Lateksin sonokemiallinen synteesi

Ultraääni indusoi ja edistää kemiallista reaktiota lateksin polymeroimiseksi. Sonokemiallisilla voimilla lateksisynteesi tapahtuu nopeammin ja tehokkaammin. Jopa kemiallisen reaktion käsittely helpottuu.

Lateksihiukkasia käytetään laajalti lisäaineena eri materiaaleille. Yleisiä sovellusalueita ovat käyttö lisäaineina maaleissa ja pinnoitteissa, liimoissa ja sementissä.
Lateksin polymeroinnissa emäksisen reaktioliuoksen emulgointi ja dispersio on tärkeä tekijä, joka vaikuttaa polymeerin laatuun merkittävästi. Ultraääni tunnetaan tehokkaana ja luotettavana menetelmänä dispergointiin ja emulgointiin. Ultraäänien suuri potentiaali on kyky luoda Dispersiot ja Emulsiot Ei vain mikroni- vaan myös nanokokoalueella. Lateksin synteesiä varten emulsio tai monomeerien, esimerkiksi polystyreenin, dispersio vedessä (o/w = öljy vedessä) emulsio) on reaktion perusta. Emulsiotyypistä riippuen voidaan tarvita pieni määrä pinta-aktiivista ainetta, mutta usein ultraäänienergia tarjoaa niin hienon pisarajakauman niin, että pinta-aktiivinen aine on tarpeeton. Jos nesteisiin lisätään ultraääni, jolla on suuret amplitudit, tapahtuu ns. Nestepurskeet ja tyhjiökuplat syntyvät vuorotellen korkeapaine- ja matalapainesyklien aikana. Kun nämä pienet kuplat eivät pysty absorboimaan enemmän energiaa, ne luhistuvat korkeapainesyklin aikana niin, että paikallisesti saavutetaan jopa 1000 baarin paine ja iskuaallot sekä jopa 400 km/h nestemäiset suihkut. [Suslick, 1998] Nämä ultraäänikavitaation aiheuttamat erittäin voimakkaat voimat vaikuttavat ympäröiviin pisaroihin ja hiukkasiin. Vapaat radikaalit muodostuivat ultraäänen alla kavitaatio aloittaa monomeerien ketjureaktiopolymerointi vedessä. Polymeeriketjut kasvavat ja muodostavat primäärihiukkasia, joiden koko on noin 10-20 nm. Primaariset hiukkaset turpoavat monomeerien kanssa, ja polymeeriketjujen aloittaminen jatkuu vesifaasissa, kasvavat polymeeriradikaalit jäävät olemassa olevien hiukkasten loukkuun ja polymerointi jatkuu hiukkasten sisällä. Kun primaariset hiukkaset ovat muodostuneet, kaikki edelleen polymerointi lisää hiukkasten kokoa, mutta ei määrää. Kasvu jatkuu, kunnes kaikki monomeeri on kulutettu. Lopulliset hiukkashalkaisijat ovat tyypillisesti 50-500 nm.

Jos polystyreenilateksi syntetisoidaan sonokemiallisella reitillä, voidaan saavuttaa lateksihiukkaset, joiden koko on pieni 50 nm ja suuri molekyylipaino yli 106 g / mol. Tehokkaan ultraääniemulgoinnin vuoksi tarvitaan vain pieni määrä pinta-aktiivista ainetta. Monomeeriliuokseen levitetty jatkuva ultrasonication luo riittävästi radikaaleja monomeeripisaroiden ympärille, mikä johtaa hyvin pieniin lateksihiukkasiin polymeroinnin aikana. Ultraäänipolymerointivaikutusten lisäksi tämän menetelmän muita etuja ovat alhainen reaktiolämpötila, nopeampi reaktiosekvenssi ja lateksihiukkasten laatu hiukkasten suuren molekyylipainon vuoksi. Ultraäänipolymeroinnin edut koskevat myös ultraäänellä avustettua kopolymerointia. [Zhang ym. 2009]
Lateksin mahdollinen vaikutus saavutetaan ZnO-kapseloidun nanolateksin synteesillä: ZnO-kapseloidulla nanolateksilla on korkea ruosteenestokyky. (2010) tutkimuksessa ZnO/poly(butyylimetakrylaatti) ja ZnO-PBMA/polyaniliininanolateksikomposiittihiukkaset 50 nm on syntetisoitu sonokemiallisella emulsiopolymeroinnilla.
Hielscher Ultrasonics suuritehoiset ultraäänilaitteet ovat luotettavia ja tehokkaita työkaluja Sonokemiallinen reaktio. Laaja valikoima ultraääniprosessoreita, joilla on erilaiset tehokapasiteetit ja asetukset, varmistaa, että ne tarjoavat optimaalisen kokoonpanon tietylle prosessille ja tilavuudelle. Kaikki sovellukset voidaan arvioida laboratoriossa ja skaalata sitten tuotantokokoon lineaarisesti. Ultraäänikoneet jatkuvaan käsittelyyn läpivirtaustilassa voidaan helposti jälkiasentaa olemassa oleviin tuotantolinjoihin.

Kirjallisuus/viitteet

• Ooi, S. K.; Biggs, S. (2000): Polystyreenilateksisynteesin ultraäänialoitus. Ultraääni Sonokemia 7, 2000. 125-133.
• Sonawane, S. H.; Teo, B. M.; Brotchie, A.; Grieser, F.; Ashokkumar, M. (2010): ZnO-kapseloidun funktionaalisen nanolateksin sonokemiallinen synteesi ja sen ruosteenestokyky. Teollinen & Teknillisen kemian tutkimus 19, 2010. 2200-2205.
• Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmerin kemian tekniikan tietosanakirja; 4. painos J. Wiley & Pojat: New York, osa 26, 1998. 517-541.
• Teo, B. M..; Ashokkumar, M.; Grieser, F. (2011): Miniemulsioiden sonokemiallinen polymerointi orgaanisissa nesteissä / vesiseoksissa. Fysikaalinen kemia Kemiallinen fysiikka 13, 2011. 4095-4102.
• Teo, B. M..; Chen, F.; Hatton, T. A.; Grieser, F.; Ashokkumar, M.; (2009): Uusi yhden potin synteesi magnetiittilateksinanohiukkasista ultraäänisäteilytyksellä.
• Zhang, K.; Park, B.J.; Fang, F.F.; Choi, HJ (2009): Polymeerinanokomposiittien sonokemiallinen valmistus. Molekyylit 14, 2009. 2095-2110.