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ラテックスのソノケミカル合成

超音波はラテックスの重合のための化学反応を誘導し促進する。超音波化学的な力によって、ラテックスの合成はより速く、より効率的に行われる。化学反応の取り扱いさえも容易になる。

ラテックス粒子は様々な材料の添加剤として広く使用されている。一般的な応用分野としては、塗料やコーティング剤、接着剤、セメントへの添加剤としての使用が挙げられる。
ラテックスの重合において、基本反応液の乳化・分散はポリマーの品質を大きく左右する重要な因子である。超音波は分散・乳化のための効率的で信頼性の高い方法としてよく知られている。超音波の高いポテンシャルは きらめき そして エマルジョン ミクロンサイズだけでなくナノサイズの範囲もある。ラテックスの合成には、モノマー、例えばポリスチレンの水中でのエマルションまたは分散液(o/w = oil-inwater エマルジョン)が反応の基礎となる。エマルジョンの種類によっては、少量の界面活性剤が必要な場合もあるが、多くの場合、超音波のエネルギーによって液滴が微細に分散されるため、界面活性剤は不要である。高振幅の超音波を液体に導入すると、いわゆるキャビテーション現象が発生する。高圧と低圧を交互に繰り返す間に液体が破裂し、真空の気泡が発生する。これらの小さな気泡がそれ以上のエネルギーを吸収できなくなると、高圧サイクル中に気泡が破裂し、最大1000バールの圧力と衝撃波、最高時速400kmの液体ジェットが局所的に発生する。[超音波キャビテーションによって引き起こされるこれらの非常に強力な力は、液滴や粒子を取り囲むように作用する。超音波キャビテーションの下で形成されるフリーラジカルは、液滴や粒子に影響を及ぼします。 キャビテーション は、水中でモノマーの連鎖反応重合を開始する。ポリマー鎖は成長し、約10~20nmの一次粒子を形成する。一次粒子はモノマーで膨潤し、ポリマー鎖の開始は水相中で継続し、成長するポリマーラジカルは既存の粒子に捕捉され、重合は粒子内部で継続する。一次粒子が形成された後、さらに重合を進めると、粒子のサイズは大きくなるが、数は増えない。成長はモノマーがすべて消費されるまで続く。最終的な粒子径は通常50~500nmである。

ソノシンセシスはバッチ式でも連続式でも実施できる。

超音波フローセルリアクターは連続処理を可能にする。

ポリスチレンラテックスをソノケミカルルートで合成すれば、50nmの小さなサイズで106g/mol以上の高分子量のラテックス粒子が得られる。効率的な超音波乳化により、界面活性剤は少量で済む。モノマー溶液への連続的な超音波照射により、モノマー液滴の周囲に十分なラジカルが生成され、重合中に非常に小さなラテックス粒子が得られる。超音波重合の効果に加え、この方法のさらなる利点は、反応温度が低いこと、反応シーケンスが速いこと、粒子の分子量が高いためラテックス粒子の品質が高いことである。超音波重合の利点は超音波アシスト共重合にも当てはまる。[Zhang et al.]
ラテックスの潜在的な効果は、ZnOカプセル化ナノラテックスの合成によって達成される:ZnOカプセル化ナノラテックスは高い防錆性能を示す。Sonawaneら(2010)の研究では、ZnO/ポリ(ブチルメタクリレート)およびZnO-PBMA/ポリアニリンナノラテックス複合粒子(50 nm)が超音波乳化重合によって合成された。
Hielscher Ultrasonics 高出力超音波装置 のための信頼できる効率的なツールである。 ソノケミカル 反応。異なる出力容量とセットアップを持つ幅広い超音波プロセッサーが、特定のプロセスと量に最適な構成を提供します。すべてのアプリケーションはラボで評価でき、その後、生産サイズまでリニアにスケールアップできます。フロースルー・モードでの連続処理用の超音波装置は、既存の生産ラインに簡単に組み込むことができます。
UP200S - Hielscher's powerful 200W ultrasonicator for sonochemical processes

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文献/参考文献

  • Ooi, S. K.; Biggs, S. (2000):ポリスチレンラテックス合成の超音波開始。Ultrasonics Sonochemistry 7, 2000.125-133.
  • Sonawane, S. H.; Teo, B. M.; Brotchie, A.; Grieser, F.; Ashokkumar, M. (2010):ZnO カプセル化機能性ナノラテックスのソノケミカル合成とその防食性能.工業用 & 工学化学研究 19, 2010.2200-2205.
  • Suslick, K. S. (1998):Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed.J. ワイリー & サンズニューヨーク、第26巻、1998年。517-541.
  • Teo, B. M..; Ashokkumar, M.; Grieser, F. (2011):有機液体/水混合系におけるミニエマルションのソノケミカル重合.Physical Chemistry Chemical Physics 13, 2011.4095-4102.
  • Teo, B. M..; Chen, F.; Hatton, T. A.; Grieser, F.; Ashokkumar, M.; (2009):超音波照射によるマグネタイトラテックスナノ粒子の新規ワンポット合成。
  • Zhang, K.; Park, B.J.; Fang, F.F.; Choi, H. J. (2009):Sonochemical Preparation of Polymer Nanocomposites.Molecules 14, 2009.2095-2110.

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