Сонохемијска синтеза латекса

Ултразвук иницира и подстиче хемијску реакцију полимеризације латекса. Под дејством сонохемијских сила, синтеза латекса одвија се брже и ефикасније. Чак и управљање хемијском реакцијом постаје лакше.

Како соникација побољшава синтезу латекса

Ултразвук је проверена и веома ефикасна метода за дисперговање и емулговање течности. Његов јединствени потенцијал лежи у способности стварања емулзија са капљицама не само микрометарских већ и нанометарских величина. При синтези латекса, реакција обично почиње емулзијом или дисперзијом мономера (нпр. стирена за полистирен) у води, при чему настаје систем уља у води (O/W). У зависности од захтева формулације, могу бити неопходне мале количине површински активних материја; међутим, интензивно смицање које ствара ултразвук велике снаге често даје расподелу тако ситних капљица да се количина површински активних материја може свести на минимум или њихова употреба може постати непотребна.

Принцип рада соникације

Када се ултразвук велике амплитуде уведе у течност, долази до акустичне кавитације. Током наизменичних циклуса високог и ниског притиска, микромехурићи настају, расту и на крају се нагло урушавају. Ове имплозије стварају локализоване вруће тачке са краткотрајним притисцима до приближно 1000 bar и генеришу ударне таласе и микромлазеве који достижу брзине до 400 km/h [Suslick, 1998]. Такви екстремни услови делују директно на дисперговане капљице и честице, подстичући ефикасно смањење величине и мешање.
Поред механичких ефеката, ултразвучна кавитација ствара и веома реактивне слободне радикале. Ови радикали иницирају ланчану полимеризацију мономера у воденој фази. Током формирања полимерних ланаца, њиховом нуклеацијом настају примарне честице, обично величине у опсегу од 10–20 nm. Ове примарне честице бубре упијањем мономера, док се растући полимерни радикали настали у воденој фази уграђују у постојеће честице. Након престанка нуклеације, број честица остаје константан, а даља полимеризација повећава само њихову величину. Раст се наставља све док се расположиви мономер потпуно не потроши, дајући коначне честице латекса чији је пречник обично између 50 и 500 nm.

Ултразвучно емулговање и полимеризација

Када се полистиренски латекс синтетише сонохемијским поступком, могу се постићи пречници честица од свега приближно 50 nm и молекулске масе веће од 10⁶ g/mol. Захваљујући веома ефикасном емулговању које омогућава ултразвук велике снаге, потребне су само минималне количине површински активних материја. Континуирана ултразвучна обрада мономерне фазе ствара велику густину радикала у близини капљица мономера, што подстиче формирање изузетно малих честица латекса током полимеризације. Поред механохемијских ефеката полимеризације, додатне предности ултразвучне синтезе обухватају ниже реакционе температуре, убрзану кинетику реакције и производњу висококвалитетног латекса са знатно већим молекулским масама. Ове предности подједнако важе и за процесе кополимеризације потпомогнуте ултразвуком [Zhang et al., 2009].
Даље побољшање функционалних својстава може се постићи синтезом нанолатекса са инкапсулираним ZnO. Такве хибридне честице показују изразито висока антикорозивна својства. Sonawane et al. (2010), на пример, синтетисали су композитне честице нанолатекса ZnO/поли(бутилметакрилат) и ZnO–PBMA/полианилин величине приближно 50 nm применом сонохемијске емулзионе полимеризације.
Hielscher соникатори велике снаге су робусни и ефикасни уређаји за извођење сонохемијских реакција. Широк асортиман ултразвучних процесора различитих снага и конфигурација обезбеђује оптимално прилагођавање специфичним захтевима процеса и запреминама при шаржној или проточној обради. Сви процеси могу се проценити у лабораторијским размерама, а затим линеарно и предвидљиво повећати до размера индустријске производње. Ултразвучни уређаји пројектовани за рад у континуираном протоку могу се беспрекорно интегрисати у постојеће производне линије.

Искористите предности соникације за ефикасну производњу латекса

Соnikaција пружа јединствено снажан и свестран приступ побољшању емулговања и синтезе латекса. Интензивне силе смицања и кавитациони ефекти које ствара ултразвук велике снаге дају изузетно фине и стабилне емулзије, често смањујући или елиминишући потребу за површински активним материјама. Истовремено, формирање радикала у ултразвучним условима иницира и убрзава полимеризацију, омогућавајући прецизну контролу нуклеације, раста и коначне морфологије честица. Ове комбиноване механохемијске и сонохемијске предности дају латексе са мањим честицама, већим молекулским масама и побољшаном уједначеношћу. Поред тога, ултразвучна обрада омогућава ниже реакционе температуре, краћа времена реакције и поуздано повећање размера од лабораторијске до индустријске производње. Свеукупно, соникација знатно побољшава и ефикасност процеса и квалитет производа, што је чини супериорном технологијом за савремену синтезу латекса.

Литература/Референце

• 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