola golf, membran semipermeabel, pita segel dan elastomer termoplastik. Contoh umum dari ionomer termasuk polistirena sulfonat, Nafion dan Hycar.

Sintesis

Biasanya sintesis ionomer terdiri dari dua tahapan – pengenalan gugus asam ke dalam tulang punggung polimer dan netralisasi beberapa gugus asam oleh kation logam. Dalam kasus yang sangat jarang, gugus yang diperkenalkan sudah dinetralisasi oleh kation logam. Langkah pertama (pengenalan gugus asam) dapat dilakukan dengan dua cara; monomer non-ionik netral dapat dikopolimerisasi dengan monomer yang mengandung gugus samping asam atau gugus utama yang bersifat asam dapat ditambahkan ke dalam polimer non-ionik melalui modifikasi pasca-reaksi. Sebagai contoh, asam etilena-metakrilat dan perfluorokarbon sulfonat (Nafion) disintesis melalui kopolimerisasi sementara polistirena sulfonat disintesis melalui modifikasi pasca-reaksi.^[4]

Dalam banyak kasus, bentuk asam dari kopolimer disintesis (yaitu 100% gugus asam karboksilat dinetralisasi oleh kation hidrogen) dan ionomer dibentuk melalui netralisasi berikutnya dengan kation logam yang sesuai. Identitas kation logam penetral memiliki efek pada sifat fisik ionomer; kation logam yang paling umum digunakan (setidaknya dalam penelitian akademik) adalah seng, natrium, dan magnesium. Netralisasi atau ionomerisasi, juga dapat dicapai dengan dua cara: kopolimer asam dapat dicampur-leleh dengan logam basa atau netralisasi dapat dicapai melalui proses larutan. Metode sebelumnya lebih disukai secara komersial. Namun, karena pabrik komersial enggan membagikan prosedurnya, sedikit yang diketahui mengenai kondisi pasti dari proses netralisasi pencampuran-leleh selain dari hidroksida yang umumnya digunakan untuk menyediakan kation logam. Proses netralisasi larutan yang terakhir umumnya digunakan dalam pengaturan akademik. Kopolimer asam dilarutkan dan garam basa dengan kation logam yang sesuai ditambahkan ke larutan ini. Apabila pelarutan kopolimer asam sulit, menjenuhkan polimer dalam pelarut sudah cukup, meskipun pelarutan selalu disukai. Karena garam-garam basa bersifat polar dan tidak larut dalam pelarut non-polar yang digunakan untuk melarutkan sebagian besar polimer, pelarut campuran (misalnya 90:10 toluena/alkohol) sering digunakan.^[5]

Tingkat netralisasi harus ditentukan setelah ionomer disintesis karena memvariasikan tingkat netralisasi yang memiliki sifat morfologi dan fisik ionomer yang beragam. Salah satu metode yang digunakan untuk melakukan ini adalah untuk memeriksa ketinggian puncak vibrasi inframerah dari bentuk asam. Namun, mungkin terdapat kesalahan substansial dalam menentukan tinggi puncak, terutama karena sejumlah kecil air muncul dalam rentang bilangan gelombang yang sama. Titrasi gugus asam adalah metode lain yang dapat digunakan, meskipun hal ini tidak mungkin dilakukan pada beberapa sistem.

Lihat pula

Nafion

Referensi

^ ^a ^b "Glossary of basic terms in polymer science (IUPAC Recommendations 1996)" (PDF). Pure and Applied Chemistry (dalam bahasa Inggris). 68 (12): 2287–2311. 1996. doi:10.1351/pac199668122287. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2016-03-04. Diakses tanggal 2018-06-18.
^ Michel Pineri (31 Mei 1987). Structure and Properties of Ionomers (dalam bahasa Inggris). Springer. ISBN 978-90-277-2458-8. Diakses tanggal 30 Juni 2012.
^ "Glossary of basic terms in polymer science (IUPAC Recommendations 1996)" (PDF). Pure and Applied Chemistry (dalam bahasa Inggris). 68 (12): 2287–2311. 1996. doi:10.1351/pac199668122287. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2016-03-04. Diakses tanggal 2018-06-18.
^ Martin R. Tant; K. A. Mauritz; Garth L. Wilkes (31 Januari 1997). Ionomers: Synthesis, Structure, Properties, and Applications (dalam bahasa Inggris). Springer. hlm. 16. ISBN 978-0-7514-0392-3. Diakses tanggal 30 Juni 2012.
^ Spencer, M.W., M.D. Wetzel, C. Troeltzsch, dan D.R. Paul (2011). "Effects of Acid Neutralization on the Properties of K and Na Poly(ethylene-co-methacrylic Acid) Ionomers". Polymer (dalam bahasa Inggris). 53: 569–80.

Bacaan lebih lanjut

Eisenberg, A. dan Kim, J.-S. (1998). Introduction to Ionomers (dalam bahasa Inggris). New York: Wiley.
Grady, Brian P. (2008). "Review and Critical Analysis of the Morphology of Random Ionomers Across Many Length Scales". Polymer Engineering and Science (dalam bahasa Inggris). 48: 1029–051.