Sonokemisk syntese af latex

Ultralyd inducerer og fremmer den kemiske reaktion til polymerisation af latex. Ved sonokemiske kræfter sker latexsyntesen hurtigere og mere effektivt. Selv håndteringen af den kemiske reaktion bliver lettere.

Latexpartikler bruges i vid udstrækning som tilsætningsstof til forskellige materialer. Almindelige anvendelsesområder omfatter anvendelse som tilsætningsstoffer i maling og belægninger, lim og cement.
Til polymerisation af latex er emulgeringen og dispersionen af den basiske reaktionsopløsning en vigtig faktor, der påvirker polymerkvaliteten betydeligt. Ultralyd er velkendt som effektiv og pålidelig metode til dispergering og emulgering. Det høje potentiale ved ultralyd er evnen til at skabe Dispersioner og Emulsioner Ikke kun i mikron- men også i nanostørrelsesområdet. Til syntese af latex, en emulsion eller dispersion af monomerer, f.eks. polystyren, i vand (o/w = olie-i-vand emulsion) er grundlaget for reaktionen. Afhængig af emulsionstypen kan det være nødvendigt med en lille mængde overfladeaktivt stof, men ofte giver ultralydsenergien en så fin dråbefordeling, at det overfladeaktive stof er overflødigt. Hvis ultralyd med høje amplituder indføres i væsker, opstår fænomenet såkaldt kavitation. Væskesprængningerne og vakuumboblerne genereres under de skiftende højtryks- og lavtrykscyklusser. Når disse små bobler ikke kan absorbere mere energi, imploderer de under en højtrykscyklus, så tryk op til 1000 bar og chokbølger samt væskestråler på op til 400 km/t nås lokalt. [Suslick, 1998] Disse meget intense kræfter, forårsaget af ultralydskavitation, træder i kraft på de omsluttende dråber og partikler. De frie radikaler dannet under ultralyd Kavitation initiere kædereaktionspolymerisationen af monomererne i vandet. Polymerkæderne vokser og danner primære partikler med en omtrentlig størrelse på 10-20 nm. De primære partikler svulmer op med monomerer, og initieringen af polymerkæder fortsætter i den vandige fase, voksende polymerradikaler fanges af de eksisterende partikler, og polymerisationen fortsætter inde i partiklerne. Efter at de primære partikler er dannet, øger al yderligere polymerisation størrelsen, men ikke antallet af partikler. Væksten fortsætter, indtil al monomeren er forbrugt. De endelige partikeldiametre er typisk 50-500 nm.

Hvis polystyrenlatex syntetiseres via sonokemisk vej, kan latexpartikler med en lille størrelse på 50 nm og en høj molekylvægt på mere end 106 g/mol opnås. På grund af den effektive ultralydsemulgering er der kun behov for en lille mængde overfladeaktivt stof. Den kontinuerlige ultralydbehandling, der påføres monomeropløsningen, skaber tilstrækkelige radikaler omkring monomerdråberne, hvilket fører til de meget små latexpartikler under polymerisationen. Udover ultralydspolymerisationseffekterne er yderligere fordele ved denne metode den lave reaktionstemperatur, den hurtigere reaktionssekvens og kvaliteten af latexpartiklerne på grund af partiklernes høje molekylvægt. Fordelene ved ultralydspolymerisation gælder også for den ultralydassisterede copolymerisation. [Zhang et al. 2009]
En potentiel effekt af latex opnås ved syntese af ZnO-indkapslet nanolatex: Den ZnO-indkapslede nanolatex viser høj antikorrosiv ydeevne. I undersøgelsen af Sonawane et al. (2010) er ZnO/poly(butylmethacrylat) og ZnO−PBMA/polyanilin nanolatex kompositpartikler på 50 nm blevet syntetiseret ved sonokemisk emulsionspolymerisation.
Hielscher Ultrasonics ultralydsenheder med høj effekt er pålidelige og effektive værktøjer til sonokemisk reaktion. En bred vifte af ultralydsprocessorer med forskellige strømkapaciteter og opsætninger sørger for at give den optimale konfiguration til den specifikke proces og volumen. Alle applikationer kan evalueres i laboratoriet og efterfølgende skaleres lineært op til produktionsstørrelsen. Ultralydsmaskiner til kontinuerlig bearbejdning i gennemstrømningstilstand kan nemt eftermonteres i eksisterende produktionslinjer.

Litteratur/Referencer

• Ooi, S. K.; Biggs, S. (2000): Ultralydsinitiering af polystyrenlatexsyntese. Ultralyd Sonokemi 7, 2000. 125-133.
• Sonawane, S. H.; Teo, B. M.; Brotchie, A.; Grieser, F.; Ashokkumar, M. (2010): Sonokemisk syntese af ZnO-indkapslet funktionel nanolatex og dens antikorrosive ydeevne. Industriel & Teknisk kemi forskning 19, 2010. 2200-2205.
• Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4. udg. J. Wiley & Sønner: New York, Vol. 26, 1998. 517-541.
• Teo, B. M..; Ashokkumar, M.; Grieser, F. (2011): Sonokemisk polymerisation af miniemulsioner i organiske væsker/vandblandinger. Fysisk kemi Kemisk fysik 13, 2011. 4095-4102.
• Teo, B. M..; Chen, F.; Hatton, T. A.; Grieser, F.; Ashokkumar, M.; (2009): Ny one-pot syntese af magnetit latex nanopartikler ved ultralydsbestråling.
• Zhang, K.; Park, B.J.; Fang, F.F.; Choi, H. J. (2009): Sonokemisk fremstilling af polymere nanokompositter. Molekyler 14, 2009. 2095-2110.