Was ist Emulsionspolymerisation?
Die Emulsionspolymerisation ist ein Verfahren zur Erzeugung von Polymeren oder verknüpften Gruppen kleinerer chemischer Ketten, die als Monomere bezeichnet werden, in einer Wasserlösung. Das Verfahren wird üblicherweise zur Herstellung von Farben, Klebstoffen und Beschichtungen auf Wasserbasis verwendet, bei denen das Wasser im Polymer verbleibt und als flüssiges Produkt verkauft wird. Eine Emulsion ist eine stabile Mischung aus sehr kleinen Tröpfchen des Monomers oder Polymers, die in der Wasserphase suspendiert sind. Ein Beispiel für eine stabile Emulsion ist eine flüssige Handlotion, die mehrere verschiedene Chemikalien enthält, die in Wasser gemischt sind, jedoch nicht damit reagieren.
Viele Kunststoffe und einige Kautschukmischungen sind polymerisierte Moleküle. Kleine Monomerketten werden mit verschiedenen Chemikalien gemischt, die die Reaktion starten, die Größe der gebildeten Polymerketten steuern und die Mischung stabil halten. Chemikalien, die die Reaktion steuern oder starten, sind Initiatoren, diejenigen, die die Polymerketten steuern, sind Modifikatoren, und Emulgatoren halten die Mischung als stabile Emulsion.
Eine Emulsionspolymerisationsreaktion findet in Wasser statt, und das Monomer kann eine geringe oder keine Löslichkeit in Wasser aufweisen, was bedeutet, dass es getrennt bleibt und sich nicht löst. Wenn die Chemikalien gut miteinander vermischt sind, verteilen sich die kleinen Monomertröpfchen gleichmäßig in der Wasserphase und verbleiben aufgrund der Wirkung des Emulgators auf diese Weise. Es bilden sich sehr kleine Monomertröpfchen, sogenannte Mizellen, die von den Initiator- und Modifikatormolekülen umgeben sind. Jede Monomerkette beginnt sich mit anderen innerhalb der Mizelle zu verbinden, bis das Monomer verschwunden ist.
Die Polymerkettenlänge beeinflusst sowohl die Eigenschaften der Wasserlösung als auch den daraus entstehenden Trockenfilm. Die Hersteller kontrollieren diese Eigenschaften durch Variation der Mengen an Initiator und Modifikatoren sowie der Temperaturen während der Reaktion. Ziel einer Emulsionspolymerisation ist es, einen Lack oder Klebstoff zu erzeugen, der seine Eigenschaften über die Zeit beibehält und einfach zu handhaben ist. Durch Überreaktion können sehr dicke, viskose Emulsionen entstehen, die zwar industriell eingesetzt werden können, von den Verbrauchern jedoch nicht begrüßt werden.
Die meisten Endprodukte werden als Lösungen auf Wasserbasis verkauft. Die Sorge um die Umwelt- und Gesundheitsrisiken von Lösungsmitteln führte im 21. Jahrhundert zu einem Wachstum von Produkten aus der Emulsionspolymerisation. Einmal als Beschichtung aufgetragen, trocknet und härtet das Polymer aus und das Wasser verdunstet als umweltfreundlicher Dampf. Das umgesetzte Polymer kann auch sprühgetrocknet oder in einigen Fällen aus dem Wasser herausgefiltert werden, dies ist jedoch weniger verbreitet. Andere Arten chemischer Reaktionen können trockenes Produkt leichter erzeugen als aus einer Wasseremulsion.
Synthetische oder künstliche Kautschukchemikalien können auch in Emulsionspolymerisationssystemen hergestellt werden. Styrol-Butadien und Nitrilkautschuk sind zwei gebräuchliche Synthesekautschuke, die in der Emulsionschemie hergestellt werden. Die Verarbeitung dieser Produkte zu einem trockenen Feststoff erfordert zusätzliche Wasch- und Trocknungsschritte, um die Initiatoren oder andere Chemikalien zu entfernen. Diese Materialien können den Gummi eventuell zersetzen, wenn sie nicht entfernt werden.