خلاصه‌ای بر پلیمریزاسیون امولسیونی
در پلیمریزاسیون امولسیونی (که یک فرآیند پلیمریزاسیون رادیکال آزاد ناهمگن محسوب می‌شود)، مونومر نسبتاً آب‌گریز در آب با استفاده از یک امولسیفایر روغن در آب امولسیون می‌شود و در ادامه، واکنش شروع در حضور آغازگر محلول در آب (مانند سدیم پرسولفات (NaPS)) و یا یک آغازگر محلول در روغن (مانند 2وʹ2-آزوبیس ایزوبوتیرونیتریل (AIBN)) رخ می‌دهد. این فرآیند پلیمریزاسیون، نخستین بار در اوایل سال 1930 میلادی تجاری شد و از آن زمان به‌بعد بطور گسترده برای تولید محصول‌های لاتکسی دوستدار محیط زیست با تنوعی از خواص کلوئیدی و فیزیکی-شیمیایی استفاده شده است. در صورت نیاز، می‌توان این دیسپرسیون‌های پلیمری آب‌پایه را به‌راحتی به‌رزین‌های توده‌ای تبدیل کرد. برخی از مونومرهای نمونه‌ی مورد استفاده برای ساخت پلیمرهای امولسیونی عبارتند از اتیلن، بوتادی‌اِن، استایرن، اکریلونیتریل، مونومرهای اکریلات‌استر و متاکریلات‌استر، وینیل‌استات و وینیل‌کلراید. از آن‌جایی‌که سازگاری میان پلیمر تولیدشده و آب بسیار کم است، بنابراین یک ناحیه‌ی بین‌سطحی بسیار وسیع بین روغن و آب با تشکیل مراکز هسته‌گذاری و رشد اندازه‌ی آن‌ها با پیشرفت پلیمریزاسیون به‌وجود می‌آید. به‌همین دلیل، از پایدارکننده‌های مؤثر مانند عوامل فعال‌سطح یونی و غیریونی و یا کلوئیدهای نگهدارنده (مانند هیدروکسی‌اتیل سلولز، پلی‌وینیل الکل، پلی‌وینیل پیرولیدن و دکسترین) که می‌توانند بطور فیزیکی جذب شده و یا به‌طور شیمیایی بر روی سطح ذرات متصل شوند، به‌منظور جلوگیری از تجمع ذرات لاتکس (که در تماس با یکدیگر هستند) استفاده می‌شود. یک پایداری کلوئیدی قابل‌قبول می‌تواند از طریق سازوکار پایدارسازی الکترواستاتیک، سازوکار پایدارسازی ممانعت فضایی و یا ترکیبی از هر دو روش بدست آید.
محصول‌های لاتکسی شامل تعداد زیادی از ذرات پلیمری (با قطر 10 تا 1000 نانومتر) است که در فاز آبی پیوسته پخش شده‌اند. با وجود آن‌که معمولاً ویژگی‌های عملکردی اغلب پلیمرهای آب‌پایه نسبت به‌نمونه‌های مشابه حلال‌پایه ضعیف‌تر است، اما تقاضا برای محصول‌های دوستدار محیط زیست در سال‌های اخیر افزایش یافته است. افزایش پیوسته‌ی الزام‌ها برای حفاظت از محیط زیست و افزایش قیمت روغن خام، از عوامل اولیه برای این روند روبه‌رشد محسوب می‌شوند. فناوری‌های اصلی رقیب در بازار شامل پلیمرهای حلال‌پایه‌ی پُرجامد، پوشش‌های تابش‌پز فرابنفش و پوشش‌های پودری است.
آگاهی از سازوکارها و سینتیک پلیمریزاسیون امولسیونی برای ارتقای کیفیت محصول‌هایی که نیاز مشتری را تأمین می‌کنند، امری ضروری است. متأسفانه سامانه‌ی پلیمریزاسیون ناهمگن یک فرآیند بسیار پیچیده است. زیرا هسته‌گذاری، رشد و پایدارسازی ذرات پلیمری از طریق سازوکارهای مربوط به‌پلیمریزاسیون رادیکال آزاد (که پیش‌تر بیان شد) در کنار سایر پدیده‌های کلوئیدی کنترل می‌شود. بدون شک مهم‌ترین ویژگی پلیمریزاسیون امولسیونی، پراکندگی رادیکال‌های آزاد در طی واکنش در میان ذرات پلیمری مجزا است که در حضور مونومر متورم شده‌اند. این شرایط منحصربفرد، احتمال انجام واکنش‌های اختتام دومولکولی رادیکال‌های آزاد را به‌شدت کاهش می‌دهد و از این‌رو، سبب افزایش سرعت پلیمریزاسیون می‌شود. همچنین تشکیل پلیمر با وزن مولکولی بالاتر در غیاب واکنش‌های اصلی انتقال زنجیر مقدور خواهد بود. در پلیمریزاسیون توده‌ای یا حلالی، این ویژگی‌های مناسب برای پلیمریزاسیون امولسیونی را نمی‌توان همزمان بدست آورد. با وجود آن‌که زمان لازم برای هسته‌گذاری ذرات نسبتاً کوتاه است، اما تشکیل مراکز هسته‌گذاری در مرحله‌ی اولیه‌ی پلیمریزاسیون نقش مهمی را در تعیین اندازه‌ی ذرات لاتکس نهایی و نیز توزیع اندازه‌ی ذرات بازی می‌کند. این موضوع بر روی کنترل کیفیت و خواص کاربردی محصول‌های بدست‌آمده از لاتکس (مانند پایداری کلوئیدی، رئولوژی و تشکیل فیلم) نیز مؤثر خواهد بود. این موضوع که چگونه می‌توان فرآیند هسته‌گذاری ذرات را به‌خوبی کنترل کرد، موضوع بحث‌برانگیزی است که نظر محققان فعال در این حوزه‌ی پژوهشی را به‌خود معطوف ساخته است. علاوه‌بر مرحله‌ی هسته‌گذاری ذرات، انتقال مولکول‌های مونومر، رادیکال‌های آزاد و مولکول‌های پایدارکننده به‌ذرات درحال رشد و نیز تفکیک این واکنشگرها در میان فاز آبی پیوسته، قطره‌های مونومری امولسیفای‌شده (مخزن مونومر)، ذرات پلیمر متورم‌شده با مونومر (مکان واکنشی اولیه) و فصل مشترک روغن/آب به‌عنوان عوامل اصلی تعیین‌کننده‌ی مرحله‌ی رشد ذرات به‌شمار می‌روند. خواص کلوئیدی محصول‌های لاتکسی از هر دو منظر علمی و صنعتی حائز اهمیت است. برخی از ویژگی‌های تعیین‌کننده عبارتند از اندازه‌ی ذرات و توزیع آن، چگالی بار سطحی ذرات (زتا پتانسیل)، مساحت پوشیده‌شده به‌واسطه‌ی جذب یک مولکول پایدارکننده بر روی سطح ذره، شکل فضایی پلیمر آبدوستی که بطور فیزیکی جذب شده و یا بطور شیمیایی بر روی سطح ذره متصل شده است، نوع و غلظت گروه‌های عاملی روی سطح ذرات، ریزساختار (مورفولوژی) ذرات، خواص نوری و رئولوژیکی و نیز پایداری کلوئیدی.
مترجم: مهدیار یافتیان
بخوانید: رزین های آب پایه ی اکریلیکی تک جزئی و دو جزئی
مرجع:
Chern, C. S. (2008). Principles and applications of emulsion polymerization. John Wiley & Sons, pp. 5-6.
