Każda kropla to ”mały reaktor” polimeryzacji w masie. Polimeryzacja zachodzi wewnątrz kropli a powstały polimer jest nierozpuszczalny w wodzie. Polimer otrzymuje się w postaci kulistych perełek lub koralików (stąd nazwa "polimeryzacja perełkowa"). Otrzymany polimer poddaje się filtracji i płukaniu w celu usunięcia środków powierzchniowo czynnych.
Film poniżej przedstawia formowanie się mikrogranulek polimeru.
Źródło: SMC468 Graphic Design for Education, The Preparation of Microspheres, 13.05.2016 (dostęp 14.12.2020). Dostępne w YouTube: https://youtu.be/67FRYQ7iH90.
Polimeryzacja „perełkowa” zachodzi z większą szybkością, niż polimeryzacja w bloku. Przy bardzo dużym zdyspergowaniu polimeru mechanizm podobny jest do polimeryzacji emulsyjnej [1].
Czynniki, które mają wpływ na przebieg polimeryzacji w zawiesinie oraz na właściwości produktu końcowego to [1], [2]:
- koloidy ochronne (stabilizatory);
- inicjatory polimeryzacji;
- mieszanie układu.
Koloidy ochronne, które są rozpuszczone w fazie wodnej pełnią rolę stabilizatorów zawiesiny – zapobiegają aglomeracji perełek w czasie procesu oraz mają wpływ na rozmiary cząsteczek. Rodzaj stabilizatora oraz jego stężenie dobiera się doświadczalnie. Najczęściej stosowanymi stabilizatorami są [1]:
- rozpuszczalne w wodzie organiczne związki wielkocząsteczkowe np.:
- poli (alkohol winylowy);
- sole poli (kwasu akrylowego);
- sole poli (kwasu metaakrylowego);
- metyloceluloza;
- nieorganiczne stabilizatory zawiesiny takie jak:
- fosforan wapniowy;
- wodorotlenek glinu i magnezu;
- talk i krzemiany;
- mieszaniny stabilizatorów organicznych i nieorganicznych.
Inicjatory polimeryzacji wpływają na czas polimeryzacji oraz na ciężar cząsteczkowy i porowatość. Są to substancje rozpuszczalne w monomerze, najczęściej nadtlenki organiczne, np. nadtlenek benzoilu i lauroilu.
Intensywność mieszania wpływa na wielkość, kształt i polidyspersyjność perełek. Powolne mieszanie powoduje aglomerację perełek, a zbyt szybkie – rozdrobnienie [3].
Polimeryzacja w zawiesinie jest stosowana do produkcji kulek polimerowych o rozmiarze 10 um – 5 mm. Przy zastosowaniu bardzo energicznego mieszania można otrzymać perełki o dużo mniejszych rozmiarach 9 0.1 – 3,0 um) [3].
Zalety polimeryzacji suspensyjnej [1], [2], [3]:
- łatwość odprowadzania ciepła wydzielającego się podczas polimeryzacji;
- możliwość syntezy rozdrobnionego polimeru w postaci kulek;
- otrzymany polimery jest łatwy do oddzielenia poprzez sączenie czy odwirowanie;
- otrzymanie produktu o powtarzalnych właściwościach i małym stopniu polidyspersyjności.
Metoda suspensyjna nie nadaję się do syntezy elastomerów [2].
Polimeryzacja perełkowa znalazła szerokie zastosowanie do przemysłowego otrzymywania takich polimerów, jak:
- poli(chlorek winylu) – PVC;
- poli(metakrylan metylu) – PMMA;
- polistyren – PS;
- poli(octan winylu) – PVAC.
Bibliografia
1. Pielichowski J., Puszyński, A.: Chemia polimerów, Wydawnictwo Oświatowe FOSZE, Rzeszów 2012.2. Rabek J. F.: Współczesna wiedza o polimerach. (T. 2) Polimery naturalne i syntetyczne, otrzymywanie i zastosowanie, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2017.
3. Szlezyngier W., Brzozowski Z. K.: Tworzywa sztuczne, Wydawnictwo Oświatowe FOSZE, Rzeszów 2012.