Sonochemiczna synteza lateksu

Ultradźwięki indukują i promują reakcję chemiczną polimeryzacji lateksu. Dzięki siłom sonochemicznym synteza lateksu zachodzi szybciej i wydajniej. Nawet obsługa reakcji chemicznej staje się łatwiejsza.

Cząsteczki lateksu są szeroko stosowane jako dodatek do różnych materiałów. Typowe obszary zastosowań obejmują stosowanie jako dodatki do farb i powłok, klejów i cementu.
W przypadku polimeryzacji lateksu emulgowanie i dyspersja podstawowego roztworu reakcyjnego jest ważnym czynnikiem, który znacząco wpływa na jakość polimeru. Ultradźwięki są dobrze znane jako skuteczna i niezawodna metoda dyspergowania i emulgowania. Wysoki potencjał ultradźwięków to możliwość tworzenia dyspersje i emulsje nie tylko w zakresie mikronów, ale także nanometrów. Do syntezy lateksu stosuje się emulsję lub dyspersję monomerów, np. polistyrenu, w wodzie (o/w = olej w wodzie). emulsja) jest podstawą reakcji. W zależności od typu emulsji może być wymagana niewielka ilość środka powierzchniowo czynnego, ale często energia ultradźwiękowa zapewnia tak drobny rozkład kropel, że środek powierzchniowo czynny jest zbędny. Jeśli ultradźwięki o wysokiej amplitudzie są wprowadzane do cieczy, występuje zjawisko tak zwanej kawitacji. Podczas naprzemiennych cykli wysokiego i niskiego ciśnienia dochodzi do pękania cieczy i powstawania pęcherzyków próżniowych. Gdy te małe pęcherzyki nie mogą wchłonąć więcej energii, implodują podczas cyklu wysokiego ciśnienia, tak że lokalnie osiągane są ciśnienia do 1000 barów i fale uderzeniowe, a także strumienie cieczy o prędkości do 400 km/h [Suslick, 1998]. [Suslick, 1998] Te bardzo intensywne siły, spowodowane kawitacją ultradźwiękową, działają na otaczające kropelki i cząsteczki. Wolne rodniki powstające pod wpływem ultradźwięków kawitacja inicjują reakcję łańcuchową polimeryzacji monomerów w wodzie. Łańcuchy polimerowe rosną i tworzą cząstki pierwotne o przybliżonej wielkości 10-20 nm. Cząstki pierwotne pęcznieją monomerami, a inicjacja łańcuchów polimerowych jest kontynuowana w fazie wodnej, rosnące rodniki polimerowe są wychwytywane przez istniejące cząstki, a polimeryzacja jest kontynuowana wewnątrz cząstek. Po utworzeniu cząstek pierwotnych, dalsza polimeryzacja zwiększa rozmiar, ale nie liczbę cząstek. Wzrost trwa do momentu zużycia całego monomeru. Końcowe średnice cząstek wynoszą zazwyczaj 50-500 nm.

Jeśli lateks polistyrenowy jest syntetyzowany na drodze sonochemicznej, można uzyskać cząstki lateksu o małym rozmiarze 50 nm i wysokiej masie cząsteczkowej większej niż 106 g/mol. Ze względu na skuteczną emulsyfikację ultradźwiękową potrzebna będzie tylko niewielka ilość środka powierzchniowo czynnego. Ciągłe ultradźwięki stosowane do roztworu monomeru tworzą wystarczającą ilość rodników wokół kropelek monomeru, co prowadzi do bardzo małych cząstek lateksu podczas polimeryzacji. Oprócz efektów polimeryzacji ultradźwiękowej, dalsze zalety tej metody to niska temperatura reakcji, szybsza sekwencja reakcji i jakość cząstek lateksu ze względu na wysoką masę cząsteczkową cząstek. Zalety polimeryzacji ultradźwiękowej mają również zastosowanie do kopolimeryzacji wspomaganej ultradźwiękami. [Zhang et al. 2009].
Potencjalny efekt lateksu został osiągnięty poprzez syntezę nanolateksu zawierającego ZnO: Nanolateks zamknięty w ZnO wykazuje wysokie właściwości antykorozyjne. W badaniu Sonawane et al. (2010), ZnO/poli(metakrylan butylu) i ZnO-PBMA/polianilina nanolateksowe cząstki kompozytowe o wielkości 50 nm zostały zsyntetyzowane przez sonochemiczną polimeryzację emulsyjną.
Hielscher Ultrasonics urządzenia ultradźwiękowe o dużej mocy są niezawodnymi i wydajnymi narzędziami do sonochemiczny reakcja. Szeroka gama procesorów ultradźwiękowych o różnych mocach i konfiguracjach zapewnia optymalną konfigurację dla konkretnego procesu i objętości. Wszystkie aplikacje mogą być oceniane w laboratorium, a następnie skalowane liniowo do wielkości produkcji. Maszyny ultradźwiękowe do ciągłego przetwarzania w trybie przepływowym można łatwo doposażyć w istniejące linie produkcyjne.

Literatura/Referencje

• Ooi, S. K.; Biggs, S. (2000): Ultradźwiękowa inicjacja syntezy lateksu polistyrenowego. Ultradźwięki Sonochemia 7, 2000. 125-133.
• 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.
• Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, Vol. 26, 1998. 517-541.
• Teo, B. M.; Ashokkumar, M.; Grieser, F. (2011): Sonochemiczna polimeryzacja miniemulsji w mieszaninach cieczy organicznych i wody. Physical Chemistry Chemical Physics 13, 2011. 4095-4102.
• Teo, B. M.; Chen, F.; Hatton, T. A.; Grieser, F.; Ashokkumar, M.; (2009): Nowatorska synteza nanocząstek lateksu magnetytowego w jednym garnku za pomocą promieniowania ultradźwiękowego.
• Zhang, K.; Park, B.J.; Fang, F.F.; Choi, H. J. (2009): Sonochemical Preparation of Polymer Nanocomposites (Sonochemiczne przygotowanie nanokompozytów polimerowych). Molecules 14, 2009. 2095-2110.