การสังเคราะห์ Sonochemical ของน้ํายาง

อัลตราซาวนด์เหนี่ยวนําและส่งเสริมปฏิกิริยาเคมีสําหรับพอลิเมอไรเซชันของน้ํายาง ด้วยแรงโซโนเคมีการสังเคราะห์น้ํายางจะเกิดขึ้นได้เร็วขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น แม้แต่การจัดการปฏิกิริยาเคมีก็ง่ายขึ้น

วิธีการที่การโซนิเคชันช่วยปรับปรุงการสังเคราะห์น้ำยาง

อัลตราซาวด์เป็นวิธีการที่ได้รับการยอมรับและมีประสิทธิภาพสูงในการกระจายและทำอิมัลชันของของเหลว ศักยภาพที่เป็นเอกลักษณ์ของมันอยู่ที่ความสามารถในการสร้างอิมัลชันไม่เพียงแต่ในช่วงไมโครเมตรเท่านั้น แต่ยังรวมถึงขนาดหยดในระดับนาโนเมตรอีกด้วยในการสังเคราะห์ยางลาเท็กซ์ ปฏิกิริยามักเริ่มต้นด้วยการทำอิมัลชันหรือการกระจายตัวของโมโนเมอร์ (เช่น สไตรีนสำหรับโพลีสไตรีน) ในน้ำ ซึ่งก่อให้เกิดระบบน้ำมันในน้ำ (O/W) ขึ้น ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของสูตร อาจจำเป็นต้องใช้สารลดแรงตึงผิวในปริมาณเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม การเกิดแรงเฉือนอย่างรุนแรงจากคลื่นอัลตราโซนิกกำลังสูง มักทำให้เกิดการกระจายตัวของหยดน้ำมันเป็นขนาดเล็กละเอียดมากจนสามารถลดปริมาณสารลดแรงตึงผิวหรืออาจไม่จำเป็นต้องใช้เลย

หลักการทํางานของ Sonication

เมื่อคลื่นเสียงความถี่สูงถูกนำเข้าสู่ของเหลว จะเกิดปรากฏการณ์อะคูสติกคาวิเตชั่นในระหว่างวงจรความดันสูงและต่ำที่สลับกัน ไมโครบับเบิลจะก่อตัว เติบโต และยุบตัวอย่างรุนแรงในที่สุด การยุบตัวเหล่านี้สร้างจุดร้อนเฉพาะที่ซึ่งมีความดันชั่วคราวสูงถึงประมาณ 1000 บาร์ และก่อให้เกิดคลื่นกระแทกและไมโครเจ็ตที่มีความเร็วสูงถึง 400 กิโลเมตรต่อชั่วโมง [Suslick, 1998] สภาวะสุดขั้วเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อหยดและอนุภาคที่กระจายตัว ส่งเสริมการลดขนาดและการผสมอย่างมีประสิทธิภาพ
นอกเหนือจากผลกระทบทางกลศาสตร์แล้ว การเกิดโพรงอากาศด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงยังก่อให้เกิดอนุมูลอิสระที่มีความไวต่อปฏิกิริยาสูงอีกด้วย อนุมูลอิสระเหล่านี้จะเริ่มต้นปฏิกิริยาลูกโซ่ของการเกิดพอลิเมอร์จากโมโนเมอร์ในเฟสของเหลว เมื่อสายพอลิเมอร์ก่อตัวขึ้น พวกมันจะสร้างจุดเริ่มต้นของอนุภาคหลักซึ่งโดยทั่วไปมีขนาดอยู่ในช่วง 10–20 นาโนเมตร อนุภาคหลักเหล่านี้จะพองตัวด้วยโมโนเมอร์ ในขณะที่อนุมูลอิสระของพอลิเมอร์ที่กำลังเติบโตซึ่งเกิดขึ้นในเฟสของเหลวจะถูกผนวกเข้าไปในอนุภาคที่มีอยู่แล้วเมื่อการเกิดนิวเคลียสหยุดลง จำนวนอนุภาคจะคงที่ และการเกิดพอลิเมอร์ไรเซชันเพิ่มเติมจะเพิ่มขนาดของอนุภาคเท่านั้น การเติบโตจะดำเนินต่อไปจนกว่าโมโนเมอร์ที่มีอยู่จะถูกใช้จนหมด ซึ่งจะได้อนุภาคของน้ำยางที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 50 ถึง 500 นาโนเมตร

การอิมัลซิฟิเคชันและการพอลิเมอไรเซชันด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง

เมื่อทำการสังเคราะห์ลาเท็กซ์โพลีสไตรีนผ่านเส้นทางโซโนเคมี สามารถได้อนุภาคที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กถึงประมาณ 50 นาโนเมตร และน้ำหนักโมเลกุลเกิน 10⁶ กรัมต่อโมล เนื่องจากมีการเกิดอิมัลซิฟิเคชั่นที่มีประสิทธิภาพสูงจากอัลตราซาวนด์กำลังสูง จึงต้องการสารลดแรงตึงผิวในระดับที่น้อยมากการใช้อัลตราโซนิกอย่างต่อเนื่องในเฟสของโมโนเมอร์ทำให้เกิดความหนาแน่นสูงของอนุมูลอิสระในบริเวณใกล้กับหยดโมโนเมอร์ ซึ่งส่งเสริมการเกิดอนุภาคลาเท็กซ์ขนาดเล็กอย่างยิ่งในระหว่างการเกิดพอลิเมอร์นอกเหนือจากผลกระทบของการเกิดพอลิเมอไรเซชันเชิงกลเคมีแล้ว ข้อดีเพิ่มเติมของการสังเคราะห์ด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงยังรวมถึงอุณหภูมิปฏิกิริยาที่ต่ำกว่า การเร่งปฏิกิริยาเคมี และผลผลิตของน้ำยางที่มีคุณภาพสูงซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุลที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ประโยชน์เหล่านี้ยังขยายไปถึงกระบวนการโคพอลิเมอไรเซชันที่ช่วยด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงเช่นกัน [Zhang et al., 2009]
การปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานให้ดียิ่งขึ้นสามารถทำได้ผ่านการสังเคราะห์นาโนลาเท็กซ์ที่ห่อหุ้มด้วย ZnO อนุภาคไฮบริดดังกล่าวแสดงคุณสมบัติต้านการกัดกร่อนที่สูงอย่างเห็นได้ชัด ตัวอย่างเช่น Sonawane และคณะ (2010) ได้สังเคราะห์อนุภาคคอมโพสิตนาโนลาเท็กซ์ ZnO/poly(butyl methacrylate) และ ZnO–PBMA/polyaniline ที่มีขนาดประมาณ 50 นาโนเมตร โดยใช้การเกิดอิมัลชันแบบโซโนเคมิคอล
เครื่องโซนิเคเตอร์กำลังสูงของ Hielscher เป็นเครื่องมือที่ทนทานและมีประสิทธิภาพสำหรับการทำปฏิกิริยาโซโนเคมี พอร์ตโฟลิโอที่หลากหลายของเครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกที่มีกำลังและความสามารถในการกำหนดค่าที่แตกต่างกันช่วยให้มั่นใจได้ถึงการปรับให้เหมาะสมกับข้อกำหนดเฉพาะของกระบวนการและปริมาณการผลิตแบบแบทช์หรือแบบไหลผ่าน กระบวนการทั้งหมดสามารถประเมินได้ในระดับห้องปฏิบัติการและขยายขนาดขึ้นสู่การผลิตในระดับอุตสาหกรรมได้อย่างเป็นเชิงเส้นและคาดการณ์ได้ เครื่องอัลตราโซนิกที่ออกแบบมาสำหรับการทำงานแบบไหลต่อเนื่องสามารถผสานเข้ากับสายการผลิตที่มีอยู่ได้อย่างไร้รอยต่อ

ใช้ประโยชน์จากการโซนิคสำหรับการผลิตลาเท็กซ์อย่างมีประสิทธิภาพ

การโซนิเคชันเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพและหลากหลายในการเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายตัวและการสังเคราะห์ของน้ำยางพารา แรงเฉือนที่รุนแรงและผลกระทบจากการเกิดโพรงอากาศที่เกิดจากคลื่นเสียงความถี่สูงทำให้เกิดอิมัลชันที่มีความละเอียดและเสถียรเป็นพิเศษ ซึ่งมักลดหรือขจัดความจำเป็นในการใช้สารลดแรงตึงผิว ในขณะเดียวกัน การเกิดอนุมูลอิสระภายใต้สภาวะอัลตราโซนิกจะเริ่มและเร่งปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน ทำให้สามารถควบคุมการเกิดนิวเคลียส การเจริญเติบโต และรูปร่างสุดท้ายของอนุภาคได้อย่างแม่นยำประโยชน์ที่ผสมผสานระหว่างกลไกเคมีและโซโนเคมีนี้ ส่งผลให้ได้น้ำยางที่มีขนาดอนุภาคเล็กลง น้ำหนักโมเลกุลสูงขึ้น และความสม่ำเสมอที่ดีขึ้น นอกจากนี้ การประมวลผลด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงยังช่วยให้อุณหภูมิในการทำปฏิกิริยาต่ำลง เวลาในการทำปฏิกิริยาสั้นลง และสามารถปรับขนาดการผลิตจากห้องปฏิบัติการสู่การผลิตในระดับอุตสาหกรรมได้อย่างน่าเชื่อถือ โดยรวมแล้ว การสั่นสะเทือนด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของกระบวนการและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ได้อย่างมีนัยสำคัญ ทำให้เป็นเทคโนโลยีที่เหนือกว่าสำหรับการสังเคราะห์น้ำยางสมัยใหม่

วรรณกรรม/อ้างอิง