Lateksi sonokeemiline süntees

Ultraheli indutseerib ja soodustab keemilist reaktsiooni lateksi polümerisatsiooniks. Sonokeemiliste jõudude abil toimub lateksi süntees kiiremini ja tõhusamalt. Isegi keemilise reaktsiooni käitlemine muutub lihtsamaks.

Kuidas sonikatsioon parandab lateksi sünteesi

Ultraheli on tunnustatud ja väga tõhus meetod vedelike dispergeerimiseks ja emulgeerimiseks. Selle ainulaadne potentsiaal seisneb selles, et see suudab tekitada emulsioone mitte ainult mikromeetri, vaid ka nanomeetri skaala tilkade suuruses. Lateksisünteesi puhul algab reaktsioon tavaliselt monomeeride (nt stüreeni polüstüreeni jaoks) emulsioonist või dispersioonist vees, moodustades õli-vesi (O/W) süsteemi. Sõltuvalt koostisnõuetest võib olla vajalik väike kogus pindaktiivset ainet, kuid suure võimsusega ultraheli tekitab sageli nii peene tilkade jaotuse, et pindaktiivseid aineid saab minimeerida või muuta need ebavajalikuks.

Ultrahelitöötluse tööpõhimõte

Kui vedelikku sisestatakse suure amplituudiga ultraheli, tekib akustiline kavitatsioon. Vahelduvate kõrge ja madala rõhu tsüklite ajal tekivad mikro mullid, kasvavad ja lõpuks varisevad need vägivaldselt kokku. Need implosioonid tekitavad lokaalseid kuumasid kohti, mille mööduv rõhk on kuni ligikaudu 1000 baari, ning tekitavad lööklaineid ja mikrojette, mis saavutavad kiiruse kuni 400 km/h [Suslick, 1998]. Sellised äärmuslikud tingimused mõjuvad otseselt hajutatud tilkadele ja osakestele, soodustades tõhusat suuruse vähendamist ja segunemist.
Lisaks mehaanilisele mõjule tekitab ultraheli-kavitatsioon ka väga reaktiivseid vabu radikaale. Need radikaalid algatavad monomeeride ahelreaktsiooni polümerisatsiooni vesifaasis. Kuna polümeeride ahelad moodustuvad, tekitavad nad esmaseid osakesi, mis on tavaliselt vahemikus 10-20 nm. Need primaarsed osakesed paisuvad monomeeriga, samal ajal kui kasvavad vesifaasis tekkinud polümeeriradikaalid inkorporeeritakse olemasolevatesse osakestesse. Pärast nukleatsiooni lõppemist jääb osakeste arv konstantseks ja edasine polümerisatsioon suurendab ainult osakeste suurust. Kasv jätkub, kuni olemasolev monomeer on täielikult ära kasutatud, saades lõplikke lateksiosakesi, mille läbimõõt on tavaliselt 50-500 nm.

Ultraheli emulgeerimine ja polümerisatsioon

Kui polüstüreeni lateks sünteesitakse sonokeemilisel teel, on võimalik saavutada osakeste läbimõõtu, mis on ligikaudu 50 nm ja molekulmassi, mis ületab 10⁶ g/mol. Tänu suure võimsusega ultraheli abil tekitatud väga tõhusale emulgeerimisele on vaja ainult minimaalset pindaktiivset ainet. Monomeerifaasi pidev ultraheli tekitab monomeeri tilkade läheduses suure radikaalide tiheduse, mis soodustab erakordselt väikeste lateksiosakeste moodustumist polümerisatsiooni käigus. Lisaks mehhaanilis-keemilisele polümerisatsiooni mõjule on ultrahelisünteesi täiendavate eeliste hulka kuuluvad madalamad reaktsioonitemperatuurid, kiirendatud reaktsioonikineetika ja kvaliteetse lateksi tootmine märkimisväärselt kõrgema molekulmassiga. Need eelised laienevad ka ultraheli abil toimuvatele kopolümerisatsiooniprotsessidele [Zhang et al., 2009].
Funktsionaalset toimivust saab veelgi parandada ZnO-ga kapseldatud nanolatexi sünteesiga. Sellistel hübriidosakestel on märkimisväärselt kõrged korrosioonivastased omadused. Näiteks Sonawane et al. (2010) sünteesisid ZnO/polü(butüülmetakrülaat) ja ZnO-PBMA/polüaniliini nanolatexi komposiitosakesi suurusega ligikaudu 50 nm, kasutades sonokeemilist emulsioonpolümerisatsiooni.
Hielscheri suure võimsusega sonikaatorid on vastupidavad ja tõhusad vahendid sonokeemiliste reaktsioonide läbiviimiseks. Erinevate võimsuste ja konfiguratsioonidega ultraheliprotsessorite lai valik tagab optimaalse kohandamise konkreetsete protsessinõuetega ja partii- või läbivoolumahtudega. Kõiki protsesse saab hinnata laboratooriumis ja seejärel lineaarselt ja prognoositavalt suurendada tööstuslikuks tootmiseks. Pidevaks vooluks kavandatud ultraheliüksusi saab sujuvalt integreerida olemasolevatesse tootmisliinidesse.

Kasutage sonikatsiooni eeliseid tõhusaks lateksitootmiseks

Sonikatsioon pakub ainulaadselt võimsat ja mitmekülgset lähenemist lateksi emulgeerimise ja sünteesi tõhustamiseks. Suure võimsusega ultraheli tekitatud intensiivsed nihkejõud ja kavitatsiooniefektid tekitavad erakordselt peene ja stabiilse emulsiooni, mis sageli vähendab või kõrvaldab vajaduse pindaktiivsete ainete järele. Samal ajal algatab ja kiirendab radikaalide moodustumine ultraheli tingimustes polümerisatsiooni, võimaldades täpset kontrolli osakeste nukleatsiooni, kasvu ja lõpliku morfoloogia üle. Need kombineeritud mehhanokeemilised ja sonokeemilised eelised annavad väiksema osakeste suuruse, suurema molekulmassi ja parema ühtlusega lateksid. Lisaks võimaldab ultrahelitöötlus madalamaid reaktsioonitemperatuure, lühemaid reaktsiooniaegu ja usaldusväärset skaleeritavust laborist kuni tööstusliku tootmiseni. Üldiselt parandab sonikatsioon oluliselt nii protsessi tõhusust kui ka toote kvaliteeti, muutes selle kaasaegse lateksisünteesi jaoks paremaks tehnoloogiaks.

Kirjandus / viited