Síntesis sonoquímica de látex

Los ultrasonidos inducen y promueven la reacción química para la polimerización del látex. Gracias a las fuerzas sonoquímicas, la síntesis del látex se produce de forma más rápida y eficaz. Incluso el manejo de la reacción química se hace más fácil.

Las partículas de látex se utilizan ampliamente como aditivo para diversos materiales. Los campos de aplicación más 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. Los ultrasonidos son bien conocidos como método eficaz y fiable para dispersar y emulsionar. El gran potencial de los ultrasonidos es la capacidad de crear dispersiones y Emulsiones no sólo en el rango micrométrico, sino también en el nanométrico. Para la síntesis del látex, se utiliza una emulsión o dispersión de monómeros, por ejemplo poliestireno, en agua (o/w = aceite en agua emulsión) es la base de la reacción. Dependiendo del tipo de emulsión, puede ser necesaria una pequeña cantidad de tensioactivo, pero a menudo la energía ultrasónica proporciona una distribución de gotas tan fina que el tensioactivo resulta superfluo. Si se introducen ultrasonidos con amplitudes elevadas en los líquidos, se produce el fenómeno denominado cavitación. El líquido estalla y se generan burbujas de vacío durante los ciclos alternos 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 1.000 bares 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 gotas y partículas que las contienen. Los radicales libres formados bajo los ultrasonidos cavitación inician la polimerización en cadena de los monómeros en el agua. Las cadenas poliméricas 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 son atrapados por las partículas existentes, y la polimerización continúa dentro de las partículas. Una vez formadas las partículas primarias, toda polimerización posterior 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 suelen ser de 50-500 nm.

La sonosíntesis puede llevarse a cabo como proceso discontinuo o continuo.

Los reactores de célula de flujo ultrasónico permiten un procesamiento continuo.

Si el látex de poliestireno se sintetiza por vía sonoquímica, se pueden conseguir partículas de látex con un tamaño pequeño de 50 nm y un peso molecular elevado, superior a 106 g/mol. Debido a la eficaz emulsificación ultrasónica, sólo se necesitará una pequeña cantidad de tensioactivo. La ultrasonicación continua aplicada a la solución de monómero crea suficientes radicales alrededor de las gotitas de monómero, lo que da lugar a partículas de látex muy pequeñas durante la polimerización. Además de los efectos de la polimerización ultrasónica, otras ventajas 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]
Se consigue un efecto potencial del látex mediante la síntesis de nanolátex encapsulado con ZnO: El nanolátex encapsulado con ZnO muestra un alto rendimiento anticorrosivo. En el estudio de Sonawane et al. (2010), se han sintetizado partículas de nanolátex compuesto de ZnO/polimetacrilato de butilo y ZnO-PBMA/polianilina de 50 nm mediante polimerización por emulsión sonoquímica.
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Literatura/Referencias

  • Ooi, S. K.; Biggs, S. (2000): Iniciación ultrasónica de la síntesis de látex de poliestireno. Ultrasonics Sonochemistry 7, 2000. 125-133.
  • 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 & Investigación en Química de Ingeniería 19, 2010. 2200-2205.
  • Suslick, K. S. (1998): Enciclopedia Kirk-Othmer de Tecnología Química; 4ª Ed. J. Wiley & Sons: Nueva York, Vol. 26, 1998. 517-541.
  • Teo, B. M.; Ashokkumar, M.; Grieser, F. (2011): Sonochemical polymerization of miniemulsions in organic liquids/water mixtures. Physical Chemistry Chemical Physics 13, 2011. 4095-4102.
  • Teo, B. M.; Chen, F.; Hatton, T. A.; Grieser, F.; Ashokkumar, M.; (2009): Novel one-pot synthesis of magnetite latex nanoparticles by ultrasonic irradiation.
  • Zhang, K.; Park, B.J.; Fang, F.F.; Choi, H. J. (2009): Sonochemical Preparation of Polymer Nanocomposites. Molecules 14, 2009. 2095-2110.