A latex szonokémiai szintézise

Az ultrahang indukálja és elősegíti a kémiai reakciót a latex polimerizációjához. A szonokémiai erők révén a latex szintézis gyorsabb és hatékonyabb. Még a kémiai reakció kezelése is könnyebbé válik.

Hogyan javítja a szonikáció a latex szintézisét?

Az ultrahang bevált és rendkívül hatékony módszer a folyadékok diszpergálására és emulgeálására. Egyedülálló lehetősége abban rejlik, hogy nemcsak mikrométeres, hanem nanométeres cseppméretű emulziók előállítására is képes. A latexszintézis során a reakció jellemzően monomerek (pl. sztirol a polisztirolhoz) vízben lévő emulziójával vagy diszperziójával kezdődik, olaj-víz (O/W) rendszert alkotva. A formulázási követelményektől függően kis mennyiségű felületaktív anyagra lehet szükség; a nagy teljesítményű ultrahangok által keltett intenzív nyírás azonban gyakran olyan finom cseppeloszlást eredményez, hogy a felületaktív anyagokat minimalizálni lehet, vagy szükségtelenné lehet tenni.

Az ultrahangos kezelés működési elve

Amikor nagy amplitúdójú ultrahangot juttatunk egy folyadékba, akusztikus kavitáció lép fel. A váltakozó magas és alacsony nyomású ciklusok során mikrobuborékok képződnek, növekednek és végül hevesen összeomlanak. Ezek az implóziók lokalizált forró pontokat hoznak létre, amelyek átmeneti nyomása elérheti a körülbelül 1000 bar-t, és lökéshullámokat és akár 400 km/h sebességet elérő mikrosugarakat generálnak [Suslick, 1998]. Az ilyen szélsőséges körülmények közvetlenül hatnak a diszpergált cseppekre és részecskékre, elősegítve a hatékony méretcsökkentést és keveredést.
A mechanikai hatások mellett az ultrahangos kavitáció nagymértékben reaktív szabad gyököket is termel. Ezek a gyökök a vizes fázisban lévő monomerek láncreakciós polimerizációját indítják el. A polimerláncok kialakulásával elsődleges részecskéket képeznek, amelyek jellemzően 10-20 nm-es nagyságrendűek. Ezek az elsődleges részecskék monomerrel duzzadnak, miközben a vizes fázisban keletkező növekvő polimergyökök beépülnek a meglévő részecskékbe. A nukleáció megszűnése után a részecskeszám állandó marad, és a további polimerizáció csak a részecskeméretet növeli. A növekedés addig folytatódik, amíg a rendelkezésre álló monomer teljesen el nem fogy, így a végső latex részecskék átmérője jellemzően 50 és 500 nm között van.

Ultrahangos emulgeálás és polimerizáció

Ha a polisztirol latexet szonokémiai úton szintetizálják, akár 50 nm-es részecskeátmérő és 10⁶ g/mol feletti molekulatömeg is elérhető. A nagy teljesítményű ultrahang által létrehozott rendkívül hatékony emulgeálásnak köszönhetően csak minimális mennyiségű felületaktív anyagra van szükség. A monomerfázis folyamatos ultrahangosítása a monomercseppek közelében nagy gyöksűrűséget eredményez, ami elősegíti a polimerizáció során a kivételesen kis latexrészecskék kialakulását. A mechanokémiai polimerizációs hatásokon túl az ultrahangos szintézis további előnyei közé tartozik az alacsonyabb reakcióhőmérséklet, a gyorsított reakciókinetika és a jó minőségű, jelentősen megnövelt molekulatömegű latex előállítása. Ezek az előnyök az ultrahanggal támogatott kopolimerizációs folyamatokra is kiterjednek [Zhang et al., 2009].
A funkcionális teljesítmény további fokozása a ZnO-val kapszulázott nanolatex szintézisével valósítható meg. Az ilyen hibrid részecskék feltűnően magas korróziógátló tulajdonságokkal rendelkeznek. Sonawane és munkatársai (2010) például szonokémiai emulziós polimerizációval szintetizáltak ZnO/poli(butil-metakrilát) és ZnO-PBMA/polyanilin nanolatex kompozit részecskéket, amelyek mérete körülbelül 50 nm volt.
A Hielscher nagy teljesítményű szonikátorok robusztus és hatékony eszközök a szonokémiai reakciók elvégzéséhez. A különböző teljesítményű és konfigurációjú ultrahangos processzorok széles választéka biztosítja az optimális alkalmazkodást az egyedi folyamatkövetelményekhez és a tételes vagy átfolyásos térfogatokhoz. Minden folyamat laboratóriumi léptékben értékelhető, majd lineárisan és kiszámítható módon ipari termelésre méretezhető. A folyamatos áramlásra tervezett ultrahangos egységek zökkenőmentesen integrálhatók a meglévő gyártósorokba.

Használja ki a szonikáció előnyeit a hatékony latexgyártás érdekében

A szonikáció egyedülállóan hatékony és sokoldalú megközelítést kínál a latex emulgeálásának és szintézisének fokozására. A nagy teljesítményű ultrahang által keltett intenzív nyíróerők és kavitációs hatások kivételesen finom és stabil emulziókat hoznak létre, gyakran csökkentve vagy megszüntetve a felületaktív anyagok szükségességét. Ugyanakkor a gyökök ultrahangos körülmények között történő képződése elindítja és felgyorsítja a polimerizációt, lehetővé téve a részecskék magképződésének, növekedésének és végső morfológiájának pontos szabályozását. Ezek a kombinált mechanokémiai és szonokémiai előnyök kisebb részecskeméretű, nagyobb molekulatömegű és egyenletesebb latexeket eredményeznek. Továbbá az ultrahangos feldolgozás alacsonyabb reakcióhőmérsékletet, rövidebb reakcióidőt és megbízható méretezhetőséget tesz lehetővé a laboratóriumtól az ipari termelésig. Összességében a szonikáció jelentősen javítja mind a folyamat hatékonyságát, mind a termékminőséget, így a modern latexszintézis kiváló technológiája.

Irodalom/Hivatkozások