Polimerizare în emulsie
Polimerizarea în emulsie este un tip de polimerizare cu lanț radical în care mediul de reacție este alcătuit inițial dintr-un monomer , un solvent (de obicei apă ) și un surfactant . Surfactantul are scopul de a stabiliza formarea de picături mici de monomer, care constituie faza dispersată a sistemului, în timp ce solventul apos constituie faza continuă. Monomerul nu este solubil în apă, dar inițiatorul este . De asemenea, pot exista agenți de emulsionare sau stabilizare , cum ar fi alcoolul polivinilic sau hidroxietilceluloza .
Rezultatele primei reacții de polimerizare în emulsie au fost publicate în 1927 de Ray P. Dinsmore. [1]
Mecanism
Primele studii care explică în detaliu mecanismul polimerizării emulsiei datează din 1940 , de Smith și Ewart, [2] și Harkins. [3]
Conform teoriei Smith-Ewart-Harkins, polimerizarea emulsiei are loc prin următorii pași:
- monomerul este dispersat sau emulsionat într-o soluție apoasă care conține surfactant, formând picături mari de monomer înconjurat de solvent (apă);
- surfactantul în exces formează micele în apă; în aceste micele capetele polare ale surfactantului sunt rotite spre exteriorul micelei, în timp ce cozile apolare sunt rotite spre interior; cantitatea de micele formate depinde de cantitatea de surfactant, care trebuie să fie mai mare decât „ concentrația micelară critică ” (CMC); dimensiunile sunt 100-200 Ǻ și concentrația de 1014 miceli / cm 3 ;
- cantități mici de monomer sunt solubilizate în apă;
- se introduce un inițiator (solubil în apă) care formează o specie radicală; când radicalul întâlnește monomerul solubil în apă, se formează o specie oligomerică (z-amer) care devine rapid incompatibilă cu mediul apos și se difuzează către fazele dispersate prezente în sistem (miceli sau picături de monomer); deoarece suprafața totală a numeroaselor micele (care acționează ca „reactoare”) este mai mare decât aria celor câteva picături mai mari de monomer („rezervoare” de reactivi), ametrul z se va difuza în principal în interiorul micelelor ;
- propagarea polimerizării în interiorul micelelor (cu alungirea lanțului polimeric); apoi micelele se umflă și picăturile din rezervor continuă prin difuzie pentru a alimenta micelele cu monomer; există formarea unui „latex” format din aceste picături umflate de monomer / polimer, care totuși tind să se prăbușească și, prin urmare, este necesară o agitație puternică;
- încetarea procesului de polimerizare în interiorul micelelor, după sosirea celui de-al doilea radical; la fiecare 10 secunde va exista terminarea (care durează la fel de multe 10 secunde); micelele sunt, prin urmare, active doar pentru jumătate din timp sau, invers, în același timp, jumătate din micele sunt active;
- când procentul de conversie depășește 70%, picăturile din rezervor nu mai sunt capabile să alimenteze micelele-reactoare cu monomer și, prin urmare, concentrația monomerului în „latex” scade, tindând să scadă viteza de polimerizare;
- un alt monomer sau inițiator poate fi introdus în sistem, pentru a continua procesul.
Produsul final al procesului, numit uneori incorect „emulsie”, este de fapt o dispersie .
Teoria Smith-Ewart-Harkins nu prevede cazul în care monomerul este parțial solubil în apă (ca în cazul metacrilatului de metil sau al acetatului de vinil), în acest caz se poate produce nucleație omogenă, adică polimerul se poate forma chiar și în absența agentului tensioactiv. [4]
Avantaje și dezavantaje
- Beneficii
- vâscozitate redusă;
- în polimerizarea în emulsie se obțin rate mari de polimerizare și se obțin molecule cu o greutate moleculară mare ;
- prezența apei ca solvent asigură o îndepărtare destul de eficientă a căldurii de reacție;
- întrucât polimerul este înconjurat de surfactant, vâscozitatea sistemului nu diferă prea mult de cea a apei și, în acest fel, nu se întâlnește efectul gelului ;
- dacă produsul final este emulsia însăși, nu sunt necesare alte operațiuni de separare;
- nu există formarea de compuși organici volatili .
- Dezavantaje
- surfactantul și ceilalți aditivi adăugați în timpul procesului de polimerizare nu se separă ușor de produsul final;
- dacă produsul final este polimerul solid , este necesar să se furnizeze o cantitate mare de căldură pentru a îndepărta apa din emulsie.
Polimeri pentru emulsie
Iată o listă de polimeri care pot fi obținuți prin procesul de polimerizare în emulsie: [5]
- acetat de polivinil (PVAc)
- policloropren
- poliacrilati
- clorură de polivinil (PVC) [6] [7]
- poliacrilamidă
- copolimeri de polistiren
- polibutadienă
- poliacrilonitril (PAN)
- politetrafluoretilenă (PTFE) [8]
- polistiren (PS).
Notă
- ^ https://www.google.com/patents?id=wWRbAAAAAEBAJ&printsec=abstract&zoom=4
- ^ Smith, WV; Ewart, RH J. Chem. Fizic. , (1948), 16 , 592.
- ^ Harkins, WD J. Am. Chem. Soc. , (1947), 69 , 1428.
- ^ Fitch, RM Polimer Colloids , Plenum, NY 1971.
- ^ Polimerizare în emulsie , pe gianniberti.it . Adus la 27 iulie 2009 (arhivat din original la 30 iunie 2007) .
- ^ Antonio Turco, Noua carte de bucate chimice , ediția a III-a, Hoepli, 1990, p. 329, ISBN 88-203-1837-7 .
- ^ Vittorio Villavecchia, G. Eigenmann, I. Ubaldini, Nou dicționar de mărfuri și chimie aplicată , Hoepli, 1976, pp. 2558-2561, ISBN 88-203-1045-7 .
- ^ fluoropolimeri
Bibliografie
- ( EN ) George G. Odian, Principiile polimerizării , ediția a IV-a, John Wiley și Sons, 2004, pp. 350-371, ISBN 0-471-27400-3 .
- ( EN ) Alex van Herk, Chimie și tehnologie de polimerizare în emulsie , Wiley-Blackwell, 2005, ISBN 1-4051-2113-0 .
- ( EN ) Robert G. Gilbert, Polimerizarea emulsiei: o abordare mecanicistă , Academic Press, 1995, ISBN 0-12-283060-1 .
- ( EN ) Irja Piirma, Polimerizare în emulsie , Academic Press, 1982.
- M.Guaita, F.Ciardelli, F.La Mantia, E.Pedemonte; Bazele științei polimerilor; Noua ediție a culturii; pagină 676-691; ISBN 88-89362-90-1
Elemente conexe
linkuri externe
- ( EN ) Polimerizarea emulsiei , pe Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
