ლატექსის სონოქიმიური სინთეზი
ულტრაბგერა იწვევს და ხელს უწყობს ქიმიურ რეაქციას ლატექსის პოლიმერიზაციისთვის. სონოქიმიური ძალებით, ლატექსის სინთეზი ხდება უფრო სწრაფად და ეფექტურად. ქიმიური რეაქციის მართვაც კი უფრო ადვილი ხდება.
როგორ აუმჯობესებს სონიკაცია ლატექსის სინთეზს
ულტრაბგერა სითხეების დისპერსიისა და ემულსიფიკაციის დამკვიდრებული და მაღალეფექტური მეთოდია. მისი უნიკალური პოტენციალი მდგომარეობს ემულსიების გენერირების უნარში არა მხოლოდ მიკრომეტრის დიაპაზონში, არამედ ნანომეტრის მასშტაბის წვეთების ზომებშიც. ლატექსის სინთეზში რეაქცია, როგორც წესი, იწყება მონომერების (მაგ., სტიროლი პოლისტიროლისთვის) ემულსიით ან დისპერსიით წყალში, რაც წარმოქმნის ზეთი-წყალში (O/W) სისტემას. ფორმულირების მოთხოვნებიდან გამომდინარე, შეიძლება საჭირო გახდეს ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების მცირე რაოდენობა; თუმცა, მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი გამოსხივების მიერ წარმოქმნილი ინტენსიური ძვრა ხშირად იწვევს წვეთების ისეთ წვრილ განაწილებას, რომ ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებები შეიძლება მინიმუმამდე იქნას დაყვანილი ან არასაჭირო გახდეს.
Sonication-ის მუშაობის პრინციპი
როდესაც მაღალი ამპლიტუდის ულტრაბგერა შეჰყავთ სითხეში, ხდება აკუსტიკური კავიტაცია. მაღალი და დაბალი წნევის ციკლების მონაცვლეობის დროს, მიკრობუშტები წარმოიქმნება, იზრდება და საბოლოოდ ძლიერად იშლება. ეს იმპლოზები ქმნის ლოკალიზებულ ცხელ წერტილებს დაახლოებით 1000 ბარამდე გარდამავალი წნევით და წარმოქმნის დარტყმით ტალღებს და მიკროჭავლებს, რომლებიც 400 კმ/სთ სიჩქარეს აღწევენ [სუსლიკი, 1998]. ასეთი ექსტრემალური პირობები პირდაპირ მოქმედებს გაფანტულ წვეთებსა და ნაწილაკებზე, რაც ხელს უწყობს ზომის ეფექტურ შემცირებას და შერევას.
მექანიკური ეფექტების გარდა, ულტრაბგერითი კავიტაცია ასევე წარმოქმნის მაღალრეაქტიულ თავისუფალ რადიკალებს. ეს რადიკალები იწყებენ მონომერების ჯაჭვური რეაქციის პოლიმერიზაციას წყლიან ფაზაში. პოლიმერული ჯაჭვების წარმოქმნისას, ისინი ბირთვს ქმნიან პირველად ნაწილაკებს, რომლებიც, როგორც წესი, 10-20 ნმ დიაპაზონშია. ეს პირველადი ნაწილაკები მონომერთან ერთად იბერება, ხოლო წყლიან ფაზაში წარმოქმნილი მზარდი პოლიმერული რადიკალები ინტეგრირდება არსებულ ნაწილაკებში. ბირთვის წარმოქმნის შეწყვეტის შემდეგ, ნაწილაკების რაოდენობა მუდმივი რჩება და შემდგომი პოლიმერიზაცია მხოლოდ ნაწილაკების ზომას ზრდის. ზრდა გრძელდება მანამ, სანამ არსებული მონომერი სრულად არ მოიხმარება, რაც საბოლოო ლატექსის ნაწილაკებს წარმოქმნის, როგორც წესი, 50-დან 500 ნმ-მდე დიამეტრის.
ულტრაბგერითი ნაკადის უჯრედის რეაქტორი ლატექსის უწყვეტი ემულსიფიკაციისთვის
ულტრაბგერითი ემულსიფიკაცია და პოლიმერიზაცია
როდესაც პოლისტიროლის ლატექსი სინთეზირდება სონოქიმიური გზით, შესაძლებელია დაახლოებით 50 ნმ-მდე მცირე დიამეტრის ნაწილაკების მიღწევა და 10⁶ გ/მოლზე მეტი მოლეკულური წონის მიღწევა. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი გამოსხივების შედეგად წარმოქმნილი მაღალეფექტური ემულსიფიკაციის გამო, საჭიროა მხოლოდ ზედაპირულად აქტიური ნივთიერების მინიმალური დონე. მონომერული ფაზის უწყვეტი ულტრაბგერითი მოქმედება მონომერის წვეთების მახლობლად წარმოქმნის რადიკალების მაღალ სიმკვრივეს, რაც ხელს უწყობს პოლიმერიზაციის დროს განსაკუთრებით მცირე ლატექსის ნაწილაკების წარმოქმნას. მექანოქიმიური პოლიმერიზაციის ეფექტების გარდა, ულტრაბგერითი სინთეზის დამატებითი უპირატესობებია რეაქციის დაბალი ტემპერატურა, რეაქციის კინეტიკა და მნიშვნელოვნად მომატებული მოლეკულური წონით მაღალი ხარისხის ლატექსის წარმოება. ეს უპირატესობები ასევე ვრცელდება ულტრაბგერითი კოპოლიმერიზაციის პროცესებზეც [Zhang et al., 2009].
ფუნქციური მახასიათებლების შემდგომი გაუმჯობესება შესაძლებელია ZnO-ით კაფსულირებული ნანოლატექსის სინთეზით. ასეთ ჰიბრიდულ ნაწილაკებს განსაკუთრებით მაღალი ანტიკოროზიული თვისებები ახასიათებთ. მაგალითად, სონავანემ და სხვებმა (2010) სინთეზირეს დაახლოებით 50 ნმ ZnO/პოლი(ბუტილ მეტაკრილატი) და ZnO–PBMA/პოლიანილინის ნანოლატექსის კომპოზიტური ნაწილაკები სონოქიმიური ემულსიური პოლიმერიზაციის გამოყენებით.
Hielscher-ის მაღალი სიმძლავრის სონიკატორები წარმოადგენენ მძლავრ და ეფექტურ ინსტრუმენტებს სონოქიმიური რეაქციების ჩასატარებლად. ულტრაბგერითი პროცესორების ფართო პორტფელი სხვადასხვა სიმძლავრის სიმძლავრითა და კონფიგურაციით უზრუნველყოფს ოპტიმალურ ადაპტაციას კონკრეტული პროცესის მოთხოვნებთან და პარტიულ ან ნაკადის მოცულობებთან. ყველა პროცესის შეფასება შესაძლებელია ლაბორატორიული მასშტაბით და შემდგომში სამრეწველო წარმოებამდე მასშტაბირება წრფივი და პროგნოზირებადი გზით. უწყვეტი ნაკადის მუშაობისთვის შექმნილი ულტრაბგერითი ერთეულები შეიძლება შეუფერხებლად ინტეგრირდეს არსებულ წარმოების ხაზებში.
ლატექსის პოლიმერიზაციისთვის ინლაინ სონიკაცია სამრეწველო წარმოებაში
ისარგებლეთ სონიკაციით ლატექსის ეფექტური წარმოებისთვის
სონიკაცია ლატექსის ემულსიფიკაციისა და სინთეზის გასაუმჯობესებლად უნიკალურად ძლიერ და მრავალმხრივ მიდგომას წარმოადგენს. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერით გენერირებული ინტენსიური ძვრის ძალები და კავიტაციის ეფექტები წარმოქმნის განსაკუთრებით წვრილ და სტაბილურ ემულსიებს, რაც ხშირად ამცირებს ან საერთოდ გამორიცხავს ზედაპირულად აქტიური ნივთიერებების საჭიროებას. ამავდროულად, ულტრაბგერითი პირობებში რადიკალების წარმოქმნა იწყებს და აჩქარებს პოლიმერიზაციას, რაც საშუალებას იძლევა ნაწილაკების ბირთვის წარმოქმნის, ზრდისა და საბოლოო მორფოლოგიის ზუსტი კონტროლისთვის. ეს კომბინირებული მექანოქიმიური და სონოქიმიური სარგებელი იძლევა ლატექსებს უფრო მცირე ნაწილაკების ზომებით, უფრო მაღალი მოლეკულური წონით და გაუმჯობესებული ერთგვაროვნებით. გარდა ამისა, ულტრაბგერითი დამუშავება საშუალებას იძლევა რეაქციის უფრო დაბალი ტემპერატურის, რეაქციის უფრო მოკლე დროის და ლაბორატორიიდან სამრეწველო წარმოებამდე საიმედო მასშტაბირების. საერთო ჯამში, სონიკაცია მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს როგორც პროცესის ეფექტურობას, ასევე პროდუქტის ხარისხს, რაც მას თანამედროვე ლატექსის სინთეზის უმაღლეს ტექნოლოგიად აქცევს.
ლიტერატურა/ცნობარი
- 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
