Lateksa sonoķīmiskā sintēze

Ultraskaņa izraisa un veicina ķīmisko reakciju lateksa polimerizācijai. Ar sonochemiskiem spēkiem lateksa sintēze notiek ātrāk un efektīvāk. Pat ķīmiskās reakcijas apstrāde kļūst vieglāka.

Kā ultraskaņas apstrāde uzlabo lateksa sintēzi

Ultraskaņa ir plaši izmantota un ļoti efektīva metode šķidrumu disperģēšanai un emulgēšanai. Tās unikālais potenciāls slēpjas spējā radīt emulsijas ne tikai mikrometru diapazonā, bet arī ar nanometru mēroga pilieniņiem. Lateksa sintēzē reakcija parasti sākas ar monomēru (piemēram, polistirola gadījumā — stirēna) emulsiju vai dispersiju ūdenī, veidojot „eļļa ūdenī” (O/W) sistēmu. Atkarībā no formulācijas prasībām var būt nepieciešams neliels daudzums virsmas aktīvās vielas; tomēr intensīvā šķēres spēka iedarbība, ko rada lieljaudas ultraskaņa, bieži rada tik smalku pilienu sadalījumu, ka virsmas aktīvo vielu daudzumu var samazināt līdz minimumam vai pat pilnībā izvairīties no to lietošanas.

Ultraskaņas apstrādes darba princips

Kad šķidrumā tiek ievadīts augstas amplitūdas ultraskaņas vilnis, rodas akustiskā kavitācija. Mainoties augsta un zema spiediena cikliem, veidojas mikroburbuliņi, kas aug un galu galā strauji sabrūk. Šīs implozijas rada lokalizētus karstuma punktus ar īslaicīgu spiedienu līdz aptuveni 1000 bar un ģenerē triecienviļņus un mikrostrūklas, kuru ātrums sasniedz līdz pat 400 km/h [Suslick, 1998]. Šādi ekstremāli apstākļi tieši iedarbojas uz izkliedētajiem pilieniem un daļiņām, veicinot efektīvu to izmēra samazināšanu un sajaukšanos.
Papildus mehāniskajai iedarbībai ultraskaņas kavitācija rada arī ļoti reaģētspējīgus brīvos radikāļus. Šie radikāļi ūdens fāzē iedarbina monomēru ķēdes reakcijas polimerizāciju. Veidojoties polimēru ķēdēm, tās veido primārās daļiņas, kuru izmērs parasti ir 10–20 nm diapazonā. Šīs primārās daļiņas uzbriest ar monomēru, savukārt ūdens fāzē radušies augošie polimēru radikāli tiek iekļauti jau esošajās daļiņās. Pēc kodolu veidošanās pārtraukšanas daļiņu skaits paliek nemainīgs, un turpmākā polimerizācija palielina tikai daļiņu izmēru. Augšana turpinās, līdz pieejamais monomērs ir pilnībā patērēts, veidojot galīgās lateksa daļiņas, kuru diametrs parasti ir no 50 līdz 500 nm.

Ultraskaņas emulsifikācija un polimerizācija

Sintetizējot polistirola lateksu ar sonohimisko metodi, var sasniegt daļiņu diametrus, kas ir tik mazi kā aptuveni 50 nm, un molekulmasas, kas pārsniedz 10⁶ g/mol. Pateicoties ļoti efektīvai emulgācijai, ko rada lieljaudas ultraskaņa, nepieciešams tikai minimāls virsmaktīvās vielas daudzums. Nepārtraukta monomēra fāzes apstrāde ar ultraskaņu rada augstu radikāļu blīvumu monomēra pilieniņu tuvumā, kas veicina ārkārtīgi mazu lateksa daļiņu veidošanos polimerizācijas laikā. Papildus mehānikāli ķīmiskās polimerizācijas efektiem ultraskaņas sintēzes papildu priekšrocības ietver zemākas reakcijas temperatūras, paātrinātu reakcijas kinētiku un augstas kvalitātes lateksa ražošanu ar ievērojami paaugstinātu molekulmasu. Šīs priekšrocības attiecas arī uz ultraskaņas palīdzībā notiekošajiem kopolimerizācijas procesiem [Zhang et al., 2009].
Funkcionālo īpašību turpmāku uzlabošanu var panākt, sintezējot ZnO ietvertu nanolateksu. Šādām hibrīddaļiņām piemīt īpaši augstas pretkorozijas īpašības. Piemēram, Sonawane et al. (2010) ar sonohimiskās emulsijas polimerizācijas metodi sintezēja aptuveni 50 nm lielas ZnO/poli(butilmetakrilāta) un ZnO–PBMA/polianilīna nanolateksa kompozītdaļiņas.
Hielscher lieljaudas ultraskaņas iekārtas ir izturīgi un efektīvi rīki sonokīmisko reakciju veikšanai. Plašais ultraskaņas procesoru klāsts ar dažādām jaudām un konfigurācijām nodrošina optimālu pielāgošanos konkrētām procesa prasībām, kā arī partiju vai caurplūdes apjomiem. Visus procesus var izvērtēt laboratorijas mērogā un pēc tam lineārā un prognozējamā veidā mērogu palielināt līdz rūpnieciskai ražošanai. Ultraskaņas iekārtas, kas paredzētas nepārtrauktai plūsmai, var viegli integrēt esošajās ražošanas līnijās.

Izmantojiet ultraskaņas apstrādi, lai nodrošinātu efektīvu lateksa ražošanu

Ultraskaņas apstrāde nodrošina unikāli spēcīgu un daudzpusīgu pieeju lateksa emulgēšanas un sintēzes uzlabošanai. Intensīvās šķēres spēkas un kavitācijas efekti, ko rada lieljaudas ultraskaņa, rada izņēmuma kārtā smalkas un stabilas emulsijas, bieži vien samazinot vai pilnībā novēršot nepieciešamību pēc virsmaktīvām vielām. Tajā pašā laikā radikāļu veidošanās ultraskaņas apstākļos uzsāk un paātrina polimerizāciju, ļaujot precīzi kontrolēt daļiņu kodolu veidošanos, augšanu un galīgo morfoloģiju. Šīs apvienotās mehānikāli ķīmiskās un sonohīmiskās priekšrocības nodrošina lateksus ar mazākiem daļiņu izmēriem, lielāku molekulmasu un uzlabotu viendabīgumu. Turklāt ultraskaņas apstrāde ļauj samazināt reakcijas temperatūru, saīsināt reakcijas laiku un nodrošina uzticamu mērogojamību no laboratorijas līdz rūpnieciskajai ražošanai. Kopumā ultraskaņas apstrāde ievērojami uzlabo gan procesa efektivitāti, gan produkta kvalitāti, padarot to par izcilu tehnoloģiju mūsdienu lateksa sintēzei.

Literatūra/Atsauces