Լատեքսի սոնոքիմիական սինթեզ

Ուլտրաձայնը հարուցում և խթանում է լատեքսի պոլիմերացման քիմիական ռեակցիան։ Սոնոքիմիական ուժերի ազդեցությամբ լատեքսի սինթեզն ընթանում է ավելի արագ և արդյունավետ։ Նույնիսկ քիմիական ռեակցիայի կառավարումն է դառնում ավելի հեշտ։

Ինչպես է ուլտրաձայնային մշակումը բարելավում լատեքսի սինթեզը

Ուլտրաձայնը հեղուկների դիսպերսման և էմուլգացման հաստատված և բարձր արդյունավետությամբ մեթոդ է։ Դրա եզակի ներուժը ոչ միայն միկրոմետրային տիրույթի, այլև նանոմետրային չափերի կաթիլներով էմուլսիաներ առաջացնելու ունակության մեջ է։ Լատեքսի սինթեզում ռեակցիան սովորաբար սկսվում է ջրում մոնոմերների (օրինակ՝ պոլիստիրոլի համար՝ ստիրոլի) էմուլսիայից կամ դիսպերսիայից՝ ձևավորելով յուղը ջրում (O/W) համակարգ։ Կախված բաղադրության պահանջներից՝ կարող են անհրաժեշտ լինել մակերևութաակտիվ նյութի փոքր քանակություններ, սակայն բարձր հզորության ուլտրաձայնի առաջացրած ինտենսիվ սահքը հաճախ ապահովում է կաթիլների չափերի այնպիսի մանր բաշխում, որ մակերևութաակտիվ նյութերի քանակը կարելի է հասցնել նվազագույնի կամ դրանց օգտագործումը դարձնել ոչ անհրաժեշտ։

Ուլտրաձայնային մշակման աշխատանքի սկզբունքը

Երբ հեղուկի մեջ ներմուծվում է բարձր ամպլիտուդով ուլտրաձայն, առաջանում է ակուստիկ կավիտացիա։ Բարձր և ցածր ճնշման հերթագայվող ցիկլերի ընթացքում առաջանում են միկրոպղպջակներ, որոնք աճում են և ի վերջո ուժգին փլուզվում։ Դեպի ներս ուղղված այս փլուզումները ստեղծում են տեղային բարձր ջերմաստիճանային գոտիներ՝ մինչև մոտավորապես 1000 bar կարճատև ճնշումներով, և առաջացնում հարվածային ալիքներ ու մինչև 400 km/h արագությունների հասնող միկրոշիթեր [Suslick, 1998]։ Այսպիսի ծայրահեղ պայմաններն անմիջականորեն ազդում են դիսպերսված կաթիլների և մասնիկների վրա՝ նպաստելով չափերի արդյունավետ փոքրացմանն ու խառնմանը։
Մեխանիկական ազդեցություններից բացի՝ ուլտրաձայնային կավիտացիան առաջացնում է նաև բարձր ռեակցիոնունակությամբ ազատ ռադիկալներ։ Այս ռադիկալները հարուցում են ջրային ֆազում մոնոմերների շղթայական պոլիմերացումը։ Ձևավորվող պոլիմերային շղթաները հիմք են դառնում առաջնային մասնիկների սաղմնավորման համար, որոնց չափերը սովորաբար 10–20 nm տիրույթում են։ Այս առաջնային մասնիկներն ուռչում են՝ մոնոմեր կլանելով, մինչդեռ ջրային ֆազում առաջացած աճող պոլիմերային ռադիկալները ներառվում են արդեն գոյություն ունեցող մասնիկների մեջ։ Սաղմնավորման դադարից հետո մասնիկների թիվը մնում է հաստատուն, և հետագա պոլիմերացումը մեծացնում է միայն մասնիկների չափերը։ Աճը շարունակվում է մինչև առկա մոնոմերի ամբողջական սպառումը՝ արդյունքում առաջացնելով լատեքսի վերջնական մասնիկներ, որոնց տրամագիծը սովորաբար 50 և 500 nm-ի միջև է։

Ուլտրաձայնային էմուլգացում և պոլիմերացում

Երբ պոլիստիրոլային լատեքսը սինթեզվում է սոնոքիմիական եղանակով, հնարավոր է ստանալ մինչև մոտավորապես 50 nm փոքր տրամագծով մասնիկներ և 10⁶ g/mol-ը գերազանցող մոլեկուլային զանգվածներ։ Բարձր հզորության ուլտրաձայնի ապահոված բարձր արդյունավետությամբ էմուլգացման շնորհիվ պահանջվում են մակերևութաակտիվ նյութի միայն նվազագույն քանակություններ։ Մոնոմերային ֆազի շարունակական ուլտրաձայնային մշակումը մոնոմերի կաթիլների մերձակայքում առաջացնում է ռադիկալների բարձր խտություն, ինչը պոլիմերացման ընթացքում նպաստում է լատեքսի բացառիկ փոքր մասնիկների ձևավորմանը։ Պոլիմերացման մեխանաքիմիական ազդեցություններից բացի՝ ուլտրաձայնային սինթեզի լրացուցիչ առավելություններն են ռեակցիայի ավելի ցածր ջերմաստիճանները, ռեակցիայի արագացված կինետիկան և զգալիորեն ավելի բարձր մոլեկուլային զանգվածներով բարձրորակ լատեքսի ստացումը։ Այս առավելությունները նույն կերպ տարածվում են նաև ուլտրաձայնի օժանդակությամբ համապոլիմերացման գործընթացների վրա [Zhang et al., 2009]։
Ֆունկցիոնալ արդյունավետության հետագա բարելավման կարելի է հասնել ZnO-ի ինկապսուլացմամբ նանոլատեքսի սինթեզի միջոցով։ Այսպիսի հիբրիդային մասնիկներն ունեն զգալիորեն բարձր հակակոռոզիոն հատկություններ։ Օրինակ՝ Sonawane և համահեղինակները (2010) սոնոքիմիական էմուլսիոն պոլիմերացման միջոցով սինթեզել են մոտավորապես 50 nm չափերով ZnO/poly(butyl methacrylate) և ZnO–PBMA/polyaniline նանոլատեքսային կոմպոզիտային մասնիկներ։
Hielscher-ի բարձր հզորության ուլտրաձայնային սարքերը սոնոքիմիական ռեակցիաների իրականացման հուսալի և արդյունավետ գործիքներ են։ Տարբեր հզորություններով և կառուցվածքներով ուլտրաձայնային պրոցեսորների լայն տեսականին ապահովում է օպտիմալ հարմարեցում գործընթացի կոնկրետ պահանջներին և խմբաքանակային կամ հոսքային մշակման ծավալներին։ Բոլոր գործընթացները կարող են գնահատվել լաբորատոր մասշտաբով, այնուհետև գծային և կանխատեսելի եղանակով մասշտաբավորվել մինչև արդյունաբերական արտադրություն։ Շարունակական հոսքով աշխատանքի համար նախատեսված ուլտրաձայնային սարքերը կարող են սահուն կերպով ինտեգրվել առկա արտադրական գծերին։

Օգտվեք ուլտրաձայնային մշակումից՝ լատեքսի արդյունավետ արտադրության համար

Ուլտրաձայնային մշակումը լատեքսի էմուլգացման և սինթեզի բարելավման համար եզակիորեն հզոր և բազմակողմանի մոտեցում է ապահովում։ Բարձր հզորության ուլտրաձայնի առաջացրած ինտենսիվ սահքային ուժերը և կավիտացիոն ազդեցությունները ստեղծում են բացառիկ մանր և կայուն էմուլսիաներ՝ հաճախ նվազեցնելով կամ վերացնելով մակերևութաակտիվ նյութերի անհրաժեշտությունը։ Միաժամանակ ուլտրաձայնային պայմաններում ռադիկալների առաջացումը հարուցում և արագացնում է պոլիմերացումը՝ հնարավորություն տալով ճշգրիտ վերահսկել մասնիկների սաղմնավորումը, աճը և վերջնական մորֆոլոգիան։ Այս համակցված մեխանաքիմիական և սոնոքիմիական առավելությունները թույլ են տալիս ստանալ ավելի փոքր մասնիկներով, ավելի բարձր մոլեկուլային զանգվածներով և բարելավված միատարրությամբ լատեքսներ։ Բացի այդ, ուլտրաձայնային մշակումը թույլ է տալիս կիրառել ռեակցիայի ավելի ցածր ջերմաստիճաններ, կրճատել ռեակցիայի տևողությունը և ապահովում է հուսալի մասշտաբավորում՝ լաբորատոր աշխատանքից մինչև արդյունաբերական արտադրություն։ Ընդհանուր առմամբ, ուլտրաձայնային մշակումը զգալիորեն բարելավում է ինչպես գործընթացի արդյունավետությունը, այնպես էլ արտադրանքի որակը՝ այն դարձնելով առավել արդյունավետ տեխնոլոգիա լատեքսի ժամանակակից սինթեզի համար։

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