Vad är emulsionspolymerisation?
Emulsionspolymerisation är en process för att skapa polymerer, eller kopplade grupper av mindre kemiska kedjor som kallas monomerer, i en vattenlösning. Processen används vanligtvis för att skapa vattenbaserade färger, lim och beläggningar där vattnet blir kvar med polymeren och säljs som en flytande produkt. En emulsion är en stabil blandning av mycket små droppar av monomeren eller polymeren suspenderad i vattenfasen. Ett exempel på en stabil emulsion är flytande handlotion, som innehåller flera olika kemikalier blandade i vatten men inte reagerar med den.
Många plaster och vissa gummiföreningar är polymeriserade molekyler. Små monomerkedjor blandas med olika kemikalier som startar reaktionen, kontrollerar storleken på de polymerkedjor som bildas och håller blandningen stabil. Kemikalier som kontrollerar eller startar reaktionen är initiatorer, de som styr polymerkedjorna är modifieringsmedel och emulgatorer håller blandningen som en stabil emulsion.
En emulsionspolymerisationsreaktion inträffar i vatten, och monomeren kan ha liten eller ingen löslighet i vatten, vilket innebär att den förblir separat och inte upplöses. När kemikalierna blandas väl, sprids de små dropparna av monomer jämnt över vattenfasen och förblir på det sättet på grund av emulgeringsmedlets verkan. Mycket små droppar av monomer börjar bildas, känd som miceller, och omges av initiatorn och modifieringsmolekylerna. Varje monomerkedja börjar koppla till andra inuti micellen, tills monomeren är borta.
Polymerkedjelängden påverkar både egenskaperna hos vattenlösningen och eventuell torr film som skapas av den. Tillverkarna kontrollerar dessa egenskaper genom att variera mängden initiator och modifierare, liksom temperaturer under reaktionen. Målet med en emulsionspolymerisation är att skapa en färg eller lim som bibehåller dess egenskaper över tid och är lätt att hantera. Överreaktion kan skapa mycket tjocka, viskösa emulsioner som kan ha industriellt bruk men som inte välkomnas av konsumenterna.
De flesta slutprodukter säljs som vattenbaserade lösningar. Oro över miljö- och hälsorisker med lösningsmedel ledde till en tillväxt av produkter från emulsionspolymerisation under 2000-talet. När den har applicerats som en beläggning torkar och härdar polymeren och vattnet avdunstar som en miljösäker ånga. Den reagerade polymeren kan också spraytorkas eller i vissa fall filtreras ur vattnet, men detta är mindre vanligt. Andra typer av kemiska reaktioner kan producera torr produkt lättare än från en vattenemulsion.
Syntetiska eller artificiella gummikemikalier kan också produceras i emulsionspolymerisationssystem. Styren-butadien och nitrilgummi är två vanliga syntetiska gummier producerade från emulsionskemi. Bearbetning av dessa produkter till ett torrt fast ämne kräver ytterligare tvätt- och torksteg för att ta bort initiatorerna eller andra kemikalier. Dessa material kan så småningom bryta ner gummit om det inte tas bort.