סינתזה סונוכימית של לטקס

אולטרסאונד משרה ומקדם את התגובה הכימית לפילמור של לטקס. על ידי כוחות סונוכימיים, סינתזת לטקס מתרחשת מהר יותר ויעיל יותר. אפילו הטיפול בתגובה הכימית הופך קל יותר.

כיצד סוניקציה משפרת את סינתזת הלטקס

אולטרסאונד הוא שיטה מוכחת ויעילה ביותר לפיזור וליצירת תחליבים של נוזלים. הפוטנציאל הייחודי שלה טמון ביכולתה ליצור תחליבים לא רק בטווח המיקרומטר, אלא גם בגדלים של טיפות בסדר גודל ננומטרי. בסינתזת לטקס, התגובה מתחילה בדרך כלל עם תחליב או פיזור של מונומרים (למשל, סטירן לפוליסטירן) במים, ויוצרת מערכת של שמן במים (O/W). בהתאם לדרישות התרכובת, ייתכן שיהיה צורך בכמויות קטנות של חומר פעילי שטח; עם זאת, הגזירה העזה הנוצרת על ידי אולטרסאונד בעל עוצמה גבוהה מייצרת לעתים קרובות פיזור טיפות עדין כל כך, עד שניתן לצמצם את כמות חומר פעילי השטח או להפוך אותו למיותר.

עקרון העבודה של סוניקציה

כאשר אולטרסאונד בעל משרעת גבוהה מוחדר לנוזל, מתרחשת קוויטציה אקוסטית. במהלך מחזורים לסירוגין של לחץ גבוה ונמוך, נוצרים מיקרו-בועות, גדלות ובסופו של דבר מתפוצצות באלימות. התפוצצויות אלה יוצרות נקודות חמות מקומיות עם לחצים חולפים של עד כ-1000 בר ומייצרות גלי הלם ומיקרו-סילונים המגיעים למהירויות של עד 400 קמ"ש [Suslick, 1998]. תנאים קיצוניים אלה פועלים ישירות על טיפות וחלקיקים מפוזרים, ומקדמים הפחתת גודל וערבוב יעילים.
בנוסף להשפעות מכניות, קוויטציה אולטראסונית מייצרת גם רדיקלים חופשיים בעלי תגובתיות גבוהה. רדיקלים אלה יוזמים את התגובה השרשרתית של פולימריזציה של מונומרים בשלב המימי. עם היווצרות שרשראות הפולימר, הן יוצרות גרעינים של חלקיקים ראשוניים בגודל של 10-20 ננומטר. חלקיקים ראשוניים אלה מתנפחים עם המונומר, בעוד שרדיקלים פולימריים שנוצרו בשלב המימי משולבים בחלקיקים הקיימים. לאחר שהגרעון נפסק, מספר החלקיקים נשאר קבוע והפולימריזציה הנוספת מגדילה רק את גודל החלקיקים. הצמיחה נמשכת עד שהמונומר הזמין נצרך במלואו, ונוצרים חלקיקי לטקס סופיים בקוטר של 50-500 ננומטר.

אמולסיפיקציה ופולימריזציה אולטראסוניות

כאשר לטקס פוליסטירן מסונתז באמצעות תהליך סונוכימי, ניתן להשיג קוטר חלקיקים קטן של כ-50 ננומטר ומשקל מולקולרי העולה על 10⁶ גרם/מול. הודות לתהליך האמולסיפיקציה היעיל ביותר הנוצר על ידי אולטרסאונד בעל עוצמה גבוהה, נדרשת כמות מינימלית בלבד של חומר פעילי שטח. אולטרסאונד רציף של שלב המונומר מייצר צפיפות גבוהה של רדיקלים בסביבת טיפות המונומר, מה שמקדם את היווצרותם של חלקיקי לטקס קטנים במיוחד במהלך הפולימריזציה. מעבר לאפקטים המכניים-כימיים של הפולימריזציה, יתרונות נוספים של סינתזה אולטראסונית כוללים טמפרטורות תגובה נמוכות יותר, קינטיקה מואצת של התגובה וייצור לטקס באיכות גבוהה עם משקל מולקולרי גבוה משמעותית. יתרונות אלה חלים גם על תהליכי קופולימריזציה בסיוע אולטראסוני [Zhang et al., 2009].
ניתן להשיג שיפור נוסף בביצועים הפונקציונליים באמצעות סינתזה של ננו-לטקס מוקפסול ZnO. חלקיקים היברידיים אלה מפגינים תכונות אנטי-קורוזיביות גבוהות במיוחד. Sonawane et al. (2010), למשל, סינתזו חלקיקים מרוכבים של ZnO/פולי(בוטיל מתאקרילט) ו-ZnO–PBMA/פוליאנילין ננו-לטקס בגודל של כ-50 ננומטר באמצעות פולימריזציה של תחליב סונוכימי.
הסוניקאטורים בעלי ההספק הגבוה של Hielscher הם כלים חזקים ויעילים לביצוע תגובות סונוכימיות. מגוון רחב של מעבדים קולייים בעלי הספקים ותצורות שונות מבטיח התאמה מיטבית לדרישות תהליך ספציפיות ולנפחי אצווה או זרימה. ניתן לבחון את כל התהליכים בקנה מידה מעבדתי ולאחר מכן להגדיל אותם לייצור תעשייתי באופן ליניארי וצפוי. יחידות קולייות המיועדות לפעולה בזרימה רציפה ניתנות לשילוב חלק בקווי ייצור קיימים.

נצלו את היתרונות של סוניקציה לייצור לטקס יעיל

סוניקציה מספקת גישה ייחודית, עוצמתית ורב-תכליתית לשיפור תהליכי אמולסיפיקציה וסינתזה של לטקס. כוחות הגזירה העזים ואפקטי הקוויטציה הנוצרים על ידי אולטרסאונד בעוצמה גבוהה מייצרים אמולסיות עדינות ויציבות במיוחד, ולעתים קרובות מצמצמים או מבטלים את הצורך בחומרים פעילי שטח. במקביל, היווצרות רדיקלים בתנאים אולטרסוניים מפעילה ומאיצה את תהליך הפולימריזציה, ומאפשרת שליטה מדויקת על גרעיני החלקיקים, צמיחתם והמורפולוגיה הסופית. היתרונות המכניים-כימיים והסונוכימיים המשולבים הללו מניבים לטקסים בעלי גודל חלקיקים קטן יותר, משקל מולקולרי גבוה יותר ואחידות משופרת. יתר על כן, עיבוד אולטראסוני מאפשר טמפרטורות תגובה נמוכות יותר, זמני תגובה קצרים יותר ומדרגיות אמינה מהמעבדה לייצור תעשייתי. בסך הכל, סוניקציה משפרת באופן משמעותי הן את יעילות התהליך והן את איכות המוצר, מה שהופך אותה לטכנולוגיה מעולה לסינתזה מודרנית של לטקס.

ספרות/מקורות