Tvärbindningar

Tvärbindningar, eller cross-links, är kemiska länkar som kopplar samman två polymerkedjor eller två delar av en molekyl och bildar ett tredimensionellt nätverk. Nätverket begränsar kedjornas rörelse och ändrar materialets mekaniska och termiska egenskaper jämfört med ocrosslinked kedjor. Tvärbindningar kan vara kovalenta, joniska eller icke-kovalenta, och kan även uppstå som tillfälliga fysiska bindningar som bryts och återbildas under drift.

Kovalenta tvärbindningar byggs av bifunktionella eller multifunktionella tvärbindare som reagerar med kedjorna. Ett klassiskt exempel är vulkanisering av naturskummgummi med svavel, där svavel bildar kovalenta länkar mellan polymerkedjor. Andra exempel är härdning av epoxihärdplast, tvärbindningar i silikoner och vissa proteinbaserade nätverk som bildas via enzymatisk eller kemisk korslänkning. Icke-kovalenta tvärbindningar inkluderar vätebindningar, hydrofobiska interaktioner och metall-ligand-bindningar som ofta ger reversibla nätverk.

Ionic tvärbindningar uppstår när multivalenta joner korsbinder polyanjoner eller polyelektrolyter, som kalciumjoner som korsbinder alginat. Fysiska tvärbindningar kan ge självläkande eller stimuli-känsliga egenskaper men är vanligtvis mindre styva än kovalenta nätverk.

Effekter: tvärbindningar ökar styrka och styvhet, höjer termisk stabilitet och minskar svällning och upplösning. De gör material mindre smidiga men mer kemikalie- och värmestabila och möjliggör tillämpningar som hydrogelbaserade biomaterial, vulkaniserad gummi, lacker och högpresterande resiner. Viktiga faktorer är tvärbindningsdensitet, fördelning och funktionalitet hos tvärbindaren, samt temperatur och pH. Analytiska metoder inkluderar svällningstester, sol–gel-analyser, FTIR, DSC och rheologi.