Sonokemična sinteza lateksa

Ultrazvok inducira in spodbuja kemično reakcijo za polimerizacijo lateksa. S sonokemičnimi silami se sinteza lateksa odvija hitreje in učinkoviteje. Tudi ravnanje s kemično reakcijo postane lažje.

Kako sonikacija izboljša sintezo lateksa

Ultrazvok je uveljavljena in zelo učinkovita metoda za dispergiranje in emulgiranje tekočin. Njegov edinstven potencial je v tem, da lahko ustvarja emulzije ne le v mikrometrskem območju, temveč tudi pri velikosti kapljic v nanometrskem merilu. Pri sintezi lateksa se reakcija običajno začne z emulzijo ali disperzijo monomerov (npr. stirena za polistiren) v vodi, pri čemer nastane sistem olje v vodi (O/W). Glede na zahteve formulacije so lahko potrebne majhne količine površinsko aktivnih snovi; vendar pa močan strižni tok, ki ga ustvarja ultrazvok visoke moči, pogosto ustvari tako fino porazdelitev kapljic, da se površinsko aktivne snovi lahko zmanjšajo ali postanejo nepotrebne.

Načelo delovanja ultrazvočnega razbijanja

Ko v tekočino vnesemo ultrazvok visoke amplitude, pride do akustične kavitacije. Med izmeničnimi cikli visokega in nizkega tlaka nastanejo mikrobublinice, ki rastejo in na koncu močno razpadejo. Te implozije ustvarijo lokalizirane vroče točke s prehodnimi tlaki do približno 1000 barov ter ustvarijo udarne valove in mikrodelce, ki dosežejo hitrosti do 400 km/h [Suslick, 1998]. Takšni ekstremni pogoji delujejo neposredno na razpršene kapljice in delce ter spodbujajo učinkovito zmanjševanje velikosti in mešanje.
Ultrazvočna kavitacija poleg mehanskih učinkov proizvaja tudi zelo reaktivne proste radikale. Ti radikali sprožijo verižno polimerizacijo monomerov v vodni fazi. Ko se polimerne verige oblikujejo, tvorijo primarne delce, ki so običajno veliki od 10 do 20 nm. Ti primarni delci nabreknejo z monomerom, medtem ko se rastoči polimerni radikali, ki nastanejo v vodni fazi, vključijo v obstoječe delce. Po prenehanju nukleacije število delcev ostane konstantno, nadaljnja polimerizacija pa poveča le velikost delcev. Rast se nadaljuje, dokler se razpoložljivi monomer v celoti ne porabi, pri čemer nastanejo končni delci lateksa s premerom običajno med 50 in 500 nm.

Ultrazvočno emulgiranje in polimerizacija

Pri sintezi polistirenskega lateksa po sonokemični poti lahko dosežemo premer delcev, ki so manjši od približno 50 nm, in molekulsko maso, ki presega 10⁶ g/mol. Zaradi zelo učinkovite emulgacije, ki jo povzroča ultrazvok visoke moči, so potrebne le minimalne količine površinsko aktivnih snovi. Neprekinjeno ultrazvočno delovanje monomerne faze povzroči visoko gostoto radikalov v bližini kapljic monomera, kar spodbuja nastanek izjemno majhnih delcev lateksa med polimerizacijo. Poleg mehanokemičnih polimerizacijskih učinkov dodatne prednosti ultrazvočne sinteze vključujejo nižje reakcijske temperature, pospešeno reakcijsko kinetiko in proizvodnjo visokokakovostnega lateksa z znatno povečano molekulsko maso. Te prednosti veljajo tudi za postopke kopolimerizacije z ultrazvočno pomočjo [Zhang et al., 2009].
Funkcionalno učinkovitost lahko še dodatno izboljšamo s sintezo nanolatksa z vsebnostjo ZnO. Takšni hibridni delci imajo izrazito visoke antikorozijske lastnosti. Sonawane in drugi (2010) so na primer z uporabo sonokemične emulzijske polimerizacije sintetizirali kompozitne delce ZnO/poli(butilmetakrilat) in ZnO-PBMA/polyanilin nanolatexa velikosti približno 50 nm.
Hielscherjevi visokozmogljivi sonikatorji so robustna in učinkovita orodja za izvajanje sonokemičnih reakcij. Širok nabor ultrazvočnih procesorjev z različnimi zmogljivostmi in konfiguracijami zagotavlja optimalno prilagajanje posebnim procesnim zahtevam in serijskim ali pretočnim količinam. Vse procese je mogoče ovrednotiti v laboratorijskem merilu in jih nato linearno in predvidljivo razširiti na industrijsko proizvodnjo. Ultrazvočne enote, zasnovane za neprekinjeno pretočno delovanje, je mogoče brez težav vključiti v obstoječe proizvodne linije.

Izkoristite sonikacijo za učinkovito proizvodnjo lateksa

Sonikacija zagotavlja edinstveno močan in vsestranski pristop za izboljšanje emulgiranja in sinteze lateksa. Intenzivne strižne sile in kavitacijski učinki, ki jih ustvarja ultrazvok visoke moči, ustvarjajo izjemno fine in stabilne emulzije, ki pogosto zmanjšajo ali odpravijo potrebo po površinsko aktivnih snoveh. Hkrati tvorba radikalov v ultrazvočnih pogojih sproži in pospeši polimerizacijo, kar omogoča natančen nadzor nad nastajanjem, rastjo in končno morfologijo delcev. Te kombinirane mehanokemične in sonokemične prednosti dajejo latekse z manjšo velikostjo delcev, večjo molekulsko maso in izboljšano enakomernostjo. Poleg tega ultrazvočna obdelava omogoča nižje reakcijske temperature, krajše reakcijske čase in zanesljivo razširljivost od laboratorijske do industrijske proizvodnje. Na splošno sonikacija znatno izboljša učinkovitost postopka in kakovost izdelkov, zato je vrhunska tehnologija za sodobno sintezo lateksa.

Literatura/Reference