Qu'est-ce que la polymérisation en émulsion?
La polymérisation en émulsion est un processus permettant de créer des polymères, ou des groupes liés de petites chaînes chimiques appelées monomères, dans une solution aqueuse. Le procédé est couramment utilisé pour créer des peintures, des adhésifs et des revêtements à base d’eau, dans lesquels l’eau reste avec le polymère et est vendue sous forme liquide. Une émulsion est un mélange stable de très petites gouttelettes du monomère ou du polymère en suspension dans la phase aqueuse. Un exemple d'émulsion stable est la lotion liquide pour les mains, qui contient plusieurs produits chimiques différents mélangés à de l'eau mais ne réagissant pas avec elle.
De nombreux plastiques et certains composés de caoutchouc sont des molécules polymérisées. De petites chaînes de monomères sont mélangées à différents produits chimiques qui déclenchent la réaction, contrôlent la taille des chaînes de polymères formées et maintiennent la stabilité du mélange. Les produits chimiques qui contrôlent ou démarrent la réaction sont des initiateurs, ceux qui contrôlent les chaînes polymères sont des modificateurs et les émulsifiants maintiennent le mélange sous forme d'émulsion stable.
Une réaction de polymérisation en émulsion se produit dans l'eau et le monomère peut ne pas avoir de solubilité dans l'eau, voire aucune, ce qui signifie qu'il reste séparé et ne se dissout pas. Lorsque les produits chimiques sont bien mélangés, les petites gouttelettes de monomère sont réparties uniformément sur toute la phase aqueuse et le restent grâce à l'action de l'émulsifiant. De très petites gouttelettes de monomère commencent à se former, appelées micelles, et sont entourées par les molécules d'initiateur et de modificateur. Chaque chaîne de monomère commence à se lier aux autres à l'intérieur de la micelle, jusqu'à ce que le monomère ait disparu.
La longueur de la chaîne de polymère affectera à la fois les propriétés de la solution aqueuse et tout film sec créé à partir de celle-ci. Les fabricants contrôlent ces propriétés en faisant varier les quantités d'initiateur et de modificateurs, ainsi que les températures au cours de la réaction. L'objectif de la polymérisation en émulsion est de créer une peinture ou un adhésif qui conserve ses propriétés avec le temps et qui est facile à manipuler. Une réaction excessive peut créer des émulsions très épaisses et visqueuses qui peuvent avoir des utilisations industrielles mais ne sont pas bien accueillies par les consommateurs.
La plupart des produits finis sont vendus sous forme de solutions à base d’eau. L'inquiétude suscitée par les risques que présentent les solvants pour l'environnement et la santé a entraîné une croissance des produits issus de la polymérisation en émulsion au 21ème siècle. Une fois appliqué en tant que revêtement, le polymère sèche et durcit et l'eau s'évapore sous forme de vapeur non nocive pour l'environnement. Le polymère ayant réagi peut également être séché par pulvérisation ou, dans certains cas, filtré hors de l'eau, mais cela est moins courant. D'autres types de réactions chimiques peuvent produire un produit sec plus facilement qu'une émulsion d'eau.
Des produits chimiques en caoutchouc synthétiques ou artificiels peuvent également être produits dans des systèmes de polymérisation en émulsion. Le styrène-butadiène et le caoutchouc nitrile sont deux caoutchoucs synthétiques couramment produits à partir de la chimie en émulsion. Le traitement de ces produits en un solide sec nécessite des étapes supplémentaires de lavage et de séchage pour éliminer les initiateurs ou autres produits chimiques. Ces matériaux peuvent éventuellement dégrader le caoutchouc s'ils ne sont pas retirés.