پليمرِِِیزاسیون امولسیونی
يك سيستم پليمريزاسيون امولسيوني شامل آب، شروع كننده (Initiator) به طور معمول قابل حل در آب، يك مونومر (غيرقابل حل در آب) و فعال كنندة سطحي است. دو نوع پليمريزاسيون امولسيوني با نام هاي پليمريزاسيون ميكروامولسيوني و پليمريزاسيون ميني امولسيوني وجود دارد.
در نوع ميكرو، شرايط به گونه اي انتخاب مي شود كه قطرات مونومر بسيار كوچك باشد (با شعاع بين 10 تا 30 نانومتر). ميكروامولسيون تشكيل شده در ابتداي فرآيند، به طور كامل از لحاظ ترموديناميكي پايدار است.
در پليمريزاسيون ميني امولسيوني شعاع قطرات بين 50 تا 1000 نانومتر است و امولسيون نيز از لحاظ ترموديناميكي ناپايدار، اما از لحاظ سينتيكي شبه پايدار است (با زمان ماندگاري به مدت چند ماه). اين امولسيون ها به وسيله هيدروفوب (ماده اي كه در فاز پيوسته غيرقابل حل است). در برابر فرآيند استوالد پايدار مي شوند.
پليمريزاسيون امولسيوني، با ساخت امولسيون از مونومرها در فاز پيوسته (آب) و پايدارسازي قطرات به كمك مواد فعال كنندة سطحي آغاز مي شود. در غلظت بيشتر از غلظت بحراني ميسل، مولكول هاي فعال كنندة سطحي ميسل ها را در آب تشكيل مي دهند. قسمت هاي آب گريز ميسل ها، در مركز توده و قسمت هاي آب دوست آنها به سمت بيرون قرار دارد. مركز ميسل، محل استقرار مونومرهاست. بنابراين، ميسل با جذب مونومر، متورم مي شود و تشكيل ذرات لاتكس پليمري را مي دهد. با وجود اين، اندازة ميسل آن چنان كوچك است كه با چشم ديده نمي شوند. پس از متورم شدن ميسل ها، كه به نظر
مي رسد مونومر قابليت انحلال پيدا كرده است. گرما سبب تجزية شروع كننده ها (تجزيه پراكسيد به راديكال هاي آزاد) شده و باعث شروع واكنش مس شود. در پليمريزاسيون امولسيوني، امولسيفاير به سه منظور استفاده مي شود :
1- پايدارسازي قطرات مونومر در شروع پليمريزاسيون
2- انجام فرآيند پليمريزاسيون با تشكيل ميسل ها
3- پايدارسازي ذرات لاتكس پليمري
مك كوي (MC Coy) نقش امولسيفايرها را در پليمريزاسيون امولسيوني، بررسي و تغييرات سرعت فعل و انفعال، اندازة هر ذره، ثبات و جرم مولكولي را به عنوان تابعي از نوع و غلظت امولسيفاير بررسي كرده است. پژوهش هاي ديگري در اين زمينه توسط گرت (Greth) و ويلسون (Wilson)، با استفاده از روش HLB انجام گرفته است. بررسي پليمريزاسيون استيرن و وينيل استات با استفاده از مخلوطي از امولسيفايرهاي آنيوني و غيريوني نشان داده است كه تغييرات تشديد در سرعت واكنش و اندازة ذرات و گرانروي در محدوده بخصوصي از مقدار HLB صورت مي گيرد.
براي مثال، بهترين نتايج براي پليمريزاسيون استيرن در HLB برابر 13 و براي وينيل استات در محدوده HLB بين 15 تا 17 به دست مي آيد. براي نمونه از امولسيفايرهاي آنيوني در اين زمينه مي توان سديم دودسيل سولفات و سديم دي اكتيل سولفوسوكسينات را نام برد. به دليل اينكه بيشتر فعل و انفعالات بالا در محيط قليايي صورت مي گيرد، از انواع صابون ها، بيشتر استفاده
مي شود. يكي از امولسيفايرهاي كاتيوني مورد استفاده در پليمريزاسيون امولسيون، دودسيل آمين هيدروكلرايد است. اگرچه اين روش خود داراي معايبي است، به هر حال، پيشرفت چشمگيري در فرآيندهاي پليمريزاسيون پايه امولسيوني بوجود آمده است. نونيل فنل اتوكسيلات ها، از امولسيفايرهايي قابل تجزيه در محيط زيست اند كه كاربرد فراواني در پليمريزاسيون امولسيوني دارند.
در فرآيند پليمريزاسيون بوتادين، تركيبي از صابون هاي اسيدهاي چرب به عنوان امولسيفاير استفاده مي شود. در پليمريزاسيون مونومرهاي وينيل، از امولسيفايرهاي آنيوني و غيريوني استفاده مي شود. در پليمريزاسيون استيرن نيز از آلكيل لاريل سولفونات، الكل سولفات و پلي گليكول اترها استفاده مي شود. از امتيازات مهم پليمريزاسيون امولسيوني مي توان به موارد زير اشاره كرد :
1- استفاده از رقيق كنندة ارزان مانند آب كه تبديل مونومر به يك پليمر با جرم مولكولي بسيار بالا، سريعا" انجام مي شود.
2- گرانروي كم سيستم
3- تبادل حرارتي يكنواخت و بسيار خوب
از معايب بارز اين روش مي توان آغشته بودن پليمر به مواد فعال كنندة سطحي را نام برد. زيرا پس از انجام پليمريزاسيون، امولسيفاير جذب پليمر مي شود.
يكي از كاربردهاي مهم پليمريزاسيون امولسيوني در تهية رنگ ها است. در اروپا بيشتر رنگ هاي امولسيوني بر پايه لاتكس هاي پلي وينيل استات تهيه مي شوند. اين لاتكس ها، از پليمريزاسيون امولسيوني وينيل استات حاصل مي شوند، به وسيلة تركيبي از فعال كننده هاي سطحي و كلوئيدهاي حفاظتي (Protection colloid) پايدار مي شوند. پلي وينيل استات (PVAc) ، مانند پلي متيل آكريلات، يك پليمر به نسبت نرم است و دماي شيشه اي آن بيشتر از دماي اتاق است. رنگ هاي خانگي بايد در دماي اتاق تشكيل فيلم دهند. بنابراين براي كاهش دماي شيشه اي پلي وينيل استات، به آن نرم كنندة لاك الكل (دي بوتيل فتالات، وينيل و رسانات يا وينيل آكريلات) ، افزوده مي شود.
چند پلیمر که در صنعت با روش پلیمریزاسیون امولسیونی تولید میشوند
پلیمریزاسیون یک روش پرکاربرد برای تولید پلیمرهای مصنوعی است. یکی از تکنیک های مورد استفاده در پلیمریزاسیون، پلیمریزاسیون امولسیونی است. این روش شامل پراکندگی مونومرها در یک محیط آبی همراه با استفاده از سورفکتانت ها و آغازگرها برای تسهیل فرآیند پلیمریزاسیون است.
پلیمریزاسیون امولسیونی نسبت به سایر تکنیک های پلیمریزاسیون مزایای متعددی دارد. این امکان را برای تولید پلیمرهایی با وزن مولکولی بالا و کنترل خوب بر ساختار پلیمر فراهم می کند. همچنین سنتز پلیمرهایی با خواص خاص مانند کشش بالا، پایداری حرارتی و مقاومت شیمیایی را امکان پذیر می کند.
طیف گسترده ای از پلیمرهای سنتزی وجود دارد که می توان با استفاده از پلیمریزاسیون امولسیونی تهیه کرد. برخی از پلیمرهای رایج تولید شده عبارتند از:
1. پلی وینیل استات (PVAc): PVAc یک پلیمر همه کاره است که در کاربردهای مختلفی مانند چسب، رنگ و پوشش استفاده می شود. خاصیت چسبندگی عالی دارد و با سطوح مختلف پیوندهای قوی ایجاد می کند.
2. پلی اکریلات ها: پلی آکریلات ها پلیمرهایی هستند که از اسید اکریلیک یا استرهای آن به دست می آیند. مقاومت در برابر آب، چسبندگی و انعطاف پذیری عالی دارند. پلی اکریلات ها در کاربردهای مختلفی از جمله چسب ها، پوشش ها، منسوجات و محصولات مراقبت شخصی استفاده می شوند.
3. لاستیک استایرن بوتادین (SBR): SBR یک لاستیک مصنوعی است که از کوپلیمریزاسیون مونومرهای استایرن و بوتادین تولید می شود. دارای مقاومت سایشی خوب، خاصیت ارتجاعی بالا و خواص پیری عالی است. SBR معمولا در تولید لاستیک، تسمه نقاله و کفش استفاده می شود.
4. پلی وینیل کلراید (PVC): PVC یک پلیمر پرکاربرد است که به دلیل دوام و تطبیق پذیری شناخته شده است. در کاربردهای مختلفی از جمله لوله، کابل، کفپوش و مواد بسته بندی استفاده می شود. PVC را می توان با استفاده از پلیمریزاسیون امولسیونی تولید کرد که امکان تولید درجات مختلف PVC با خواص متفاوت را فراهم می کند.
5. پلی اکریلونیتریل (PAN): PAN پلیمری است که به طور گسترده در تولید الیاف کربن استفاده می شود. دارای خواص مکانیکی عالی، مقاومت شیمیایی بالا و پایداری حرارتی خوب است. الیاف کربن مبتنی بر PAN در صنایع مختلف از جمله هوافضا، خودروسازی و کالاهای ورزشی استفاده می شود.
6. پلی اورتان (PU): PU یک پلیمر همه کاره است که در کاربردهای مختلفی مانند فوم، چسب، پوشش و الاستومر استفاده می شود. دارای خواص مکانیکی عالی، مقاومت شیمیایی بالا و پایداری حرارتی خوب است. PU را می توان با استفاده از پلیمریزاسیون امولسیونی تولید کرد که امکان تولید درجات مختلف PU با خواص متفاوت را فراهم می کند.
اینها تنها چند نمونه از پلیمرهای سنتزی است که می توان با استفاده از پلیمریزاسیون امولسیونی تهیه کرد. انتخاب پلیمر به خواص و کاربردهای مورد نظر بستگی دارد. پلیمریزاسیون امولسیونی روشی مقرون به صرفه و کارآمد برای تولید طیف وسیعی از پلیمرها با خواص مناسب ارائه می دهد.
