Sonokemisk syntes av latex

Ultraljud inducerar och främjar den kemiska reaktionen för polymerisation av latex. Genom sonokemiska krafter sker latexsyntesen snabbare och effektivare. Även hanteringen av den kemiska reaktionen blir lättare.

Latexpartiklar används ofta som tillsats för olika material. Vanliga användningsområden är användning som tillsatser i färger och beläggningar, lim och cement.
För polymerisation av latex är emulgering och dispersion av den grundläggande reaktionslösningen en viktig faktor som påverkar polymerkvaliteten avsevärt. Ultraljud är välkänt som en effektiv och pålitlig metod för dispergering och emulgering. Den höga potentialen hos ultraljud är förmågan att skapa Dispersioner och Emulsioner Inte bara i mikron- utan även i nanostorlek. För syntes av latex, en emulsion eller dispersion av monomerer, t.ex. polystyren, i vatten (o/w = olja-i-vatten emulsion) är grunden för reaktionen. Beroende på emulsionstyp kan en liten mängd ytaktivt ämne krävas, men ofta ger ultraljudsenergin en så fin droppfördelning att det ytaktiva ämnet är överflödigt. Om ultraljud med höga amplituder införs i vätskor uppstår fenomenet så kallad kavitation. Vätskan spricker och vakuumbubblor genereras under de växlande högtrycks- och lågtryckscyklerna. När dessa små bubblor inte kan absorbera mer energi imploderar de under en högtryckscykel, så att tryck upp till 1000 bar och stötvågor samt vätskestrålar på upp till 400 km/h uppnås lokalt. [Suslick, 1998] Dessa mycket intensiva krafter, som orsakas av ultraljudskavitation, verkar på de inneslutande dropparna och partiklarna. De fria radikalerna som bildas under ultraljudet Kavitation initiera kedjereaktionspolymerisationen av monomererna i vattnet. Polymerkedjorna växer och bildar primära partiklar med en ungefärlig storlek på 10-20 nm. De primära partiklarna sväller med monomerer, och initieringen av polymerkedjor fortsätter i vattenfasen, växande polymerradikaler fångas av de befintliga partiklarna och polymerisationen fortsätter inuti partiklarna. Efter att de primära partiklarna har bildats ökar all ytterligare polymerisation storleken men inte antalet partiklar. Tillväxten fortsätter tills hela monomeren är förbrukad. De slutliga partikeldiametrarna är vanligtvis 50-500 nm.

Om polystyrenlatex syntetiseras via sonokemisk väg kan latexpartiklar med en liten storlek på 50 nm och en hög molekylvikt på mer än 106 g/mol uppnås. På grund av den effektiva ultraljudsemulgeringen kommer endast en liten mängd ytaktivt ämne att behövas. Den kontinuerliga ultraljudsbehandlingen som appliceras på monomerlösningen skapar tillräckliga radikaler runt monomerdropparna, vilket leder till de mycket små latexpartiklarna under polymerisationen. Förutom ultraljudspolymerisationseffekterna är ytterligare fördelar med denna metod den låga reaktionstemperaturen, den snabbare reaktionssekvensen och kvaliteten på latexpartiklarna på grund av partiklarnas höga molekylvikt. Fördelarna med ultraljudspolymerisation gäller även för ultraljudsassisterad sampolymerisation. [Zhang et al. 2009]
En potentiell effekt av latex uppnås genom syntes av ZnO-inkapslad nanolatex: Den ZnO-inkapslade nanolatexen visar hög korrosionsskyddande prestanda. I studien av Sonawane et al. (2010) har ZnO/poly(butylmetakrylat) och ZnO−PBMA/polyanilin nanolatexkompositpartiklar på 50 nm syntetiserats genom sonokemisk emulsionspolymerisation.
Hielscher Ultrasonics Ultraljudsenheter med hög effekt är tillförlitliga och effektiva verktyg för sonokemisk reaktion. Ett brett utbud av ultraljudsprocessorer med olika effektkapaciteter och inställningar ser till att ge den optimala konfigurationen för den specifika processen och volymen. Alla applikationer kan utvärderas i labbet och därefter skalas upp till produktionsstorleken, linjärt. Ultraljudsmaskiner för kontinuerlig bearbetning i genomströmningsläge kan enkelt eftermonteras i befintliga produktionslinjer.

Litteratur/Referenser

• Ooi, S. K.; Biggs, S. (2000): Ultraljud initiering av polystyrenlatexsyntes. Ultraljud Sonokemi 7, 2000. 125-133.
• Sonawane, S. H.; Teo, B. M.; Brotchie, A.; Grieser, F.; Ashokkumar, M. (2010): Sonokemisk syntes av ZnO-inkapslad funktionell nanolatex och dess korrosionsskyddande prestanda. Industriell & Teknisk Kemi Forskning 19, 2010. 2200-2205.
• Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4:e upplagan J. Wiley & Söner: New York, Vol. 26, 1998. 517-541.
• Teo, B. M..; Ashokkumar, M.; Grieser, F. (2011): Sonokemisk polymerisation av miniemulsioner i organiska vätskor/vattenblandningar. Fysikalisk kemi Kemisk fysik 13, 2011. 4095-4102.
• Teo, B. M..; Chen, F.; Hatton, T. A.; Grieser, F.; Ashokkumar, M.; (2009): Ny one-pot syntes av magnetitlatex nanopartiklar genom ultraljudsbestrålning.
• Zhang, K.; Park, B.J.; Fang, F.F.; Choi, H. J. (2009): Sonokemisk framställning av polymera nanokompositer. Molekyler 14, 2009. 2095-2110.