Sintesi sonica del lattice

Gli ultrasuoni inducono e promuovono la reazione chimica per la polimerizzazione del lattice. Grazie alle forze sonochemiche, la sintesi del lattice avviene in modo più rapido ed efficiente. Anche la gestione della reazione chimica diventa più semplice.

Le particelle di lattice sono ampiamente utilizzate come additivo per vari materiali. I campi di applicazione più comuni includono l'uso come additivi in vernici e rivestimenti, colle e cemento.
Per la polimerizzazione del lattice, l'emulsione e la dispersione della soluzione di base di reazione è un fattore importante che influenza in modo significativo la qualità del polimero. Gli ultrasuoni sono ben noti come metodo efficiente e affidabile per la dispersione e l'emulsione. L'elevato potenziale degli ultrasuoni è la capacità di creare dispersioni e Emulsioni non solo nella gamma dei micron, ma anche in quella delle nano-dimensioni. Per la sintesi del lattice, un'emulsione o una dispersione di monomeri, ad esempio il polistirene, in acqua (o/w = oil-in-water emulsione) è alla base della reazione. A seconda del tipo di emulsione, può essere necessaria una piccola quantità di tensioattivo, ma spesso l'energia degli ultrasuoni fornisce una distribuzione di gocce così fine che il tensioattivo è superfluo. Se gli ultrasuoni con ampiezza elevata vengono introdotti nei liquidi, si verifica il fenomeno della cosiddetta cavitazione. Il liquido scoppia e si generano bolle di vuoto durante i cicli alternati di alta e bassa pressione. Quando queste piccole bolle non possono più assorbire energia, implodono durante un ciclo di alta pressione, in modo da raggiungere pressioni fino a 1000 bar e onde d'urto e getti di liquido fino a 400 km/h. [Queste forze molto intense, causate dalla cavitazione ultrasonica, agiscono sulle gocce e sulle particelle che le racchiudono. I radicali liberi che si formano sotto gli ultrasuoni cavitazione avviano la polimerizzazione a catena dei monomeri nell'acqua. Le catene polimeriche crescono e formano particelle primarie con dimensioni approssimative di 10-20 nm. Le particelle primarie si gonfiano con i monomeri e l'innesco delle catene polimeriche continua nella fase acquosa, i radicali polimerici in crescita sono intrappolati dalle particelle esistenti e la polimerizzazione continua all'interno delle particelle. Dopo la formazione delle particelle primarie, ogni ulteriore polimerizzazione aumenta le dimensioni ma non il numero delle particelle. La crescita continua fino al consumo di tutto il monomero. Il diametro finale delle particelle è in genere di 50-500 nm.

Se il lattice di polistirene viene sintetizzato per via sicochimica, si possono ottenere particelle di lattice con una dimensione ridotta di 50 nm e un peso molecolare elevato, superiore a 106 g/mol. Grazie all'efficiente emulsionamento a ultrasuoni, sarà necessaria solo una piccola quantità di tensioattivo. L'ultrasuonizzazione continua applicata alla soluzione di monomero crea un numero sufficiente di radicali intorno alle gocce di monomero, che portano alla formazione di particelle di lattice molto piccole durante la polimerizzazione. Oltre agli effetti della polimerizzazione a ultrasuoni, altri vantaggi di questo metodo sono la bassa temperatura di reazione, la sequenza di reazione più rapida e la qualità delle particelle di lattice grazie all'elevato peso molecolare delle particelle. I vantaggi della polimerizzazione a ultrasuoni si applicano anche alla copolimerizzazione assistita da ultrasuoni. [Zhang et al. 2009]
Un potenziale effetto del lattice è stato ottenuto con la sintesi di nanolattice incapsulato con ZnO: Il nanolattice incapsulato con ZnO mostra elevate prestazioni anticorrosive. Nello studio di Sonawane et al. (2010), sono state sintetizzate particelle composite di ZnO/poli(metacrilato di butile) e ZnO-PBMA/polianilina di 50 nm mediante polimerizzazione sonochemica in emulsione.
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Letteratura/riferimenti

• Ooi, S. K.; Biggs, S. (2000): Iniziazione a ultrasuoni della sintesi di lattice di polistirene. Ultrasonics Sonochemistry 7, 2000. 125-133.
• Sonawane, S. H.; Teo, B. M.; Brotchie, A.; Grieser, F.; Ashokkumar, M. (2010): Sintesi sonochemica di nanolatte funzionale incapsulato con ZnO e sue prestazioni anticorrosive. Industriale & Engineering Chemistry Research 19, 2010. 2200-2205.
• Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Figli: New York, Vol. 26, 1998. 517-541.
• Teo, B. M.; Ashokkumar, M.; Grieser, F. (2011): Polimerizzazione sonochemica di miniemulsioni in liquidi organici/miscele d'acqua. Chimica Fisica Chimica 13, 2011. 4095-4102.
• Teo, B. M.; Chen, F.; Hatton, T. A.; Grieser, F.; Ashokkumar, M.; (2009): Nuova sintesi one-pot di nanoparticelle di lattice di magnetite mediante irradiazione a ultrasuoni.
• Zhang, K.; Park, B.J.; Fang, F.F.; Choi, H.J. (2009): Preparazione sonochemica di nanocompositi polimerici. Molecole 14, 2009. 2095-2110.