سنتز سونوشیمیایی لاتکس

سونوگرافی واکنش شیمیایی را برای پلیمریزاسیون لاتکس القا و تقویت می کند. توسط نیروهای سونوشیمیایی، سنتز لاتکس سریعتر و کارآمدتر اتفاق می افتد. حتی رسیدگی به واکنش شیمیایی آسان تر می شود.

چگونه سونیکاسیون سنتز لاتکس را بهبود می بخشد

سونوگرافی روشی تثبیت شده و بسیار مؤثر برای پراکندگی و امولسیون کردن مایعات است. پتانسیل منحصر به فرد آن در توانایی تولید امولسیون نه تنها در محدوده میکرومتر بلکه در اندازه قطرات در مقیاس نانومتر نهفته است. در سنتز لاتکس، واکنش معمولا با امولسیون یا پراکندگی مونومرها (مثلا استایرن برای پلی استایرن) در آب آغاز می شود و یک سیستم روغن در آب (O/W) تشکیل می دهد. بسته به الزامات فرمولاسی، مقادیر کمی سورفکتانت ممکن است لازم باشد؛ با این حال، برش شدید تولید شده توسط اولتراسونیک های پرقدرت اغلب توزیع قطرات بسیار ریز ایجاد می کند که سورفکتانت ها را می توان به حداقل رساند یا غیرضروری ساخت.

اصل کار فراصوت

وقتی سونوگرافی با دامنه بالا وارد مایع می شود، کاویتاسیون صوتی رخ می دهد. در طول چرخه های متناوب فشار بالا و پایین، ریزحباب ها تشکیل می شوند، رشد می کنند و در نهایت به شدت فرو می ریزند. این فروپاشی ها نقاط داغ موضعی با فشار گذرا تا حدود ۱۰۰۰ بار ایجاد می کنند و امواج شوک و میکروجت هایی تولید می کنند که به سرعت هایی تا ۴۰۰ کیلومتر بر ساعت می رسند [Suslick, 1998]. چنین شرایط شدیدی مستقیما بر قطرات و ذرات پراکنده اثر می گذارند و کاهش اندازه و اختلاط کارآمد را ترویج می کنند.
علاوه بر اثرات مکانیکی، کاویتاسیون فراصوت رادیکال های آزاد بسیار واکنشی نیز تولید می کند. این رادیکال ها پلیمریزاسیون زنجیره ای مونومرها را در فاز آبی آغاز می کنند. با تشکیل زنجیره های پلیمری، ذرات اولیه معمولا در بازه ۱۰ تا ۲۰ نانومتر هسته می شوند. این ذرات اولیه با مونومر متورم می شوند، در حالی که رادیکال های پلیمری در حال رشد تولید در فاز آبی در ذرات موجود ادغام می شوند. پس از توقف هسته زایی، تعداد ذرات ثابت می ماند و پلیمریزاسیون بیشتر فقط اندازه ذرات را افزایش می دهد. رشد ادامه می یابد تا مونومر موجود کاملا مصرف شود و ذرات لاتکس نهایی معمولا بین ۵۰ تا ۵۰۰ نانومتر قطر تولید می کند.

امولسیون سازی و پلیمریزاسیون اولتراسونیک

وقتی لاتکس پلی استایرن از طریق مسیر سونوشیمیایی سنتز می شود، قطرهای ذراتی به کوچکی حدود ۵۰ نانومتر و وزن مولکولی بیش از ۱۰⁶ گرم بر مول حاصل می شود. به دلیل امولسیفیکاسیون بسیار کارآمد تولید شده توسط سونوگرافی پرقدرت، تنها سطح حداقلی سورفکتانت مورد نیاز است. اولتراسونیک پیوسته فاز مونومر چگالی بالایی از رادیکال ها در نزدیکی قطرات مونومر ایجاد می کند که تشکیل ذرات لاتکس بسیار کوچک را در طول پلیمریزاسیون تسهیل می کند. علاوه بر اثرات پلیمریزاسیون مکانوشیمیایی، مزایای اضافی سنتز اولتراسونیک شامل کاهش دمای واکنش، سینتیک واکنش سریع تر و تولید لاتکس با کیفیت بالا با وزن مولکولی قابل توجه است. این مزایا به فرآیندهای کوپلیمریزاسیون با کمک فراصوت نیز گسترش می یابد [ژانگ و همکاران، ۲۰۰۹].
افزایش عملکرد عملکردی را می توان از طریق سنتز نانولاتکس کپسوله شده با ZnO به دست آورد. چنین ذرات هیبریدی خواص ضدخوردگی قابل توجهی دارند. برای مثال، سوناوان و همکاران (۲۰۱۰) ذرات کامپوزیت نانولاتکس ZnO/پلی (بوتیل متاکریلات) و ZnO–PBMA/پلی آنیلین را با استفاده از پلیمریزاسیون امولسیون سونوشیمیایی سنتز کردند.
سونیکاتورهای هیلشر با توان بالا ابزارهای مقاوم و کارآمدی برای انجام واکنش های سونوشیمیایی هستند. مجموعه گسترده ای از پردازنده های اولتراسونیک با ظرفیت ها و پیکربندی های مختلف توان، سازگاری بهینه با نیازهای خاص فرآیند و حجم های دسته ای یا جریان را تضمین می کند. تمام فرآیندها می توانند در مقیاس آزمایشگاهی ارزیابی شوند و سپس به صورت خطی و قابل پیش بینی به تولید صنعتی گسترش یابند. واحدهای اولتراسونیک طراحی شده برای عملکرد جریان پیوسته می توانند به طور یکپارچه در خطوط تولید موجود ادغام شوند.

از سونیکیشن برای تولید مؤثر لاتکس بهره ببرید

Sonication رویکردی منحصربه فرد قدرتمند و چندمنظوره برای بهبود امولسیفیکاسیون و سنتز لاتکس ارائه می دهد. نیروهای برشی شدید و اثرات کاویتاسیون تولید شده توسط اولتراسوند پرقدرت، امولسیون های بسیار ریز و پایداری تولید می کنند که اغلب نیاز به سورفکتانت ها را کاهش یا حذف می کنند. در عین حال، تشکیل رادیکال ها در شرایط اولتراسونیک پلیمریزاسیون را آغاز و تسریع می کند و کنترل دقیق هسته زایی، رشد و مورفولوژی نهایی ذرات را ممکن می سازد. این مزایای ترکیبی مکانوشیمیایی و سونوشیمیایی، لاتکس هایی با اندازه ذرات کوچکتر، وزن مولکولی بالاتر و یکنواختی بهبود یافته تولید می کنند. علاوه بر این، پردازش فراصوت امکان کاهش دمای واکنش، زمان واکنش کوتاه تر و مقیاس پذیری قابل اعتماد از تولید آزمایشگاهی تا صنعتی را فراهم می کند. در مجموع، سونیکاسیون به طور قابل توجهی هم کارایی فرآیند و هم کیفیت محصول را بهبود می بخشد و آن را به فناوری برتری برای سنتز لاتکس مدرن تبدیل می کند.

ادبیات/منابع