Polimero ionico

Un polimero ionico (o ionopolimero ) è un polimero che trasporta gruppi ionici o ionizzabili.

Classificazione dei polimeri ionici

Secondo il tipo di carico

• polimeri anionici: polimeri caricati negativamente;
• polimeri cationici: polimeri caricati positivamente;
• polimeri anfoteri: contenenti cariche positive e cariche negative.

Secondo il numero di siti ionici e la continuità delle regioni di interazioni ioniche

• il polielettrolita  : numero di siti ionici e regioni di continuità delle interazioni ioniche. La classificazione dei polielettroliti è stabilita in base alla natura delle cariche trasportate dal polimero:
  • cariche positive: policationi  ;
  • cariche negative: polianioni  ;
  • cariche positive e negative: poliamfoliti .

• lo ionomero  : pochi ma significativi siti ionici e regioni di discontinuità delle interazioni ioniche. La classificazione degli ionomeri è stabilita in base alla natura delle cariche trasportate dal polimero:
  • cariche positive: cationomeri;
  • cariche negative: anionomeri;
  • cariche positive e negative: zwitterionomeri .

• alatopolimeri o polimeri alato-telechelici: oligomeri o polimeri lineari aventi gruppi ionici o ionizzabili a ciascuna delle due estremità della loro catena. Questi gruppi sono generalmente carbossilati o ammoni quaternari .

• ioni polimero: un solo sito ionico per polimero. Questi polimeri vengono utilizzati, tra l'altro, come tensioattivi ionici .

A seconda della dipendenza dei loro siti ionici dal pH

• Polimeri ionici dipendenti dal pH  : i siti ionici sono parzialmente dissociati a seconda del pH:
  • cariche positive: poli (allilammina cloridrato) , poli (N-vinilimidazolo) ...,
  • cariche negative: poli ( acido acrilico );
• polimeri ionici permanenti: i siti ionici sono completamente dissociati indipendentemente dal pH:
  • cariche positive: poli (vinilimidazolo quaternizzato) ...,
  • cariche negative: sodio poli (stirene solfonato) ...

Secondo la loro origine

I polimeri ionici possono essere sintetici, naturali ( acidi nucleici , proteine , alcuni polipeptidi e alcuni polisaccaridi ) o artificiali. Di seguito sono elencati alcuni esempi di polielettroliti appartenenti a queste ultime due famiglie:

• cariche positive: poli lisina , chitosano  ;
• cariche negative: poli glutammato , alginato , pectina , acido ialuronico  ;
• cariche positive e negative: DNA di poli adenina ...

Secondo la loro composizione

• polimeri organici;
• polimeri inorganici: alcuni polimeri contenenti fosfati, silicati, ecc. funzionano.

Alcuni polimeri sono elastici  : vengono poi indicati come elastomeri ionici o ionoelastomeri.

Secondo la posizione dei carichi

I siti ionici possono essere incorporati nella catena polimerica (ioneni) o molto più frequentemente in un suo gruppo pendente .

Classificazione dei siti ionici

La classificazione dei siti ionici dei polimeri è stabilita in base alla natura delle loro cariche:

• gli anioni si ottengono per deprotonazione delle funzioni ossacide  :
  • ossigeno  : carbossilato ,
  • fosforo  : fosfonato ,
  • zolfo  : solfonato  ;
• i cationi sono generalmente sali di onio ottenuti per alchilazione di eteroatomi  :
  • azoto  : ammonio quaternario ,
  • fosforo: fosfonio ,
  • zolfo: solfonio .

Classificazione dei controioni

La classificazione dei controioni è stabilita in base alla natura delle loro cariche e in base al numero di atomi che li compongono:

• cationi:
  • monoatomico: metallo: metalli alcalini , metalli alcalino terrosi , metalli di transizione ,
  • poliatomico  : ammonio, piridinio  ;
• anioni:
  • monoatomico: alogenuri  : cloruro , bromuro , ioduro ,
  • poliatomico: tosilati , triflati , metil solfato .

Produzione di polimeri ionici

I polimeri ionici possono essere realizzati come altri polimeri mediante polimerizzazione o modifica chimica di polimeri preesistenti .

Utilizza

Nel 2020 l' equivalente organico di una giunzione pn si ottiene utilizzando due ionoelastomeri (uno policationico e l'altro polianionico) invece di due semiconduttori cristallini (i portatori di carica non sono più elettroni ma ioni positivi e negativi). Il dispositivo è incolore, trasparente, flessibile ed estensibile. L'obiettivo è quello di realizzare finalmente un'intera ionoelettronica sostituendo l'elettronica in situazioni in cui i componenti elettronici, rigidi e fragili, non sono adatti.

Riferimenti

1. La definizione di polimeri ionici, polimeri anionici, polimeri cationici, polielettroliti, poliampoliti, ionomeri, alatopolimeri e ioneni deriva dalle definizioni IUPAC: http://iupac.org/publications/pac/pdf/2006/pdf/7811x2067. Pdf
2. Martin Tiano, "  Transistor flessibili  ", Pour la science , n o  511,Maggio 2020, p.  9.
3. (in) Dace Gao e Pooi See Lee, "  Rectifying ionic current with ionoelastomers  " , Science (recensione) , vol.  367, n .  647914 febbraio 2020, p.  735-736 ( DOI  10.1126 / science.aba6270 ).
4. (in) Hyeong Jun Kim, Baohong Chen Zhigang Suo e Ryan C. Hayward, "  Ionoelastomer junctions entre polymer networks of fixed anions and cation  " , Science (review) , vol.  367, n .  647914 febbraio 2020, p.  773-776 ( DOI  10.1126 / science.aay8467 ).