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Ionische Netzwerke

Beispiele für Ionische Vernetzung I

Als Beispiele für die ionische Vernetzung sollen hier Nafion-Membranen und die Gerbung von Leder vorgestellt werden.

Nafion®

Nafion ist ein Copolymer aus Tetrafluorethylen (Teflon®) und Perfluor-3,6-dioxo-4-methyl-7-octen-sulfonsäure. Die chemische, mechanische und thermische Stabilität ähnelt der von Teflon.

Abb.1
Nafion

Die Sulfonsäuregruppen bilden ionische Cluster mit einem Durchmesser von 3 bis 5 nm in der unpolaren, teilweise mikrokristallinen Fluorocarbon-Matrix. Dazwischen werden verbindende "Kanäle" postuliert, die ionische Gruppierungen, die sich nicht in Clustern befinden, frei hängende Seitenketten und Wasser enthalten. Nafion kann bis zu 22 Gewichtsprozent an Wasser aufnehmen, das vor allem als Hydratationswasser an die Sulfonsäuregruppen gebunden ist.

Nafion hat viele industriell wichtige Anwendungen gefunden. In der Chloralkali-Elektrolyse und in Brennstoffzellen werden Nafion-Kationenaustauschermembranen im großen Stil verwendet. Für die organische Synthese kann man Nafion-Pellets als supersauren Katalysator einsetzen. Die Acidität der Sulfonsäuregruppen wird durch die elektronenziehende Wirkung der CF2-Gruppen verstärkt.

Die starke Wasseraffinität der Sulfonsäuregruppen ermöglicht den Einsatz von Nafionröhren oder -membranen zum Trocknen von Gasen, z.B. von Luft. Das Wasser wird durch Hydratation absorbiert und wandert dann von einer Sulfonsäuregruppe zur nächsten, bis es an der gegenüberliegenden Seite der Membran evaporiert. Treibende Kraft ist der Gradient des Dampfdrucks. Unabhängig vom absoluten Gasdruck wandert das Wasser von der "feuchteren" Seite der Membran zur "trockeneren".

Nafion kommt auch in Lösung (in niederen aliphatischen Alkoholen und Wasser) in den Handel, die mit verschiedenen Bestandteilen gemischt werden können, um neuartige Membranen etc. zu präparieren.

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