લેટેક્સનું સોનોકેમિકલ સંશ્લેષણ

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ લેટેક્સના પોલિમરાઇઝેશન માટેની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાને પ્રેરિત કરે છે અને પ્રોત્સાહિત કરે છે. સોનોકેમિકલ બળોને કારણે લેટેક્સનું સંશ્લેષણ વધુ ઝડપથી અને વધુ કાર્યક્ષમ રીતે થાય છે. રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાનું સંચાલન પણ વધુ સરળ બને છે.

સોનિકેશન લેટેક્સના સંશ્લેષણને કેવી રીતે સુધારે છે

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રવાહીઓનું વિક્ષેપન અને પાયસીકરણ કરવા માટેની એક સ્થાપિત અને અત્યંત અસરકારક પદ્ધતિ છે. તેની અનન્ય ક્ષમતા માત્ર માઇક્રોમીટર શ્રેણીમાં જ નહીં, પરંતુ નેનોમીટર સ્તરના ટીપાંના કદ સાથે પણ પાયસો ઉત્પન્ન કરવાની શક્તિમાં રહેલી છે. લેટેક્સના સંશ્લેષણમાં, પ્રતિક્રિયા સામાન્ય રીતે પાણીમાં મોનોમરોના પાયસ અથવા વિક્ષેપનથી શરૂ થાય છે (દા.ત., પોલિસ્ટાયરીન માટે સ્ટાયરીન), જેનાથી પાણીમાં તેલની (O/W) પ્રણાલી બને છે. ફોર્મ્યુલેશનની જરૂરિયાતોને આધારે, પૃષ્ઠસક્રિય પદાર્થની થોડી માત્રા જરૂરી હોઈ શકે છે; જોકે, ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડથી ઉત્પન્ન થતું તીવ્ર કર્તન ઘણી વાર ટીપાંનું એટલું સૂક્ષ્મ કદવિતરણ ઉત્પન્ન કરે છે કે પૃષ્ઠસક્રિય પદાર્થોનો ઉપયોગ ન્યૂનતમ કરી શકાય છે અથવા તેમની જરૂરિયાત દૂર કરી શકાય છે.

સોનિકેશનનો કાર્યસિદ્ધાંત

જ્યારે પ્રવાહીમાં ઉચ્ચ કંપવિસ્તારવાળો અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રવેશાવવામાં આવે છે, ત્યારે ધ્વનિક કેવિટેશન થાય છે. વારાફરતી આવતા ઊંચા અને નીચા દબાણના ચક્રો દરમિયાન, સૂક્ષ્મ પરપોટા બને છે, મોટા થાય છે અને અંતે હિંસક રીતે તૂટી પડે છે. આ અંતઃસ્ફોટોથી સ્થાનિક અતિઉષ્ણ વિસ્તારો સર્જાય છે, જ્યાં ક્ષણિક દબાણ આશરે 1000 bar સુધી પહોંચે છે, અને આઘાત તરંગો તથા 400 km/h સુધીની ગતિએ પહોંચતા સૂક્ષ્મ જેટ ઉત્પન્ન થાય છે [Suslick, 1998]. આવી અતિશય પરિસ્થિતિઓ વિક્ષેપિત ટીપાં અને કણો પર સીધી અસર કરે છે, જે કાર્યક્ષમ કદ ઘટાડાને અને મિશ્રણને પ્રોત્સાહિત કરે છે.
યાંત્રિક અસરો ઉપરાંત, અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ મુક્ત રેડિકલ પણ ઉત્પન્ન કરે છે. આ રેડિકલ જલીય પ્રાવસ્થામાં મોનોમરોનું શૃંખલા-પ્રતિક્રિયા પોલિમરાઇઝેશન શરૂ કરે છે. પોલિમર શૃંખલાઓ બનતી જાય તેમ, તેઓ સામાન્ય રીતે 10–20 nmની શ્રેણીમાં પ્રાથમિક કણોનું કેન્દ્રકન કરે છે. આ પ્રાથમિક કણો મોનોમર ગ્રહણ કરીને ફૂલે છે, જ્યારે જલીય પ્રાવસ્થામાં ઉત્પન્ન થતા અને વૃદ્ધિ પામતા પોલિમર રેડિકલ હાલના કણોમાં સમાવિષ્ટ થાય છે. કેન્દ્રકન બંધ થયા પછી, કણોની સંખ્યા સ્થિર રહે છે અને આગળના પોલિમરાઇઝેશનથી માત્ર કણોનું કદ વધે છે. ઉપલબ્ધ મોનોમર સંપૂર્ણપણે વપરાઈ જાય ત્યાં સુધી વૃદ્ધિ ચાલુ રહે છે, જેના પરિણામે સામાન્ય રીતે 50 અને 500 nm વચ્ચેના વ્યાસવાળા અંતિમ લેટેક્સ કણો મળે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક પાયસીકરણ અને પોલિમરાઇઝેશન

જ્યારે સોનોકેમિકલ પદ્ધતિ દ્વારા પોલિસ્ટાયરીન લેટેક્સનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે, ત્યારે આશરે 50 nm જેટલા નાના કણવ્યાસ અને 10⁶ g/molથી વધુ અણુભારો પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડથી ઉત્પન્ન થતા અત્યંત કાર્યક્ષમ પાયસીકરણને કારણે, પૃષ્ઠસક્રિય પદાર્થની માત્ર ન્યૂનતમ માત્રા જ જરૂરી હોય છે. મોનોમર પ્રાવસ્થાનું સતત અલ્ટ્રાસોનિકેશન મોનોમરના ટીપાંની આસપાસ રેડિકલનું ઊંચું ઘનત્વ ઉત્પન્ન કરે છે, જે પોલિમરાઇઝેશન દરમિયાન અસાધારણ રીતે નાના લેટેક્સ કણોના નિર્માણને પ્રોત્સાહિત કરે છે. યાંત્રિક-રાસાયણિક પોલિમરાઇઝેશનની અસરો ઉપરાંત, અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણના વધારાના ફાયદાઓમાં પ્રતિક્રિયાનું નીચું તાપમાન, પ્રતિક્રિયાની વેગવાન ગતિકી અને નોંધપાત્ર રીતે વધુ અણુભારો ધરાવતા ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા લેટેક્સનું ઉત્પાદન સામેલ છે. આ ફાયદા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ-સહાયિત સહપોલિમરાઇઝેશન પ્રક્રિયાઓને પણ એ જ રીતે લાગુ પડે છે [Zhang et al., 2009].
ZnO એન્કૅપ્સ્યુલેશન ધરાવતા નેનોલેટેક્સના સંશ્લેષણ દ્વારા કાર્યાત્મક કામગીરીમાં વધુ સુધારો મેળવી શકાય છે. આવા સંકર કણો નોંધપાત્ર રીતે ઊંચા કાટરોધક ગુણધર્મો દર્શાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, Sonawane et al. (2010) એ સોનોકેમિકલ પાયસ પોલિમરાઇઝેશનનો ઉપયોગ કરીને આશરે 50 nmના ZnO/poly(butyl methacrylate) અને ZnO–PBMA/polyaniline નેનોલેટેક્સ સંયુક્ત કણોનું સંશ્લેષણ કર્યું હતું.
Hielscher ના ઉચ્ચ શક્તિવાળા સોનિકેટરો સોનોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ કરવા માટે મજબૂત અને કાર્યક્ષમ સાધનો છે. વિવિધ શક્તિ ક્ષમતાઓ અને ગોઠવણો ધરાવતા અલ્ટ્રાસોનિક પ્રોસેસરોની વિશાળ શ્રેણી ચોક્કસ પ્રક્રિયા જરૂરિયાતો અને બેચ અથવા પ્રવાહી પસાર કરીને પ્રક્રિયા કરવાના આયતનોને અનુરૂપ શ્રેષ્ઠ અનુકૂલન સુનિશ્ચિત કરે છે. બધી પ્રક્રિયાઓનું પ્રયોગશાળાના પાયે મૂલ્યાંકન કરી શકાય છે અને ત્યારબાદ રેખીય તથા અનુમાન કરી શકાય તેવી રીતે ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન સુધી તેમનો પાયો વધારી શકાય છે. સતત પ્રવાહમાં કામગીરી માટે રચાયેલાં અલ્ટ્રાસોનિક એકમોને હાલની ઉત્પાદન લાઇનોમાં સરળતાથી સંકલિત કરી શકાય છે.

કાર્યક્ષમ લેટેક્સ ઉત્પાદન માટે સોનિકેશનનો લાભ લો

લેટેક્સના પાયસીકરણ અને સંશ્લેષણને સુધારવા માટે સોનિકેશન અનન્ય રીતે શક્તિશાળી અને બહુમુખી અભિગમ પૂરો પાડે છે. ઉચ્ચ શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડથી ઉત્પન્ન થતાં તીવ્ર કર્તન બળો અને કેવિટેશનની અસરો અસાધારણ રીતે સૂક્ષ્મ અને સ્થિર પાયસો ઉત્પન્ન કરે છે, જે ઘણી વાર પૃષ્ઠસક્રિય પદાર્થોની જરૂરિયાત ઘટાડે છે અથવા દૂર કરે છે. તે જ સમયે, અલ્ટ્રાસોનિક પરિસ્થિતિઓમાં રેડિકલનું નિર્માણ પોલિમરાઇઝેશન શરૂ કરે છે અને તેને વેગ આપે છે, જેનાથી કણોના કેન્દ્રકન, વૃદ્ધિ અને અંતિમ આકારવિજ્ઞાન પર ચોક્કસ નિયંત્રણ શક્ય બને છે. આ સંયુક્ત યાંત્રિક-રાસાયણિક અને સોનોકેમિકલ લાભોથી નાના કણકદ, વધુ અણુભારો અને સુધારેલી એકરૂપતા ધરાવતા લેટેક્સ મળે છે. વધુમાં, અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાથી પ્રતિક્રિયાનું નીચું તાપમાન, પ્રતિક્રિયાનો ટૂંકો સમય અને પ્રયોગશાળાથી ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન સુધી વિશ્વસનીય રીતે પાયો વધારવાનું શક્ય બને છે. એકંદરે, સોનિકેશન પ્રક્રિયાની કાર્યક્ષમતા અને ઉત્પાદનની ગુણવત્તા બંનેમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરે છે, જે તેને આધુનિક લેટેક્સ સંશ્લેષણ માટે એક શ્રેષ્ઠ ટેકનોલોજી બનાવે છે.

સાહિત્ય/સંદર્ભો

• Luo Y.D., Dai C.A., Chiu W.Y. (2009): P(AA-SA) latex particle synthesis via inverse miniemulsion polymerization-nucleation mechanism and its application in pH buffering. Journal of Colloid Interface Science 2009 Feb 1;330(1):170-4.
• 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 & Engineering Chemistry Research 19, 2010. 2200-2205.
• Oliver Pankow, Gudrun Schmidt-Naake (2009): In Situ Synthesis of Mg/Si Polymer Composites via Emulsion Polymerization. Macro-Molecular Materials and Engineering, Volume291, Issue 11, November 9, 2006. 1348-1357.
• Teo, B. M..; Chen, F.; Hatton, T. A.; Grieser, F.; Ashokkumar, M.; (2009): Novel one-pot synthesis of magnetite latex nanoparticles by ultrasonic irradiation. Langmuir 25(5):2593-5