लेटेक्स का सोनोकेमिकल संश्लेषण

अल्ट्रासाउंड लेटेक्स के बहुलकीकरण की रासायनिक अभिक्रिया को प्रेरित करता है और बढ़ावा देता है। सोनोकेमिकल बलों के कारण लेटेक्स का संश्लेषण अधिक तेज़ी और दक्षता से होता है। रासायनिक अभिक्रिया का संचालन भी आसान हो जाता है।

सोनिकेशन लेटेक्स के संश्लेषण को कैसे बेहतर बनाता है

अल्ट्रासाउंड द्रवों के परिक्षेपण और पायसीकरण की एक स्थापित और अत्यधिक प्रभावी विधि है। इसकी विशिष्ट क्षमता ऐसे इमल्शन बनाने में निहित है जिनकी बूंदों का आकार न केवल माइक्रोमीटर की सीमा में, बल्कि नैनोमीटर के पैमाने पर भी होता है। लेटेक्स संश्लेषण में अभिक्रिया आम तौर पर पानी में मोनोमरों (जैसे, पॉलीस्टाइरीन के लिए स्टाइरीन) के इमल्शन या परिक्षेपण से शुरू होती है, जिससे जल में तेल (O/W) प्रणाली बनती है। फ़ॉर्मूलेशन की आवश्यकताओं के आधार पर सर्फैक्टेंट की थोड़ी मात्रा आवश्यक हो सकती है; हालांकि, उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासाउंड से उत्पन्न तीव्र अपरूपण अक्सर बूंदों के आकार का इतना महीन वितरण उत्पन्न करता है कि सर्फैक्टेंट का उपयोग न्यूनतम किया जा सकता है या उनकी आवश्यकता समाप्त की जा सकती है।

सोनिकेशन का कार्य सिद्धांत

जब किसी द्रव में उच्च आयाम वाला अल्ट्रासाउंड प्रविष्ट कराया जाता है, तो ध्वनिक कैविटेशन होता है। बारी-बारी से आने वाले उच्च और निम्न दाब चक्रों के दौरान सूक्ष्म बुलबुले बनते हैं, बढ़ते हैं और अंततः तीव्रता से ध्वस्त हो जाते हैं। इस अंतःस्फोट से स्थानीयकृत अत्यधिक गर्म क्षेत्र बनते हैं, जहां क्षणिक दाब लगभग 1000 bar तक पहुंचता है, और प्रघाती तरंगें तथा सूक्ष्म जेट उत्पन्न होते हैं जिनकी गति 400 km/h तक पहुंचती है [Suslick, 1998]। ऐसी चरम स्थितियां परिक्षेपित बूंदों और कणों पर सीधे प्रभाव डालती हैं, जिससे आकार में प्रभावी कमी और मिश्रण को बढ़ावा मिलता है।
यांत्रिक प्रभावों के अतिरिक्त, अल्ट्रासोनिक कैविटेशन अत्यधिक अभिक्रियाशील मुक्त मूलक भी उत्पन्न करता है। ये मूलक जलीय प्रावस्था में मोनोमरों के शृंखला-अभिक्रिया बहुलकीकरण की शुरुआत करते हैं। जैसे-जैसे बहुलक शृंखलाएं बनती हैं, वे प्राथमिक कणों का नाभिकन करती हैं, जिनका आकार आम तौर पर 10–20 nm की सीमा में होता है। ये प्राथमिक कण मोनोमर को अवशोषित करके फूलते हैं, जबकि जलीय प्रावस्था में उत्पन्न बढ़ते हुए बहुलक मूलक मौजूदा कणों में समाहित हो जाते हैं। नाभिकन समाप्त होने के बाद कणों की संख्या स्थिर रहती है और आगे के बहुलकीकरण से केवल कणों का आकार बढ़ता है। वृद्धि तब तक जारी रहती है जब तक उपलब्ध मोनोमर पूरी तरह खप नहीं जाता, जिससे अंततः लेटेक्स कण प्राप्त होते हैं जिनका व्यास आम तौर पर 50 और 500 nm के बीच होता है।

अल्ट्रासोनिक पायसीकरण और बहुलकीकरण

जब पॉलीस्टाइरीन लेटेक्स का संश्लेषण सोनोकेमिकल विधि से किया जाता है, तो लगभग 50 nm जितना छोटा कण व्यास और 10⁶ g/mol से अधिक आणविक भार प्राप्त किए जा सकते हैं। उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासाउंड से होने वाले अत्यधिक दक्ष पायसीकरण के कारण सर्फैक्टेंट की केवल न्यूनतम मात्रा आवश्यक होती है। मोनोमर प्रावस्था के निरंतर अल्ट्रासोनिकेशन से मोनोमर बूंदों के आसपास मूलकों का उच्च घनत्व उत्पन्न होता है, जो बहुलकीकरण के दौरान असाधारण रूप से छोटे लेटेक्स कणों के निर्माण को बढ़ावा देता है। यांत्रिक-रासायनिक बहुलकीकरण प्रभावों के अलावा, अल्ट्रासोनिक संश्लेषण के अतिरिक्त लाभों में कम अभिक्रिया तापमान, त्वरित अभिक्रिया गतिकी और उल्लेखनीय रूप से अधिक आणविक भार वाले उच्च गुणवत्ता के लेटेक्स का उत्पादन शामिल हैं। ये लाभ अल्ट्रासाउंड की सहायता से होने वाली सहबहुलकीकरण प्रक्रियाओं पर भी समान रूप से लागू होते हैं [Zhang et al., 2009].
ZnO एनकैप्सुलेशन वाले नैनोलेटेक्स के संश्लेषण से कार्यात्मक प्रदर्शन में और सुधार प्राप्त किया जा सकता है। ऐसे संकर कण उल्लेखनीय रूप से उच्च संक्षारणरोधी गुण प्रदर्शित करते हैं। उदाहरण के लिए, Sonawane et al. (2010) ने सोनोकेमिकल इमल्शन बहुलकीकरण का उपयोग करके लगभग 50 nm आकार के ZnO/poly(butyl methacrylate) और ZnO–PBMA/polyaniline नैनोलेटेक्स मिश्रित कणों का संश्लेषण किया।
Hielscher के उच्च शक्ति वाले सोनिकेटर सोनोकेमिकल अभिक्रियाएं संचालित करने के लिए मज़बूत और दक्ष उपकरण हैं। विभिन्न शक्ति क्षमताओं और विन्यासों वाले अल्ट्रासोनिक प्रोसेसरों की विस्तृत श्रृंखला विशिष्ट प्रक्रिया आवश्यकताओं और बैच या प्रवाह के दौरान संसाधित आयतनों के अनुरूप इष्टतम अनुकूलन सुनिश्चित करती है। सभी प्रक्रियाओं का प्रयोगशाला पैमाने पर मूल्यांकन किया जा सकता है और उसके बाद उन्हें रैखिक तथा पूर्वानुमेय तरीके से औद्योगिक उत्पादन के पैमाने तक बढ़ाया जा सकता है। निरंतर प्रवाह संचालन के लिए डिज़ाइन की गई अल्ट्रासोनिक इकाइयों को मौजूदा उत्पादन लाइनों में सहजता से एकीकृत किया जा सकता है।

दक्ष लेटेक्स उत्पादन के लिए सोनिकेशन का लाभ उठाएं

सोनिकेशन लेटेक्स के पायसीकरण और संश्लेषण को बेहतर बनाने के लिए एक विशिष्ट रूप से शक्तिशाली और बहुमुखी तरीका प्रदान करता है। उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासाउंड से उत्पन्न तीव्र अपरूपण बल और कैविटेशन प्रभाव असाधारण रूप से महीन और स्थिर इमल्शन बनाते हैं, जिससे अक्सर सर्फैक्टेंट की आवश्यकता कम हो जाती है या समाप्त हो जाती है। साथ ही, अल्ट्रासोनिक परिस्थितियों में मूलकों का निर्माण बहुलकीकरण की शुरुआत करता है और उसे तेज़ करता है, जिससे कणों के नाभिकन, वृद्धि और अंतिम आकारिकी पर सटीक नियंत्रण संभव होता है। ये संयुक्त यांत्रिक-रासायनिक और सोनोकेमिकल लाभ ऐसे लेटेक्स प्रदान करते हैं जिनके कणों का आकार छोटा, आणविक भार अधिक और एकरूपता बेहतर होती है। इसके अतिरिक्त, अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण कम अभिक्रिया तापमान, कम अभिक्रिया समय और प्रयोगशाला से औद्योगिक उत्पादन तक पैमाने में विश्वसनीय वृद्धि की सुविधा देता है। समग्र रूप से, सोनिकेशन प्रक्रिया की दक्षता और उत्पाद की गुणवत्ता दोनों में उल्लेखनीय सुधार करता है, जिससे यह आधुनिक लेटेक्स संश्लेषण के लिए एक श्रेष्ठ प्रौद्योगिकी बन जाता है।

साहित्य/संदर्भ

• 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