شرکت مهندسی آریانام

پلیمریزاسیون امولسیونی Emulsion polymerizationیکی از انواع فرایندپلیمریزاسیوناست که در آنمنومرها در محیط آبی، به مانند روغن در آب امولسیون می‌شوند. دیگر مواد موجود در محیط واکنش، ماده امولسیون‌کننده Emulsifiersو آغازگر واکنش رادیکالی Radical initiatorهستند.  و مکانیسم واکنش پلیمریزاسیون امولسیونی از نوعزنجیرهای رادیکالی Chain     reactionاست. 

در تعریف امولسیون این طور بیان شده است که یک سوسپانسیون کلوییدی پایدار، مانند شیر، مرکب از مایعی امتزاج‌ناپذیر که توسط ماده‌ای به نام امولسیفایر، در مایع دیگری پراکنده و نگه داشته شده است.

صابون، یا ماده‌ی فعال سطحی، دو سر با حلالیت‌های متفاوت دارد. یک انتهای آن که دم نامیده می‌شود، یک هیدروکربن طولانی است و در ترکیبات آلی غیر قطبی حل می‌شود و انتهای دیگر که سر نامیده می‌شود، اغلب نمکی از سدیم یا پتاسیم است که در آب محلول است. نمک محلول در آب می‌تواند نمک یک اسید‌کربوکسیلیک یا یک اسید‌سولفونیک باشد.

زمانی که یک دسته از مولکولهای صابون را با هم در نظر بگیرید، اتفاق جالبی می افتد. در یک غلظت معین در آب، مولکول های صابون اجتماع می کنند و مایسل ها را تشکیل می دهند. این غلظت را غلظت بحرانی مایسل، یا به اختصار CMC می نامند. نکته ی مهم این است که در مایسل ها دم ها به طرف داخل هستند. یک پلیمریزاسیون امولسیونی، صابون یا ماده ی فعال سطحی، به میزانی در آب ریخته و حل می شود که غلظت بحرانی مایسل به دست آید. داخل مایسل فضای لازم را برای پلیمریزاسیون فراهم می کند. یک مونومر و یک شروع کننده ی رادیکال آزاد محلول در آب به سیستم اضافه می گردد، و کل ظرف واکنش به هم زده می شود. پلیمریزاسیون های امولسیونی همیشه به صورترادیکال آزادانجام می شوند، زیرا انتهای زنجیر آنیونی یا کاتیونی، به سرعت به وسیله آب غیر فعال میگردند. محصول یک پلیمریزاسیون امولسیونی، لاتکس نامیده می‌شود.

هنگامی که همه‌ی مواد در ظرف ریخته شد، مونومر را می‌توان در سه محل مختلف یافت. نخست، مونومر می‌تواند در قطره‌های مونومری بزرگی باشد که در آب سرگردان اند. دوم، بخشی از مونومر می‌تواند در آب حل شود، که البته بسیار بعید است. (زیرا مونومرهای آلی از قبیل استایرن و متیل‌متاکریلات، آب گریز هستند.) و در نهایت، مونومر می‌تواند درون مایسل‌ها وجود داشته باشد، و این دقیقاً همان جایی است که تمایل داریم. اکنون نگاهی به تعریف ابتدای این صفحه بیاندازید. مایع امتزاج ناپذیر، مونومر آب گریز است، مایع اصلی آب، و امولسیفایر همان صابون است.

شروع و پلیمریزاسیون

مرحله‌ی شروع، زمانی رخ می‌دهد که بخشی از شروع‌کننده به درون مایسل مهاجرت کند و با یک مولکول مونومر واکنش دهد. معمولاً از شروع‌کننده‌های محلول در آب مانند پراکسیدها و پرسولفات‌ها استفاده می‌شود (این مواد از وقوع پلیمریزاسیون در قطره‌های مونومری بزرگ نیز جلوگیری می‌کنند). وقتی پلیمریزاسیون شروع می‌شود، مایسل به صورت یک ذره‌ی پلیمری درمی آید. ذرات پلیمری می‌توانند تا جرم مولکولی‌های بسیار بالا رشد کنند، به خصوص اگر غلظت شروع‌کننده کم باشد، که باعث کم شدن غلظت رادیکال و سرعت اختتام هم می‌شود. به همین دلیل، بعضاً از یک عامل انتقال زنجیر هم استفاده می‌شود تا وزن مولکولی، خیلی بالا نرود. 

رشد

مونومر از قطره‌های مونومری بزرگ به مایسل‌ها مهاجرت می‌کند تا پلیمریزاسیون ادامه یابد. به طور متوسط، به ازای هر مایسل یک رادیکال وجود دارد. از این رو، رقابت چندانی میان زنجیرهای در حال رشد در ذرات، برای مونومر وجود ندارد، بنابراین وزن مولکولی آنها نزدیک هم است و پراکندگی نزدیک به یک می‌باشد. عملاً در پلیمریزاسیون‌های امولسیونی، همه ی مونومرها مصرف می‌شوند، و در نتیجه لاتکس تولید شده، بدون خالص‌سازی قابل استفاده است. این مسئله برای رنگ‌ها و پوشش‌ها از اهمیت خاصی برخوردار است. فقط کافی است مقداری رنگ به لاتکس اضافه شود و درون قوطی ریخته شود تا برای مصرف آماده گردد.

جنبه‌ی قابل توجه پلیمریزاسیون امولسیونی در این است که می‌توان آنچه در هر مایسل می‌گذرد را به عنوان یک پلیمریزاسیون توده‌ای کوچک در نظر گرفت؛ ولی بر خلاف پلیمریزاسیون توده‌ای متداول، هیچ مونومر واکنش نداده‌ای باقی نمی‌ماند و هیچ «نقطه ی داغ» حرارتی به وجود نخواهد آمد. در پلیمریزاسیون توده‌ای (یعنی پلیمریزاسیون بدون حلال، و فقط با حضور مونومر و شروع‌کننده)، نقاط داغ حرارتی، باعث تخریب و رنگ‌رفتگی می‌شوند، و انتقال زنجیر هم توزیع جرم مولکولی را پهن می‌کند. افزایش دما گاهی باعث می‌شود، سرعت واکنش بسیار بالا رود. اما در پلیمریزاسیون امولسیونی، آب به عنوان یک حمام حرارتی برای تمام آن رآکتورهای کوچک عمل می‌کند و مانع از انفجار آنها می‌گردد.

واکنش پلیمریزاسیون امولسیونی در تولید انواع مختلفی از بسپارهای کلوئیدی و لاتکس کاربرد دارد. برای مثال پلیمرهای زیر بوسیله این واکنش تولید می‌شوند.همچنین برای استفاده از پلیمرها در کاربردهای زیستی معمولا از این روش بعلت محیط آبی کم ضرر استفاده میشود.

از پلیمریزاسیون امولسیونی در تولید پلیمرهای زیر استفاده میشود.

·         پلی بوتادین

·         کوپلیمر بوتا دی‌ان–استیرن

·         پلی وینیل استات

·         کوپلیمرهایوینیل استات

·         کوپلیمرهای استر آکریلات پلی وینیل کلرایدو کوپلیمرهایوینیل کلرید

·         کوپلیمرهای وینیلیدن کلرید

·         کوپلیمرهای اتیلن

·         پلی اتیلن

·         پلی ترفلورواتیلن

·         پلی آکریلامید و کوپلیمرهای آکریلامید.

·         پلی کلروپرن

·         پلی متاکریلاتها

·         پلی اکریلونیتریل

·         پلی وینیل کلراید

این پلیمرها کاربردهای زیادی از قبیل تولیدلاستیک، پوشش کف، رنگ، چسب،الیاف مصنوعی، فوم پلیمری خیلی محکم،مواد افزودنی برای ساخت مصالح ساختمانی مثل سیمان و بتن، فلوکولنت و مواد لازم برای آزمایش‌های پزشکی دارند.

طبق نتایج آزمونهای  صورت پذیرفته بر روی کالاهای ارسالی به آزمایشگاه آریانام این موضوع قابل مشاهده می باشد که محصولات تولید شده با فرایند پلیمریزاسیون امولسیونی دارای Tg و ویسکوزیته پایین تر بوده و وزن مولکولی شارپ از این مواد دیده می شود که یکنواختی خواص محصول را باعث می شوند.

گردآورنده: سهیل زنوزی