Wat is emulsiepolymerisatie?
Emulsiepolymerisatie is een proces voor het creëren van polymeren, of gekoppelde groepen van kleinere chemische ketens genaamd monomeren, in een wateroplossing. Het proces wordt gewoonlijk gebruikt voor het maken van verf, kleefstoffen en coatings op waterbasis, waarbij het water bij het polymeer blijft en als een vloeibaar product wordt verkocht. Een emulsie is een stabiel mengsel van zeer kleine druppeltjes van het monomeer of polymeer gesuspendeerd in de waterfase. Een voorbeeld van een stabiele emulsie is vloeibare handlotion, die verschillende chemicaliën bevat die in water zijn gemengd maar er niet mee reageren.
Veel kunststoffen en sommige rubberverbindingen zijn gepolymeriseerde moleculen. Kleine monomeerketens worden gemengd met verschillende chemicaliën die de reactie starten, de grootte van de gevormde polymeerketens regelen en het mengsel stabiel houden. Chemicaliën die de reactie regelen of starten zijn initiatoren, chemicaliën die de polymeerketens regelen zijn modificatoren en emulgatoren houden het mengsel als een stabiele emulsie.
Een emulsiepolymerisatiereactie vindt plaats in water en het monomeer kan weinig of geen oplosbaarheid in water hebben, wat betekent dat het gescheiden blijft en niet oplost. Wanneer de chemicaliën goed met elkaar worden gemengd, worden de kleine druppeltjes monomeer gelijkmatig over de waterfase verspreid en blijven zo door de werking van de emulgator. Zeer kleine druppeltjes monomeer beginnen zich te vormen, bekend als micellen, en worden omringd door de initiator- en modificatiemoleculen. Elke monomeerketen begint te linken met anderen in de micel, totdat het monomeer weg is.
De lengte van de polymeerketting heeft invloed op zowel de eigenschappen van de wateroplossing als op eventuele droge film die daarvan wordt gemaakt. Fabrikanten beheersen deze eigenschappen door de hoeveelheden initiator en modificatoren te variëren, evenals de temperaturen tijdens de reactie. Het doel van een emulsiepolymerisatie is om een verf of lijm te creëren die zijn eigenschappen na verloop van tijd behoudt en gemakkelijk te hanteren is. Overreactie kan zeer dikke, viskeuze emulsies veroorzaken die industrieel kunnen worden gebruikt maar niet door consumenten worden verwelkomd.
De meeste eindproducten worden verkocht als oplossingen op waterbasis. Zorg over milieu- en gezondheidsrisico's van oplosmiddelen leidde tot een groei van producten uit emulsiepolymerisatie in de 21e eeuw. Eenmaal aangebracht als coating, droogt en hardt het polymeer uit en verdampt het water als een milieuvriendelijke damp. Het gereageerde polymeer kan ook worden gesproeidroogd of in sommige gevallen uit het water worden gefilterd, maar dit is minder gebruikelijk. Andere soorten chemische reacties kunnen gemakkelijker een droog product produceren dan uit een wateremulsie.
Synthetische of kunstmatige rubberchemicaliën kunnen ook worden geproduceerd in emulsiepolymerisatiesystemen. Styreen-butadieen en nitrilrubber zijn twee veel voorkomende synthetische rubbers geproduceerd uit emulsiechemie. Om deze producten tot een droge vaste stof te verwerken, zijn extra was- en droogstappen nodig om de initiatoren of andere chemicaliën te verwijderen. Deze materialen kunnen het rubber uiteindelijk aantasten als het niet wordt verwijderd.