Kunststoff Lexikon

Ionomer

Ionomere sind thermoplastische Kunststoffe, die erstmals 1964 auf den Markt kamen. Sie werden beispielsweise unter dem Handelsnamen Nafion (DuPont) vertrieben.

Ionomere werden durch Copolymerisation eines unpolaren mit einem polaren Monomer gewonnen. Die polaren Bindungen drängen die Kristallisation zurück und führen zu einer „ionischen Vernetzung“.

Der Vorteil gegenüber herkömmlichen Thermoplasten ist, dass in Ionomeren sowohl Nebenvalenzkräfte als auch Ionenbindungen wirksam werden. Diese Ionenbindungen sind besonders fest und verleihen dem Stoff seine charakteristischen Eigenschaften. Trotz der Ionenbindungen sind Ionomere echte Thermoplaste, da sie bei 290-330°C schmelzen. Der Schmelzvorgang ist allerdings bereits mit Degradationserscheinungen (Abbau (Chemie)) der Makromoleküle verbunden, was bei den kommerziellen Anwendungen dieser Materialklasse nicht erwünscht ist.

Eigenschaften
- hohe Zähigkeit und Abriebfestigkeit
- hohe Schlag- und Kerbschlagzähigkeit
- hohe Transparenz
- hohe ionische Leitfähigkeit
- keine elektrische Leitfähigkeit
-gute Spannungsrissbeständigkeit
- beständig gegen Säuren, Laugen, Fette, Öle und Lösemittel
- nicht beständig gegen oxidierende Säuren, Alkohole, aromatische und chlorierte Kohlenwasserstoffe
- die Witterungsbeständigkeit ist ähnlich wie bei Polyolefinen

Verarbeitung
Die Verarbeitung kann durch Spritzgießen, Extrudieren, Blasformen oder Thermoformen erfolgen. Hierbei muss aber die funktionale Gruppe, welche dem Produkt die Ionenleitfähigkeit verleiht, noch maskiert sein. Soll das Ionomer durch eine Sulfonsäuregruppe (-SO3H) iononleitend werden, dann wird das Polymer in seiner Sulfonyfluoridform (-SO2F) extrudiert. Die finale Form -SO3H kann aufgrund der ionischen Wechselwirkungskräfte nicht als Schmelze verarbeitet werden. Nach dem Formgebungsprozess reagiert die funktionelle Gruppe mit einer starken Lauge (NaOH oder KOH) zu -SO3Na bzw. -SO3K. Durch nachfolgendes Einwirken einer starken Säure wird sie zu -SO3H umgeformt.

- Urformtemperatur: circa 200-300°C
- Umformtemperatur: circa 150°C

Eine andere Art der Herstellung von Ionomermembranen ist die Herstellung einer Dispersion aus ca. 5-20 Gew.-% SO3H-Ionomer und Wasser-Alkohol-Gemischen. Durch Einsatz von Gießverfahren entstehen Flüssigkeitsoberflächen, aus denen dann die Lösungsmittel verdunsten. Übrig bleiben dann dünne Membranen (20-50 Mikrometer) in -SO3H-Form. Eingelassene poröse Materialien können die mechanische Festigkeit und Formstabilität verstärken.

Anwendungen
Quecksilberfreie Chlor-Alkali-Elektrolyse zur Herstellung von Chlor und chlorid-freier Natronlauge, feste Kunststoffmembranen für Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen, Membranen zur Be- oder Entfeuchtung von Fluidströmen, fester Katalysator für säurekatalysierte chemische Reaktionen