Emülsiyon ve Süspansiyon Polimerizasyonu
Emülsiyon ve süspansiyon polimerizasyonları, monomerin miseller veya damlacıklar halinde dağıldığı heterojen, su bazlı süreçlerdir; emülsiyon, radikalleri bölmelere ayırarak hız ve molar kütlenin birlikte yüksek olmasını sağlarken, süspansiyon polimer boncukları üretmektedir.
Tanım
Emülsiyon polimerizasyonu, monomerin yüzey aktif madde ile suda emülsifiye edildiği ve yüzey aktif madde ile stabilize edilmiş partiküllerin içinde polimerleştiği heterojen bir radikal süreçtir; süspansiyon polimerizasyonu ise, bir süspansiyon ajanı tarafından stabilize edilen monomer damlacıklarının her birinin küçük bir kütle reaktörü gibi polimerleşerek polimer boncukları verdiği heterojen bir süreçtir.
Kapsam
Bu konu, iki temel sulu heterojen süreci kapsamaktadır. Emülsiyon polimerizasyonu için yüzey aktif madde misellerini, partikül çekirdeklenmesini, Smith-Ewart tanımının üç aralığını ve radikal bölmelere ayırmayı içermektedir. Süspansiyon polimerizasyonu için ise süspansiyon ajanları tarafından monomer damlacık stabilizasyonunu, boncuk oluşumunu ve her bir damlacık içindeki esasen kütle benzeri kinetiği içermektedir. Sürekli faz olarak su, her iki süreçte de mükemmel ısı transferi sağlamaktadır.
Temel sorular
- Partiküllerdeki radikalleri bölmelere ayırmak, emülsiyon polimerizasyonunun aynı anda yüksek hız ve yüksek molar kütleye ulaşmasını nasıl sağlamaktadır?
- Partiküller nerede çekirdeklenmektedir ve Smith-Ewart açıklaması bunların büyümesini nasıl tanımlamaktadır?
- Süspansiyon ajanları ve karıştırma, süspansiyon polimerizasyonunda boncuk boyutunu nasıl belirlemektedir?
- Su, her iki süreçte de neden sürekli faz olarak bu kadar iyi iş görmektedir?
Temel kuramlar
- Emülsiyon Polimerizasyonunun Smith-Ewart Kuramı
- Polimerizasyon, her biri ortalama yarım radikal içeren birçok küçük monomerle şişmiş partikülde ilerlemektedir; bu nedenle bir partiküle giren bir radikal, başka bir radikal girip onu sonlandırana kadar ilerlemektedir; bu bölmelere ayırma, hızı sonlanmadan ayırmakta ve eş zamanlı olarak yüksek hız ve yüksek molar kütle sağlamaktadır.
Mekanizmalar
Emülsiyon polimerizasyonunda, kritik misel konsantrasyonunun üzerindeki yüzey aktif madde, suda çözünür başlatıcı radikallerin girdiği ve polimerleşmeye başladığı miseller oluşturmaktadır; monomer, damlacık rezervuarlarından su yoluyla büyüyen partikülleri beslemek üzere difüze olmaktadır. Her bir partikül en fazla birkaç radikal içerdiğinden ve giren radikaller birbirlerini yalnızca aralıklı olarak sonlandırdığından, partikül başına etkin radikal ömrü uzundur, bu da yüksek hızda yüksek molar kütle sağlamaktadır. Süspansiyon polimerizasyonunda ise mekanik karıştırma, yağda çözünür monomeri koruyucu bir kolloid tarafından stabilize edilen damlacıklara ayırmaktadır; her bir damlacık, karıştırma ve stabilizatör tarafından belirlenen boyutta katı bir boncuğa dönüşmek üzere kütle kinetiği ile polimerleşmektedir.
Klinik önem
Emülsiyon polimerizasyonu, su bazlı boyalarda, yapıştırıcılarda, kağıt ve tekstil kaplamalarında ve stiren-bütadien kauçuğu gibi sentetik kauçuklarda kullanılan lateksleri üretmekte, polimeri doğrudan kullanılabilir, düşük VOC (uçucu organik bileşik) dispersiyonu şeklinde sunmaktadır. Süspansiyon polimerizasyonu ise poli(vinil klorür) ve polistiren boncukları, genleştirilebilir polistiren ve iyon değişimi ile kromatografi reçineleri için kullanılan çapraz bağlı boncukları üretmektedir.
Tarihçe
Emülsiyon polimerizasyonu, İkinci Dünya Savaşı sırasında sentetik kauçuk üretmek amacıyla ölçeklendirilmiş ve mekanizması Harkins'in misel çekirdeklenmesine ilişkin nitel açıklaması ve ardından 1948'de yayınlanan nicel Smith-Ewart kinetik kuramı ile açıklığa kavuşturulmuştur; bu kuram günümüzde standart çerçeve olarak kabul edilmektedir.
Öne çıkan isimler
- Wendell Smith
- Roswell Ewart
- William Harkins
İlgili konular
Temel eserler
- odian2004
- young2011
Sıkça sorulan sorular
- Emülsiyon polimerizasyonu neden aynı anda yüksek hız ve yüksek molar kütleye ulaşabilmektedir?
- Radikaller ayrı partiküllerde izole edildiğinden, büyüyen bir radikal başka bir radikal tarafından hızla sonlandırılmamaktadır. Bu nedenle her zincir uzun süre büyümekte (yüksek molar kütle) ve aynı anda birçok partikül paralel olarak polimerleşmektedir (yüksek hız)—bu durum, tek bir homojen fazda imkansız olan bir kombinasyondur.
- Emülsiyon ve süspansiyon polimerizasyonu arasındaki fark nedir?
- Emülsiyon, yüzey aktif madde miselleri ve suda çözünür başlatıcı kullanarak sub-mikron lateks partikülleri üretmektedir. Süspansiyon ise koruyucu bir kolloid ve yağda çözünür başlatıcı kullanarak, her biri küçük bir kütle reaktörü gibi davranan çok daha büyük boncuklar üretmektedir.