Polimerisasi Emulsi dan Suspensi

Polimerisasi emulsi dan suspensi adalah proses heterogen berbasis air di mana monomer didispersikan sebagai misel atau tetesan; emulsi secara unik memungkinkan laju dan massa molar menjadi tinggi secara bersamaan dengan mengkompartementalisasi radikal, sementara suspensi menghasilkan butiran polimer.

Definition

Polimerisasi emulsi adalah proses radikal heterogen di mana monomer diemulsikan dalam air dengan surfaktan dan berpolimerisasi di dalam partikel yang distabilkan surfaktan; polimerisasi suspensi adalah proses heterogen di mana tetesan monomer yang distabilkan oleh agen pensuspensi masing-masing berpolimerisasi seperti reaktor curah kecil untuk menghasilkan butiran polimer.

Scope

Topik ini mencakup dua proses heterogen akuatik utama. Untuk polimerisasi emulsi, ini mencakup misel surfaktan, nukleasi partikel, tiga interval deskripsi Smith-Ewart, dan kompartementalisasi radikal. Untuk polimerisasi suspensi, ini mencakup stabilisasi tetesan monomer oleh agen pensuspensi, pembentukan butiran, dan kinetika yang pada dasarnya mirip curah di dalam setiap tetesan. Air sebagai fase kontinu menyediakan perpindahan panas yang sangat baik pada keduanya.

Core questions

• Bagaimana kompartementalisasi radikal dalam partikel memungkinkan polimerisasi emulsi mencapai laju tinggi dan massa molar tinggi sekaligus?
• Di mana partikel dinukleasi dan bagaimana gambaran Smith-Ewart menjelaskan pertumbuhannya?
• Bagaimana agen pensuspensi dan pengadukan menentukan ukuran butiran dalam polimerisasi suspensi?
• Mengapa air berfungsi sangat baik sebagai fase kontinu dalam kedua proses?

Key theories

Teori Smith-Ewart tentang polimerisasi emulsi

Polimerisasi berlangsung dalam banyak partikel kecil yang membengkak monomer, masing-masing mengandung rata-rata sekitar setengah radikal, sehingga radikal yang masuk ke partikel berpropagasi sampai radikal lain masuk dan mengakhirinya; kompartementalisasi ini memisahkan laju dari terminasi dan menghasilkan laju tinggi dan massa molar tinggi secara bersamaan.

Mechanisms

Dalam polimerisasi emulsi, surfaktan di atas konsentrasi misel kritisnya membentuk misel di mana radikal inisiator yang larut dalam air masuk dan mulai berpolimerisasi; monomer berdifusi dari reservoir tetesan melalui air untuk memberi makan partikel yang tumbuh. Karena setiap partikel menampung paling banyak beberapa radikal dan radikal yang masuk saling mengakhiri hanya secara intermiten, masa hidup radikal efektif per partikel panjang, memberikan massa molar tinggi pada laju tinggi. Dalam polimerisasi suspensi, agitasi mekanis memecah monomer yang larut dalam minyak menjadi tetesan yang distabilkan oleh koloid pelindung; setiap tetesan berpolimerisasi dengan kinetika curah menjadi butiran padat, dengan ukuran yang ditentukan oleh pengadukan dan penstabil.

Clinical relevance

Polimerisasi emulsi menghasilkan lateks yang digunakan dalam cat berbasis air, perekat, pelapis kertas dan tekstil, serta karet sintetis seperti karet stirena-butadiena, menghasilkan polimer dalam dispersi yang dapat langsung digunakan dan rendah VOC. Polimerisasi suspensi menghasilkan butiran poli(vinil klorida) dan polistirena, polistirena yang dapat diperluas, dan butiran ikatan silang yang digunakan untuk resin penukar ion dan kromatografi.

History

Polimerisasi emulsi ditingkatkan skalanya selama Perang Dunia Kedua untuk membuat karet sintetis, dan mekanismenya diklarifikasi oleh gambaran kualitatif nukleasi miselar Harkins dan kemudian oleh teori kinetik kuantitatif Smith-Ewart yang diterbitkan pada tahun 1948, yang tetap menjadi kerangka standar.

Key figures

• Wendell Smith
• Roswell Ewart
• William Harkins

Seminal works

• odian2004
• young2011

Frequently asked questions

Mengapa polimerisasi emulsi dapat mencapai laju tinggi dan massa molar tinggi pada saat yang bersamaan?

Radikal diisolasi dalam partikel terpisah, sehingga radikal yang tumbuh tidak cepat diakhiri oleh radikal lain. Oleh karena itu, setiap rantai tumbuh untuk waktu yang lama (massa molar tinggi) sementara banyak partikel berpolimerisasi secara paralel (laju tinggi)—kombinasi yang tidak mungkin dalam satu fase homogen.

Apa perbedaan antara polimerisasi emulsi dan suspensi?

Emulsi menggunakan misel surfaktan dan inisiator yang larut dalam air, menghasilkan partikel lateks sub-mikron. Suspensi menggunakan koloid pelindung dan inisiator yang larut dalam minyak, menghasilkan butiran yang jauh lebih besar, masing-masing berperilaku seperti reaktor curah kecil.