پلیمریزاسیون میکروامولسیونی مونومرهای اکریلیکی در حضور رزین پلی استری
پلیمریزاسیون های امولسیونی و مینی‌امولسیونی شباهت‌های بسیاری دارند. اما تفاوت‌های آن‌ها در هسته‌گذاری ذره‌ها و پدیده‌های انتقال واکنش‌دهنده‌ها به‌صورت آشکار مشخص است. پلیمرسیزاسیون امولسیونی مرسوم (که پلیمریزاسیون ماکروامولسیونی نیز نامیده می‌شود)، در ابتدا شامل یک امولسیون مونومری با قطره‌های مونومری بزرگ (درحدود 5 تا 10 میکرون) و به‌طور قابل‌توجهی عوامل فعال‌سطح آزاد یا مایسلی است. فرآیند هسته‌گذاری ذره‌ها در ابتدا و در بخش همگن پلیمریزاسیون (فاز آبی) و نیز در ادامه با رسوب و یا ورود رادیکال آزاد در مایسل‌های متورم‌شده با مونومر انجام می‌گیرد. رادیکال‌ها می‌توانند به‌قطره‌های مونومری وارد شوند. اما این فرآیند به‌دلیل مساحت جانبی نسبتاً ذره‌ها عموماً نادیده گرفته می‌شود. درهنگامی‌که مساحت جانبی ذره‌ها به‌طور قابل‌توجهی آن‌قدر بزرگ شود که تمامی عوامل فعال‌سطح را از مایسل‌ها جذب کند، سرعت فرآیند هسته‌گذاری کاهش می‌یابد و یا متوقف می‌شود. پس از آن، ذره‌های هسته‌گذاری‌شده مکان اصلی انجام پلیمریزاسیون خواهد بود. مونومرها باید از قطره‌های مونومری و با استفاده از سازوکار نفوذ به‌سمت محل‌هایی که واکنش در آن رخ می‌دهد، حرکت کنند.
در مقابل آن، پلیمریزاسیون میلی‌امولسیونی با قطره‌های مونومری زیرمیکرونی (درحدود 150 تا 300 نانومتر) آغاز می‌شود. از یک تغییر شکل سیال با شدت بالا (سرعت همزن) و از یک جزء آبگریز (یا عامل فعال‌سطح کمکی) به‌منظور تولید و پایداری این قطره‌های کوچک بکارگرفته می‌شود. تا هنگامی که مقدار اضافی عوامل فعال‌سطح بر روی سطح مشترک بزرگ قطره‌ها و آب جذب نشوند، مایسلی وجود نخواهد داشت. هسته‌گذاری ذره‌ها در درجه‌ی اول از طریق نفوذ قطره‌ها است و مونومرها یا مونومرهای کمکی در محل‌های پلیمریزاسیون قرار می‌گیرند. انتقال جرم تنها برای رادیکال‌ها رخ خواهد داد.
در صورتی که اتصال هر نوع رزینی (مانند رزین پلی‌استر) به‌پلیمر اکریلیکی مورد نظر باشد، رزین مربوطه نیز باید وارد واکنش شود. از آن‌جایی‌که اکثر رزین‌های مورد دلخواه برای این موضوع کاملاً پایه‌آبی هستند، از این‌رو پلیمریزاسیون ماکروامولسیونی اثربخشی مناسبی را ارائه نمی‌دهند که این موضوع، به‌دلیل محدودیت انتقال رزین مربوطه از قطره‌ها به‌ذره‌های پلیمری خواهد بود. در مقابل، پلیمریزاسیون مینی‌امولسیونی نیازمند انتقال ماده نیست و بنابراین، می‌توان به‌بازده‌های بالا در این موضوع دست یافت. درهنگامی‌که در فرآیند پلیمریزاسیون امکان این اتصال ماده از طریق پلیمرهای تراکمی (کندانساسیونی، مانند پلی‌استر) به‌ماتریس‌های اکریلیکی یا دیگر پلیمرهای تشکیل‌شده با سازوکار رادیکال آزاد وجود داشته باشد، امکان دستیابی به‌خواص متعددی از محصول‌های پوششی میسر خواهد بود. چنین محصول‌هایی می‌توانند به‌عنوان برخی از اولین پوشش‌های هیبریدی اکریلیک-پلی‌استر در قالب‌های پایه‌آب و بدون حلال و در واقع بدون ترکیب درنظر گرفته شوند.
در پژوهش‌هایی که اخیراً انجام گرفته است، شارما (Sharma) ترکیب‌هایی از یک رزین اکریلیکی و یک پلیمر پلی‌استری را به‌منظور دستیابی به‌مزایای هرکدام از آن‌ها پیشنهاد داده بود. این ترکیب‌ها به‌نسبت‌های 10 به 90 تا 35 به 65 تهیه شده بودند. با دستیابی به‌محتوای جامد 30 درصدی، گرانروی در محدوده‌ی 40 تا 200 بود و نتیجه نشان داد که ترکیب پلیمرها ویژگی‌های برتری را در مقایسه با هر کدام از آن‌ها به‌تنهایی ارائه می‌کنند. همچنین او پیشنهاد کرد که یک ترکیب سامانه‌ی اکریلیکی و یک سامانه‌ی پلی‌استری نمی‌تواند بدون اختلاط آن‌ها صورت بگیرد. مزیت دیگر ترکیب پیشنهادشده توسط شارما، این بود که پلی‌استر متصل‌شده به‌هر ذره‌ی لاتکس اکریلیکی توسط پلیمریزاسیون مینی‌امولسیونی مهیا شده بود. این نتایج مربوط به‌اتصال سامانه‌ی اکریلیکی و پلی‌استری به‌صورت در مکان (in-situ) بود.
در تحقیقی که ساوالان (Tsavalan) و همکارانش در سال 1999 انجام دادند، نشان دادند که پوشش لاتکسی آب‌پایه‌ی پایدار ساخته‌شده می‌تواند توانایی پخت در فرآیند تشکیل فیلم (با استفاده از سازوکار شبکه‌ای‌شدن) را در حضور یک جزء رزینی غیراشباع داشته باشد. آن‌ها اندازه‌ی قطره‌های مونومری و ذره‌های لاتکسی را همراه با پایداری امولسیون، سینتیک، ریخت‌شناسی (مورفولوژی) ذره، تشکیل فیلم و خواص فیلم اندازه‌گیری کردند. مینی‌امولسیون‌های هیبریدی با استفاده از مونومرهای اکریلیکی و یک رزین پلی‌استر غیراشباع تهیه شده بود. طبیعت آبگریز رزین، پلیمریزاسیون امولسیونی متداول را به‌دلیل محدودیت‌های انتقال جرم در فاز آبی به‌محل‌های هسته‌ی مایسلی غیرممکن می‌کرد. امکان همزیسیتی این دو سامانه (اکریلیک و پلی‌استر) در محیط واکنشی یکسان، سبب می‌شود که پلیمریزاسیون مینی‌امولسیونی انجام گیرد و مونومرهای اکریلیکی درحالی‌که به‌رزین غیراشباع پلی‌استری اتصال پیدا می‌کنند، فرآیند کوپلیمریزاسیون را انجام می‌دهند. هسته‌گذاری قطره‌ای در مقایسه با هسته‌گذاری مایسلی و همگن، قادر است تا اجزای به‌شدت آبگریز را در محصول لاتکسی وارد کند؛ به‌گونه‌ای که تمامی واکنش‌دهنده‌ها در کل محل‌های انتقالی و پلیمریزاسیون مصرف می‌شوند.
مترجم: مهدیار یافتیان
بخوانید: رزین های پایه آب هیبریدی اکریلیکی-الکیدی
مرجع
Tsavalas, J. G., Gooch, J. W., & Schork, F. J. (2000). Water‐based crosslinkable coatings via miniemulsion polymerization of acrylic monomers in the presence of unsaturated polyester resin. Journal of applied polymer science, 75(7), 916-927.
