انواع روش های پلیمریزاسیون امولسیونی

پلیمریزاسیون امولسیونی

انواع روش‌های پلیمریزاسیون امولسیونی

1-روش هسته-پوسته

در این روش، شرایطی فراهم می‌شود تا مونومرها به‌صورت پی‌درپی به‌رآکتور افزوده شوند و مورفولوژی (ریخت‌شناسی) ذرّات به‌منظور دستیابی به‌میزان بهینه‌ی نیاز مصرف‌کننده‌ی نهایی دستخوش تغییر می‌شوند. در اصل، این روش شامل تغییر ساختار فاز مونومری در روش ترتیبی در فرآیندهای پلیمریزاسیونی است. این موضوع، منجر به‌ایجاد یک تنوّع در ساختار پلیمری از هسته‌ی ذرّه تا پوسته‌ی آن می‌شود.

شکل (1): ساختار هسته-پوسته

ثبت‌اختراع‌ها بسیاری از کارکردهای این روش را گزارش داده‌اند. به‌عنوان یک نمونه (که تجاری‌سازی نیز شده است)، ساخت ذرّات لاتکس اکریلیکی دارای حباب به‌منظور استفاده به‌عنوان پیگمنت‌های پشت‌پوش در یک ثبت‌اختراع عنوان شده است. این ثبت‌اختراع ساخت یک پلیمر با استفاده از روش امولسیونی حاوی یک هسته با ساختار مونومری با میزان کربوکسیلات بالا را بیان می‌کند. پس از آن، این ذرّه با یک پوسته‌ی حاوی مونومرهای با میزان کربوکسیلات پایین پوشش داده می‌شود. سپس افزودن قلیا به‌منظور تورّم ذرّات سبب افزایش سرعت تورّم هسته و نفوذ قلیا به‌پوسته می‌شود. درهنگامی‌که این سامانه به‌منظور حذف آب خشک می‌شود، حباب‌ها ایجاد می‌شوند و این امر سبب فراهم‌کردن خواص پشت‌پوشی به‌علّت افزایش ضریب شکست خواهد شد.

مثال دیگر، کارکرد فرآیند هسته-پوسته را در کاهش میزان مصرف حلال انعقاد است که ممکن است برای ایجاد یک شبکه‌ی متقابل مورد نیاز باشد. یک هسته‌ی سخت با دمای گذار شیشه‌ای بالا توسّط یک پوسته‌ی نرم با دمای انتقال شیشه‌ای پایین و کمینه‌ی دمای تشکیل فیلم پایین، می‌تواند سبب کاهش کمینه‌ی دمای تشکیل فیلم به‌پایین‌تر از دمای پخت شود. در این حالت، ذرّات با سهولت بیش‌تری تلفیق می‌شوند.

مثال سوّم، کارکرد امولسیون‌های هسته-پوسته برای لاک مورد استفاده در جدار داخلی قوطی‌ها است. در این حالت، تغییر شکل ذرّات در خلال فرآیند اعمال با پاشش بدون هوا و تحت فشار به‌سادگی سامانه‌های متداول پایه‌آبی نیست. پوسته می‌تواند شامل یک کوپلیمر شبکه‌ای‌شده مانند نرمال‌متیلول اکریل‌آمید باشد تا قابلیّت خودشبکه‌ای‌شونده‌بودن را در هنگام قرارگرفتن در کوره دارا باشد.

2-لاتکس‌های عاری از امولسیفایر

پلیمرهای امولسیونی عموماً با استفاده از عامل‌های فعّال‌سطحی با میزان تعادل آبدوستی-آبگریزی مناسب به‌یک امولسیون پایدار منجر می‌شوند. همان‌طور که در متون قبلی نیز عنوان شد، یک عامل فعّال‌سطح می‌تواند هر نوع مولکول حاوی یک بخش آبگریز همراه با یک بخش آبدوست باشد.

محدوده‌ی وسیعی از «میکروامولسیون‌ها» به‌صورت تجاری دردسترس هستند. به‌عنوان نمونه، آن‌ها با استفاده از یک پلیمر اکریلیکی و یا استایرن-اکریلیکی قلیایی محلول به‌عنوان مادّه‌ی فعّال‌سطح ساخته می‌شوند. این روش، نیاز به‌عامل‌های فعّال‌سطح پایدارکننده‌ی متداول را حذف می‌کند. ساختار و وزن مولکولی جزء پایدارکننده، مؤلّفه‌های مهمی هستند که باید به‌دقّت انتخاب و پایش شوند.

3-سامانه‌های ترکیبی (هیبریدی)

سامانه‌های ترکیبی (هیبریدی) دسته‌ای از رزین‌ها بوده که به‌صورت ترکیب بیش از یک نوع پلیمر هستند. این روش مشابه با روش عاری از عامل فعّال‌سطح است که در آن، فازها شامل انواع گوناگون پلیمرها است. روش‌های تجاری که در این حوزه به‌صورت وسیع مورد استفاده قرار می‌گیرند، شامل فاز پراکنده (اکریلیکی یا استایرن-اکریلیکی) و فاز پیوسته (پلی‌استر یا پلی‌یورتان) هستند که هر کدام از آن‌ها به‌صورتی اصلاح شده‌اند که محلول در آب باشند.

به‌عنوان نمونه، می‌توان از یورتان-اکریلیک‌ها نام برد. رزین حاصل ترکیبی از مزایای فنّی پلیمر یورتانی (چسبندگی به‌سطوح با انرژی پایین، مقاومت در برابر ضربه و حلّال) و بهترین ویژگی‌های اکریلیکی‌ها (عموماً شفّافیّت، مقاوم در برابر پرتو فرابنفش و تا حدودی مقرون به‌صرفه) را خواهد داشت. یک ویژگی بارز این روش، قابلیّت ترکیب ویژگی‌های عملکردی به‌منظور دستیابی به‌مشخّصات فنّی برای کارکرد نهایی بدون نیاز به‌افزودنی‌های نهایی یا مونومرهای تخصّصی عامل‌دار گران است.

برخی محصول‌های تجاری که از این روش بدست آمده‌اند، یک درجه‌ی پیوند جانبی را در خلال فرآیند پلیمریزاسیون ارائه داده‌اند که منجر به‌اصلاح‌های بیش‌تر در خواص فیلم خواهد شد. استفاده از یک دیسپرسیون اپوکسی-اکریلیکی به‌منظور پایدارنمودن پلیمریزاسیون امولسیونی برای استفاده به‌عنوان لاک برای جدار داخلی قوطی‌ها توسّط ICA به‌صورت ثبت‌اختراع عنوان شد (به‌منظور دستیابی به‌جزئیّات بیش‌تر در ارتباط با ایجاد رزین پایه‌آب اکریلیکی با شاخه‌های جانبی اپوکسی به‌بخش 7 آن متن مراجعه شود). در اصل، مونومرهای اکریلیکی حاوی متاکریلیک‌اسید با استفاده از آغازگر پراکسایدی و در حضور یک رزین اپوکسی محلول در بوتانول یا بوتیل‌گلایکول کوپلیمر می‌شوند. پس از اتمام پلیمریزاسیون که شامل مقداری درجه‌ی پیوند عرضی اکریلیک بر رزین اپوکسی خواهد بود (برای جزئیّات بیش‌تر، کتاب‌های در زمینه‌ی رزین اپوکسی مطالعه شوند)، گروه‌های اسیدی با یک آمین نوع سوّم خنثی‌سازی می‌شوند و سپس این رزین، در آب دیسپرس می‌شود.

مترجم: مهندس مهدیار یافتیان

بخوانید: تعریفی بر اصلاح کننده های سیلیکون

مرجع

Barbour, M. (1996). Waterborne & Solvent Based Acrylics and Their End User Applications. Wiley, pp. 118-120.