Síntese sonoquímica de látex

Os ultrassons induzem e promovem a reação química de polimerização do látex. Graças às forças sonoquímicas, a síntese de látex ocorre de forma mais rápida e eficiente. Até a condução da reação química se torna mais fácil.

Como a sonicação melhora a síntese de látex

Os ultrassons são um método consolidado e altamente eficaz para dispersar e emulsionar líquidos. O seu potencial único reside na capacidade de gerar emulsões não só na gama micrométrica, mas também com gotículas de dimensões nanométricas. Na síntese de látex, a reação começa normalmente com uma emulsão ou dispersão de monómeros (por exemplo, estireno para poliestireno) em água, formando um sistema de óleo em água (O/W). Dependendo dos requisitos da formulação, podem ser necessárias pequenas quantidades de tensioativo; contudo, o intenso cisalhamento gerado pelos ultrassons de alta potência produz frequentemente distribuições de gotículas tão finas que os tensioativos podem ser reduzidos ao mínimo ou tornar-se desnecessários.

O princípio de funcionamento da sonicação

Quando se introduzem ultrassons de elevada amplitude num líquido, ocorre cavitação acústica. Durante ciclos alternados de alta e baixa pressão, formam-se microbolhas que crescem e acabam por colapsar violentamente. Estas implosões criam pontos quentes localizados com pressões transitórias até aproximadamente 1000 bar e geram ondas de choque e microjatos que atingem velocidades até 400 km/h [Suslick, 1998]. Estas condições extremas atuam diretamente sobre as gotículas e partículas dispersas, promovendo uma redução de tamanho e uma mistura eficientes.
Além dos efeitos mecânicos, a cavitação ultrassónica também produz radicais livres altamente reativos. Estes radicais iniciam a polimerização dos monómeros por reação em cadeia na fase aquosa. À medida que se formam as cadeias poliméricas, estas dão origem, por nucleação, a partículas primárias tipicamente na gama de 10–20 nm. Estas partículas primárias incham com o monómero, enquanto os radicais poliméricos em crescimento gerados na fase aquosa são incorporados nas partículas existentes. Após cessar a nucleação, o número de partículas permanece constante e a polimerização subsequente aumenta apenas o tamanho das partículas. O crescimento continua até que o monómero disponível seja totalmente consumido, dando origem a partículas finais de látex com diâmetros tipicamente entre 50 e 500 nm.

Emulsificação e polimerização ultrassónicas

Quando o látex de poliestireno é sintetizado por via sonoquímica, podem obter-se diâmetros de partículas tão pequenos como aproximadamente 50 nm e massas moleculares superiores a 10⁶ g/mol. Devido à emulsificação altamente eficiente gerada pelos ultrassons de alta potência, são necessários apenas níveis mínimos de tensioativo. A sonicação ultrassónica contínua da fase monomérica produz uma elevada densidade de radicais nas proximidades das gotículas de monómero, o que promove a formação de partículas de látex excecionalmente pequenas durante a polimerização. Além dos efeitos mecanoquímicos da polimerização, as vantagens adicionais da síntese ultrassónica incluem temperaturas de reação mais baixas, uma cinética de reação acelerada e a produção de látex de elevada qualidade com massas moleculares significativamente mais elevadas. Estes benefícios estendem-se igualmente aos processos de copolimerização assistida por ultrassons [Zhang et al., 2009].
Pode obter-se uma melhoria adicional do desempenho funcional através da síntese de nanolátex com encapsulação de ZnO. Estas partículas híbridas apresentam propriedades anticorrosivas particularmente elevadas. Sonawane et al. (2010), por exemplo, sintetizaram partículas compósitas de nanolátex de ZnO/poli(metacrilato de butilo) e ZnO–PBMA/polianilina de aproximadamente 50 nm utilizando polimerização sonoquímica em emulsão.
Os sonicadores de alta potência da Hielscher são ferramentas robustas e eficientes para realizar reações sonoquímicas. Uma vasta gama de processadores ultrassónicos com diferentes potências e configurações assegura uma adaptação ideal aos requisitos específicos do processo e aos volumes processados por lotes ou em fluxo contínuo. Todos os processos podem ser avaliados à escala laboratorial e posteriormente ampliados para a produção industrial de forma linear e previsível. As unidades ultrassónicas concebidas para funcionamento em fluxo contínuo podem ser integradas sem dificuldades nas linhas de produção existentes.

Tire partido da sonicação para uma produção eficiente de látex

A sonicação proporciona uma abordagem de potência e versatilidade únicas para melhorar a emulsificação e a síntese de látex. As intensas forças de cisalhamento e os efeitos de cavitação gerados pelos ultrassons de alta potência produzem emulsões excecionalmente finas e estáveis, reduzindo ou eliminando frequentemente a necessidade de tensioativos. Ao mesmo tempo, a formação de radicais em condições ultrassónicas inicia e acelera a polimerização, permitindo um controlo preciso da nucleação, do crescimento e da morfologia final das partículas. Estes benefícios mecanoquímicos e sonoquímicos combinados dão origem a látices com partículas de menor tamanho, massas moleculares mais elevadas e maior uniformidade. Além disso, o processamento ultrassónico permite temperaturas de reação mais baixas, tempos de reação mais curtos e uma ampliação de escala fiável do laboratório para a produção industrial. De um modo geral, a sonicação melhora significativamente tanto a eficiência do processo como a qualidade do produto, tornando-a uma tecnologia superior para a síntese moderna de látex.

Bibliografia/Referências

• 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