Hielscher – Tecnología de Ultrasonidos

Síntesis sonoquímica de látex

El ultrasonido induce y promueve la reacción química para la polimerización del látex. Por fuerzas sonoquímicas, la síntesis de látex ocurre más rápido y de manera más eficiente. Incluso el manejo de la reacción química se vuelve más fácil.
Las partículas de látex se utilizan ampliamente como aditivo para diversos materiales. Los campos de aplicación comunes incluyen el uso como aditivos en pinturas y revestimientos, colas y cemento.
Para la polimerización del látex, la emulsificación y dispersión de la solución básica de reacción es un factor importante que influye significativamente en la calidad del polímero. El ultrasonido es conocido como un método eficiente y confiable para dispersar y emulsionar. El alto potencial de los ultrasonidos es la capacidad de crear dispersiones y Emulsiones no sólo en la gama de micras, sino también en la gama de tamaños nanométricos. Para la síntesis de látex, una emulsión o dispersión de monómeros, por ejemplo, poliestireno, en agua (p/p = aceite en agua) Emulsión) es la base de la reacción. Dependiendo del tipo de emulsión, puede requerirse una pequeña cantidad de surfactante, pero a menudo la energía ultrasónica proporciona una distribución tan fina de gotas que el surfactante es superfluo. Si se introduce un ultrasonido de gran amplitud en los líquidos, se produce el fenómeno de la llamada cavitación. Las ráfagas de líquido y las burbujas de vacío se generan durante los ciclos alternados de alta y baja presión. Cuando estas pequeñas burbujas no pueden absorber más energía, implosionan durante un ciclo de alta presión, de modo que se alcanzan localmente presiones de hasta 1000 bar y ondas de choque, así como chorros de líquido de hasta 400 km/h. Estas fuerzas altamente intensas, causadas por la cavitación ultrasónica, afectan a las gotitas y partículas que se encuentran en el interior. Los radicales libres formados bajo el ultrasonido cavitación iniciar la polimerización por reacción en cadena de los monómeros en el agua. Las cadenas de polímeros crecen y forman partículas primarias con un tamaño aproximado de 10-20 nm. Las partículas primarias se hinchan con monómeros, y la iniciación de las cadenas de polímeros continúa en la fase acuosa, los radicales poliméricos en crecimiento quedan atrapados por las partículas existentes, y la polimerización continúa dentro de las partículas. Después de que las partículas primarias se han formado, toda polimerización adicional aumenta el tamaño pero no el número de partículas. El crecimiento continúa hasta que se consume todo el monómero. Los diámetros finales de las partículas son típicamente de 50-500 nm.
La sono-síntesis puede llevarse a cabo como un lote o como un proceso continuo.

Los reactores de celda de flujo ultrasónicos permiten un procesamiento continuo.

Si el látex de poliestireno se sintetiza por vía ecoquímica, se pueden obtener partículas de látex con un pequeño tamaño de 50 nm y un alto peso molecular de más de 106 g/mol. Debido a la eficiente emulsificación ultrasónica, sólo se necesita una pequeña cantidad de surfactante. La ultrasonicación continua aplicada a la solución de monómero crea suficientes radicales alrededor de las gotas de monómero, lo que conduce a las partículas de látex muy pequeñas durante la polimerización. Además de los efectos de la polimerización ultrasónica, otros beneficios de este método son la baja temperatura de reacción, la secuencia de reacción más rápida y la calidad de las partículas de látex debido al alto peso molecular de las partículas. Las ventajas de la polimerización ultrasónica se aplican también a la copolimerización asistida por ultrasonidos. [Zhang et al. 2009]
Un efecto potencial del látex se logra mediante la síntesis de nanolato de ZnO encapsulado: El nanolatex encapsulado en ZnO presenta un alto rendimiento anticorrosivo. En el estudio de Sonawane et al (2010), las partículas compuestas de ZnO/poly(butil metacrilato) y ZnO-PBMA/polyaniline nanolatex de 50 nm han sido sintetizadas mediante polimerización por emulsión ecoquímica.
Hielscher Ultrasonics dispositivos de ultrasonido de alta potencia son herramientas fiables y eficientes para procesos sonoquímicos reacción. Una amplia gama de procesadores ultrasónicos con diferentes capacidades de potencia y configuraciones se asegura de proporcionar la configuración óptima para el proceso y volumen específicos. Todas las aplicaciones pueden ser evaluadas en el laboratorio y posteriormente escaladas hasta el tamaño de producción, linealmente. Las máquinas de ultrasonidos para el procesamiento continuo en el modo de flujo continuo se pueden adaptar fácilmente a las líneas de producción existentes.
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Literatura/Referencias

  • Ooi, S. K.; Biggs, S. (2000): Iniciación ultrasónica de la síntesis de látex de poliestireno. Ultrasonido Sonoquímica 7, 2000. 125-133.
  • Sonawane, S. H.; Teo, B. M.; Brotchie, A.; Grieser, F.; Ashokkumar, M. (2010): Síntesis sonoquímica de Nanolatex funcional encapsulado con ZnO y su rendimiento anticorrosivo. Industrial & Engineering Chemistry Research 19, 2010. 2200-2205.
  • Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Hijos: Nueva York, Vol. 26, 1998. 517-541.
  • Teo, B. M...; Ashokkumar, M.; Grieser, F. (2011): Polimerización sonoquímica de mini-emulsiones en mezclas orgánicas líquidas/agua. Química Física Química Química Física 13, 2011. 4095-4102.
  • Teo, B. M...; Chen, F.; Hatton, T. A.; Grieser, F.; Ashokkumar, M.; (2009): Novedosa síntesis de nanopartículas de látex de magnetita por irradiación ultrasónica.
  • Zhang, K.; Park, B.J.; Fang, F.F.; Choi, H. J. (2009): Preparación Sonoquímica de Nanocompuestos Poliméricos. Moléculas 14, 2009. 2095-2110.