Sonohemijska sinteza lateksa

Ultrazvuk pokreće i potiče hemijsku reakciju polimerizacije lateksa. Zahvaljujući sonohemijskim silama sinteza lateksa odvija se brže i efikasnije. Čak i rukovanje hemijskom reakcijom postaje lakše.

Kako ultrazvučna obrada (sonikacija) poboljšava sintezu lateksa

Ultrazvuk je etablirana i vrlo efikasna metoda za dispergiranje i emulgiranje tečnosti. Njegov jedinstveni potencijal leži u sposobnosti stvaranja emulzija ne samo u mikrometarskom području nego i s kapljicama veličine na nanometarskoj skali. Kod sinteze lateksa reakcija obično počinje emulzijom ili disperzijom monomera (npr. stirena za polistiren) u vodi, čime nastaje sistem ulje u vodi (O/W). Ovisno o zahtjevima formulacije, mogu biti potrebne male količine surfaktanta; međutim, intenzivno smicanje koje stvaraju ultrazvučni uređaji velike snage često daje tako fine raspodjele kapljica da se surfaktanti mogu svesti na minimum ili postati nepotrebni.

Princip rada ultrazvučne obrade (sonikacije)

Kada se ultrazvuk visoke amplitude uvede u tečnost, nastaje akustična kavitacija. Tokom naizmjeničnih ciklusa visokog i niskog pritiska mikromjehurići nastaju, rastu i na kraju se silovito urušavaju. Ove implozije stvaraju lokalizirane vruće tačke s prolaznim pritiscima do približno 1000 bar te generiraju udarne talase i mikromlazeve brzina do 400 km/h [Suslick, 1998]. Takvi ekstremni uvjeti djeluju direktno na dispergirane kapljice i čestice, potičući efikasno smanjenje veličine i miješanje.
Osim mehaničkih efekata, ultrazvučna kavitacija proizvodi i vrlo reaktivne slobodne radikale. Ovi radikali pokreću lančanu polimerizaciju monomera u vodenoj fazi. Kako se polimerni lanci formiraju, oni nukleiraju primarne čestice, obično u rasponu od 10–20 nm. Te primarne čestice bubre od monomera, dok se rastući polimerni radikali nastali u vodenoj fazi ugrađuju u postojeće čestice. Nakon prestanka nukleacije broj čestica ostaje konstantan, a daljnja polimerizacija povećava samo veličinu čestica. Rast se nastavlja dok se raspoloživi monomer potpuno ne potroši, što daje konačne čestice lateksa promjera obično između 50 i 500 nm.

Ultrazvučno emulgiranje i polimerizacija

Kada se polistirenski lateks sintetizira sonohemijskim putem, mogu se postići promjeri čestica od samo približno 50 nm i molekulske mase veće od 10⁶ g/mol. Zahvaljujući vrlo efikasnom emulgiranju koje stvara ultrazvuk velike snage, potrebne su samo minimalne količine surfaktanta. Kontinuirana ultrazvučna obrada monomerne faze stvara veliku gustoću radikala u blizini kapljica monomera, što tokom polimerizacije potiče stvaranje izuzetno malih čestica lateksa. Pored mehanohemijskih efekata polimerizacije, dodatne prednosti ultrazvučne sinteze uključuju niže reakcione temperature, ubrzanu kinetiku reakcije i proizvodnju visokokvalitetnog lateksa sa znatno povećanim molekulskim masama. Ove prednosti se jednako odnose i na ultrazvučno potpotpomognute procese kopolimerizacije [Zhang et al., 2009].
Daljnje poboljšanje funkcionalnih svojstava može se postići sintezom nanolateksa s inkapsulacijom ZnO. Takve hibridne čestice pokazuju izrazito visoka antikorozivna svojstva. Sonawane i sar. (2010), na primjer, sintetizirali su kompozitne čestice nanolateksa ZnO/poli(butil metakrilat) i ZnO–PBMA/polianilin od približno 50 nm koristeći sonohemijsku emulzijsku polimerizaciju.
Hielscher sonikatori velike snage su robusni i efikasni alati za izvođenje sonohemijskih reakcija. Širok portfelj ultrazvučnih procesora različitih snaga i konfiguracija osigurava optimalno prilagođavanje specifičnim zahtjevima procesa te šaržnim ili protočnim zapreminama. Svi procesi mogu se ispitati u laboratorijskom mjerilu, a zatim linearno i predvidivo povećati na industrijsku proizvodnju. Ultrazvučne jedinice namijenjene kontinuiranom protočnom radu mogu se besprijekorno integrirati u postojeće proizvodne linije.

Iskoristite prednosti ultrazvučne obrade za efikasnu proizvodnju lateksa

Ultrazvučna obrada (sonikacija) pruža jedinstveno snažan i svestran pristup poboljšanju emulgiranja i sinteze lateksa. Intenzivne smične sile i efekti kavitacije koje stvara ultrazvuk velike snage daju izuzetno fine i stabilne emulzije, često smanjujući ili otklanjajući potrebu za surfaktantima. Istovremeno, stvaranje radikala u ultrazvučnim uvjetima pokreće i ubrzava polimerizaciju, omogućavajući preciznu kontrolu nukleacije čestica, rasta i konačne morfologije. Ove kombinirane mehanohemijske i sonohemijske prednosti daju lateks s manjim veličinama čestica, većim molekulskim masama i poboljšanom ujednačenošću. Nadalje, ultrazvučna obrada omogućava niže reakcione temperature, kraća vremena reakcije i pouzdano povećanje mjerila od laboratorijske do industrijske proizvodnje. Sve u svemu, ultrazvučna obrada značajno poboljšava i efikasnost procesa i kvalitet proizvoda, što je čini superiornom tehnologijom za modernu sintezu lateksa.

Literatura/reference

• Luo Y.D., Dai C.A., Chiu W.Y. (2009): P(AA-SA) latex particle synthesis via inverse miniemulsion polymerization-nucleation mechanism and its application in pH buffering. Journal of Colloid Interface Science 2009 Feb 1;330(1):170-4.
• Sonawane, S. H.; Teo, B. M.; Brotchie, A.; Grieser, F.; Ashokkumar, M. (2010): Sonochemical Synthesis of ZnO Encapsulated Functional Nanolatex and its Anticorrosive Performance. Industrial & Engineering Chemistry Research 19, 2010. 2200-2205.
• Oliver Pankow, Gudrun Schmidt-Naake (2009): In Situ Synthesis of Mg/Si Polymer Composites via Emulsion Polymerization. Macro-Molecular Materials and Engineering, Volume291, Issue 11, November 9, 2006. 1348-1357.
• Teo, B. M..; Chen, F.; Hatton, T. A.; Grieser, F.; Ashokkumar, M.; (2009): Novel one-pot synthesis of magnetite latex nanoparticles by ultrasonic irradiation. Langmuir 25(5):2593-5