Լատեքսի սոնոքիմիական սինթեզ
Ուլտրաձայնը հրահրում և նպաստում է լատեքսի պոլիմերացման քիմիական ռեակցիային: Սոնոքիմիական ուժերով լատեքսի սինթեզը տեղի է ունենում ավելի արագ և արդյունավետ: Նույնիսկ քիմիական ռեակցիայի կառավարումն ավելի հեշտ է դառնում:
Ինչպես է սոնիկացումը բարելավում լատեքսի սինթեզը
Ուլտրաձայնը հեղուկների ցրման և էմուլգացման հաստատված և բարձր արդյունավետ մեթոդ է: Դրա եզակի ներուժը կայանում է ոչ միայն միկրոմետրային միջակայքում, այլև նանոմետրային կաթիլների չափսերով էմուլսիաներ առաջացնելու ունակության մեջ: Լատեքսի սինթեզում ռեակցիան սովորաբար սկսվում է մոնոմերների (օրինակ՝ ստիրոլի համար պոլիստիրոլ) էմուլսիայով կամ ցրմամբ ջրի մեջ՝ ձևավորելով յուղ-ջրում (O/W) համակարգ: Կախված բանաձևի պահանջներից, կարող են անհրաժեշտ լինել մակերևութային ակտիվ նյութի փոքր քանակություններ. սակայն, բարձր հզորության ուլտրաձայնների կողմից առաջացող ինտենսիվ կտրումը հաճախ առաջացնում է կաթիլների այնպիսի նուրբ բաշխումներ, որ մակերևութային ակտիվ նյութերը կարող են նվազագույնի հասցվել կամ ավելորդ դառնալ:
Sonication-ի աշխատանքային սկզբունքը
Երբ բարձր ամպլիտուդային ուլտրաձայնը ներմուծվում է հեղուկի մեջ, տեղի է ունենում ակուստիկ կավիտացիա։ Բարձր և ցածր ճնշման ցիկլերի հերթագայման ընթացքում միկրոբշտիկները ձևավորվում են, մեծանում և, ի վերջո, բռնի կերպով փլուզվում։ Այս պայթումները ստեղծում են տեղայնացված տաք կետեր՝ մինչև մոտավորապես 1000 բար անցողիկ ճնշումներով և առաջացնում են հարվածային ալիքներ և միկրոշիթեր, որոնք հասնում են մինչև 400 կմ/ժ արագության [Սուսլիք, 1998]: Նման ծայրահեղ պայմանները անմիջականորեն ազդում են ցրված կաթիլների և մասնիկների վրա՝ նպաստելով չափերի արդյունավետ փոքրացմանը և խառնմանը։
Բացի մեխանիկական ազդեցություններից, ուլտրաձայնային կավիտացիան նաև առաջացնում է բարձր ռեակտիվությամբ ազատ ռադիկալներ: Այս ռադիկալները սկսում են մոնոմերների շղթայական ռեակցիայի պոլիմերացումը ջրային փուլում: Պոլիմերային շղթաների ձևավորմանը զուգընթաց, դրանք միջուկավորում են առաջնային մասնիկներ, որոնք սովորաբար 10-20 նմ միջակայքում են: Այս առաջնային մասնիկները ուռչում են մոնոմերի հետ, մինչդեռ ջրային փուլում առաջացած աճող պոլիմերային ռադիկալները ներառվում են առկա մասնիկների մեջ: Միջուկագոյացման դադարից հետո մասնիկների քանակը մնում է անփոփոխ, և հետագա պոլիմերացումը մեծացնում է միայն մասնիկների չափը: Աճը շարունակվում է մինչև առկա մոնոմերի լրիվ սպառումը՝ առաջացնելով վերջնական լատեքսային մասնիկներ, որոնք սովորաբար ունեն 50-ից 500 նմ տրամագիծ:
Ուլտրաձայնային հոսքային բջջային ռեակտոր լատեքսի շարունակական էմուլգացման համար
Ուլտրաձայնային էմուլգացիա և պոլիմերացում
Երբ պոլիստիրոլային լատեքսը սինթեզվում է սոնոքիմիական եղանակով, կարելի է հասնել մոտավորապես 50 նմ-ից փոքր մասնիկների տրամագծերի և 10⁶ գ/մոլ-ից բարձր մոլեկուլային քաշերի: Բարձր հզորության ուլտրաձայնի միջոցով առաջացող բարձր արդյունավետ էմուլգացիայի շնորհիվ անհրաժեշտ է միայն մակերևութային ակտիվ նյութի նվազագույն մակարդակ: Մոնոմերային փուլի շարունակական ուլտրաձայնացումը մոնոմերային կաթիլների մոտակայքում առաջացնում է ռադիկալների բարձր խտություն, ինչը նպաստում է պոլիմերացման ընթացքում լատեքսի բացառիկ փոքր մասնիկների առաջացմանը: Մեխանոքիմիական պոլիմերացման էֆեկտներից բացի, ուլտրաձայնային սինթեզի լրացուցիչ առավելություններից են ցածր ռեակցիայի ջերմաստիճանները, արագացված ռեակցիայի կինետիկան և զգալիորեն բարձր մոլեկուլային քաշ ունեցող բարձրորակ լատեքսի արտադրությունը: Այս առավելությունները տարածվում են նաև ուլտրաձայնային օժանդակությամբ համապոլիմերացման գործընթացների վրա [Zhang et al., 2009]:
Ֆունկցիոնալ կատարողականի հետագա բարելավումը կարող է իրականացվել ZnO-ով պարկուճավորված նանոլատեքսի սինթեզի միջոցով: Նման հիբրիդային մասնիկները ցուցաբերում են զգալիորեն բարձր հակակոռոզիոն հատկություններ: Սոնավանեն և այլք (2010), օրինակ, սինթեզել են մոտավորապես 50 նմ ZnO/պոլի(բուտիլ մետակրիլատ) և ZnO-PBMA/պոլիանիլին նանոլատեքսային կոմպոզիտային մասնիկներ՝ օգտագործելով սոնոքիմիական էմուլսիոն պոլիմերացում:
Hielscher բարձր հզորության սոնիկատորները ամուր և արդյունավետ գործիքներ են սոնոքիմիական ռեակցիաներ անցկացնելու համար: Ուլտրաձայնային պրոցեսորների լայն տեսականի՝ տարբեր հզորությունների և կոնֆիգուրացիաների հետ, ապահովում է օպտիմալ հարմարվողականություն որոշակի գործընթացային պահանջներին և խմբաքանակի կամ հոսքի ծավալներին: Բոլոր գործընթացները կարող են գնահատվել լաբորատոր մասշտաբով և հետագայում ընդլայնվել մինչև արդյունաբերական արտադրություն՝ գծային և կանխատեսելի ձևով: Անընդհատ հոսքի շահագործման համար նախատեսված ուլտրաձայնային միավորները կարող են անխափան ինտեգրվել առկա արտադրական գծերի մեջ:
Արդյունաբերական արտադրության մեջ լատեքսային պոլիմերացման համար ներկառուցված sonication
Օգտվեք ուլտրաձայնային ազդեցությունից՝ լատեքսի արդյունավետ արտադրության համար
Ուլտրաձայնային մշակումը ապահովում է լատեքսի էմուլգացիայի և սինթեզի բարելավման եզակի հզոր և բազմակողմանի մոտեցում: Բարձր հզորության ուլտրաձայնի կողմից առաջացող ինտենսիվ կտրող ուժերը և կավիտացիայի էֆեկտները առաջացնում են բացառիկ նուրբ և կայուն էմուլսիաներ, որոնք հաճախ նվազեցնում կամ վերացնում են մակերևութային ակտիվ նյութերի անհրաժեշտությունը: Միևնույն ժամանակ, ուլտրաձայնային պայմաններում ռադիկալների առաջացումը սկսում և արագացնում է պոլիմերացումը՝ հնարավորություն տալով ճշգրիտ վերահսկել մասնիկների միջուկագոյացումը, աճը և վերջնական ձևաբանությունը: Այս համակցված մեխանիկաքիմիական և ուլտրաձայնային քիմիական առավելությունները տալիս են լատեքսներ՝ ավելի փոքր մասնիկների չափսերով, ավելի բարձր մոլեկուլային քաշով և բարելավված միատարրությամբ: Ավելին, ուլտրաձայնային մշակումը թույլ է տալիս ունենալ ավելի ցածր ռեակցիայի ջերմաստիճաններ, ավելի կարճ ռեակցիայի ժամանակներ և հուսալի մասշտաբայնություն լաբորատորիայից մինչև արդյունաբերական արտադրություն: Ընդհանուր առմամբ, ուլտրաձայնային մշակումը զգալիորեն բարելավում է ինչպես գործընթացի արդյունավետությունը, այնպես էլ արտադրանքի որակը, դարձնելով այն ժամանակակից լատեքսի սինթեզի համար գերազանց տեխնոլոգիա:
Գրականություն/Հղումներ
- 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
