L lateksa sonoķīmiskā sintēze

Ultraskaņa ierosina un veicina lateksa polimerizācijas ķīmisko reakciju. Sonoķīmisko spēku ietekmē lateksa sintēze norisinās ātrāk un efektīvāk. Arī ķīmiskās reakcijas vadīšana kļūst vienkāršāka.

Kā apstrāde ar ultraskaņu uzlabo lateksa sintēzi

Ultraskaņa ir pārbaudīta un ļoti efektīva metode šķidrumu disperģēšanai un emulģēšanai. Tās unikālais potenciāls ir spēja radīt emulsijas ar pilienu izmēriem ne tikai mikrometru, bet arī nanometru diapazonā. Lateksa sintēzē reakcija parasti sākas ar monomēru (piemēram, stirola polistirola iegūšanai) emulsiju vai dispersiju ūdenī, veidojot sistēmu eļļa ūdenī (O/W). Atkarībā no prasībām attiecībā uz sastāvu var būt nepieciešams neliels virsmaktīvās vielas daudzums; tomēr lieljaudas ultraskaņas radītā intensīvā bīde bieži nodrošina tik smalku pilienu izmēru sadalījumu, ka virsmaktīvo vielu daudzumu var samazināt līdz minimumam vai tās var kļūt nevajadzīgas.

Apstrādes ar ultraskaņu darbības princips

Ievadot šķidrumā lielas amplitūdas ultraskaņu, rodas akustiskā kavitācija. Augsta un zema spiediena cikliem mijoties, veidojas un aug mikroburbulīši, kas beigās strauji saplok. Šīs implozijas rada lokālus karstuma punktus ar īslaicīgu spiedienu līdz aptuveni 1000 bar un ģenerē triecienviļņus un mikrostrūklas, kuru ātrums sasniedz līdz 400 km/h [Suslick, 1998]. Šādi ekstremāli apstākļi tieši iedarbojas uz disperģētajiem pilieniem un daļiņām, veicinot efektīvu to izmēra samazināšanu un sajaukšanu.
Papildus mehāniskajai iedarbībai ultraskaņas kavitācija rada arī ļoti reaģētspējīgus brīvos radikāļus. Šie radikāļi ierosina monomēru polimerizāciju ķēdes reakcijā ūdens fāzē. Veidojoties polimēru ķēdēm, tās veido aizmetņus primārajām daļiņām, kuru izmērs parasti ir 10–20 nm diapazonā. Šīs primārās daļiņas uzbriest, uzņemot monomēru, savukārt ūdens fāzē radušies augošie polimēru radikāļi iekļaujas esošajās daļiņās. Pēc aizmetņu veidošanās beigām daļiņu skaits paliek nemainīgs, un turpmākā polimerizācija palielina tikai daļiņu izmēru. Augšana turpinās, līdz pieejamais monomērs ir pilnībā izlietots, iegūstot galīgās lateksa daļiņas, kuru diametrs parasti ir no 50 līdz 500 nm.

Emulģēšana un polimerizācija ar ultraskaņu

Sintezējot polistirola lateksu sonoķīmiskā ceļā, var iegūt daļiņas, kuru diametrs ir pat tikai aptuveni 50 nm, un molmasu, kas pārsniedz 10⁶ g/mol. Pateicoties lieljaudas ultraskaņas nodrošinātajai ļoti efektīvajai emulģēšanai, nepieciešams tikai minimāls virsmaktīvās vielas daudzums. Nepārtraukta monomēra fāzes apstrāde ar ultraskaņu rada lielu radikāļu blīvumu monomēra pilienu tuvumā, kas polimerizācijas laikā veicina ārkārtīgi mazu lateksa daļiņu veidošanos. Papildus mehānoķīmiskajai ietekmei uz polimerizāciju ultraskaņas sintēzes priekšrocības ietver zemāku reakcijas temperatūru, paātrinātu reakcijas kinētiku un augstas kvalitātes lateksa iegūšanu ar ievērojami lielāku molmasu. Šīs priekšrocības attiecas arī uz kopolimerizācijas procesiem ar ultraskaņas palīdzību [Zhang et al., 2009].
Vēl lielāku funkcionālo īpašību uzlabojumu var panākt, sintezējot nanolateksu ar iekapsulētu ZnO. Šādām hibrīddaļiņām piemīt īpaši augstas pretkorozijas īpašības. Piemēram, Sonawane et al. (2010), izmantojot sonoķīmisko emulsijas polimerizāciju, sintezēja ZnO/poli(butilmetakrilāta) un ZnO–PBMA/polianilīna nanolateksa kompozītdaļiņas, kuru izmērs bija aptuveni 50 nm.
Hielscher lieljaudas ultraskaņas apstrādes ierīces ir izturīgi un efektīvi rīki sonoķīmisko reakciju veikšanai. Plašs ultraskaņas procesoru klāsts ar dažādām jaudām un konfigurācijām nodrošina optimālu pielāgošanu konkrētām procesa prasībām un partiju vai caurplūdes tilpumiem. Visus procesus var novērtēt laboratorijas mērogā un pēc tam lineāri un paredzami palielināt to mērogu līdz rūpnieciskai ražošanai. Ultraskaņas iekārtas, kas paredzētas darbībai nepārtrauktā plūsmā, var bez grūtībām integrēt esošajās ražošanas līnijās.

Izmantojiet apstrādes ar ultraskaņu priekšrocības efektīvai lateksa ražošanai

Apstrāde ar ultraskaņu nodrošina unikāli jaudīgu un daudzpusīgu pieeju lateksa emulģēšanas un sintēzes uzlabošanai. Lieljaudas ultraskaņas radītie intensīvie bīdes spēki un kavitācijas iedarbība rada ārkārtīgi smalkas un stabilas emulsijas, bieži samazinot vai novēršot nepieciešamību pēc virsmaktīvajām vielām. Vienlaikus radikāļu veidošanās ultraskaņas iedarbībā ierosina un paātrina polimerizāciju, ļaujot precīzi kontrolēt daļiņu aizmetņu veidošanos, augšanu un galīgo morfoloģiju. Šo mehānoķīmisko un sonoķīmisko priekšrocību kopums ļauj iegūt lateksus ar mazākām daļiņām, lielāku molmasu un uzlabotu viendabīgumu. Turklāt apstrāde ar ultraskaņu ļauj pazemināt reakcijas temperatūru, saīsināt reakcijas laiku un uzticami palielināt mērogu no laboratorijas līdz rūpnieciskajai ražošanai. Kopumā apstrāde ar ultraskaņu ievērojami uzlabo gan procesa efektivitāti, gan produkta kvalitāti, padarot to par pārāku tehnoloģiju mūsdienīgai lateksa sintēzei.

Literatūra/atsauces

• 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