Ingredientes de una dispersión
La polimerización en emulsión es un proceso heterogéneo complejo. Son muchos los componentes incluidos en la formulación de un látex (agua, monómeros, emulsionantes, iniciadores, buffers y eventualmente agentes de transferencia de cadena) y todos ellos pueden afectar la formación del polímero y por lo tanto las propiedades del polímero, de las cuales dependerá su aptitud para un dado uso.
Muchos de los componentes de la formulación son agregados luego de finalizada la polimerización influenciando la estabilidad coloidal del látex o bien brindando al material propiedades particulares como ser: resistencia UV. Retardo a la llama, prevenir reacciones de oxidación (especialmente para sistemas basados en butadieno), impedir el crecimiento de hongos y bacterias, mejorar la reología, etc.
La formulación de un látex presenta, por lo tanto, un gran número de variables y reactivos para seleccionar.
En este capítulo nos referiremos a los diferentes ingredientes de una polimerización en emulsión.
Agua
Como fase continua e inerte actúa manteniendo baja la viscosidad y como un buen agente de transferencia de calor. El agua también actúa como el medio de transferencia de monómero desde las gotas a las partículas. Siendo además el sitio donde ocurre la descomposición de iniciadores y a menudo, la formación de oligómeros, como así también actúa como el medio de intercambio dinámico de emulsionantes entre las fases.
Por lo general se utiliza agua deionizada, ya que puede haber problemas con la estabilidad de una emulsión o dispersión si se emplea agua con un alto contenido de calcio (cationes multivalentes en general) lo cual también puede afectar el tamaño de partícula de la dispersión.
Los componentes orgánicos del agua normalmente son muy bajos como para acarrear problemas en la polimerización.
El contenido de oxígeno, sin embargo, si es elevado puede demorar el inicio de la polimerización en algunos sistemas, debiéndose desoxigenar el agua para evitar este problema.
Monómeros
Unidades que reaccionan en cadena durante la polimerización por emulsión para producir polímeros (“polimerizan”). Cada monómero tiene su estructura química especial que tiene un gran impacto en las propiedades del polímero resultante.
La selección del monómero o monómera adecuada debe ser realizada, no sólo teniendo en cuenta que el polímero resultante satisfaga el uso final que se dará al mismo, sino también asegurar la compatibilidad con pigmentos y cargas y asegurar que el látex sea “procesable” Ej. : estable durante el bombeo, mezcla, etc. En gran parte, los requerimientos de uso final del polímero son satisfechos por las propiedades del polímero en sí mismo (cadenas de monómero o monómeros), pero una importante serie de propiedades estará gobernada por las propiedades de superficie y coloidales de la dispersión.
Emulsionantes y coloides protectores
Los emulsionantes (también referidos como surfactantes), tienen una función dual, generando sitios para formación de partículas (micellas) y proveyendo de estabilidad coloidal a las partículas en crecimiento como resultado de la adsorción a la interface partícula –agua.
Son compuestos de bajo peso molecular que contienen una parte de la molécula hidrofóbica y otra parte hidrofílica. Los emulsionantes estabilizan la emulsión que ha de ser polimerizada y también estabilizan las partículas dispersas del polímero producidas durante la polimerización por emulsión.
Los emulsionantes más comúnmente utilizados en polimerización en emulsión son aniónicos, habitualmente en combinación con emulsionantes no iónicos (para controlar la morfología de la partícula de látex, y fundamentalmente para mejorar la estabilidad coloidal post-polimerización contra elevados esfuerzos de corte, congelamiento y adición de electrolitos).
Para ciertas aplicaciones particulares, como coating de papel o aditivos para asfalto, son utilizados emulsionantes catiónicos, los cuales generan partículas de látex catiónicamente cargadas.
Surfactantes reactivos, los cuales son moléculas de surfactantes con grupos vinílicos reactivos, son utilizados para unir químicamente al surfactante a la superficie de las partículas, con la ventaja de reducir la desorción durante la formación del film y reducir la sensibilidad al agua del film de látex.
Los coloides protectores son compuestos de polímeros de alto peso molecular solubles en agua. En forma similar a los emulsionantes, actúan estabilizando las emulsiones y son usados en la polimerización por emulsión y en la subsiguiente estabilización de las partículas de polímero finamente dispersadas.
Iniciador
No es un catalizador, ya que éste permanece inalterable durante una reacción.
Es un compuesto que se descompone en el agua formando “radicales” muy activos. La reactividad se transfiere a una partícula de monómero, la cual a su vez podrá sumarse a otra partícula de monómero sin perder su reactividad, iniciando la reacción en cadena.