Latexbinder Polymerstabilisierung

Chemiker beschreiben Latex manchmal als eine kolloidale Dispersion, die stabil bleibt – d. h. die Partikel, aus denen die Dispersion besteht, setzen sich im Laufe der Zeit nicht ab oder cremen sich ein. Dies wird durch eine Kombination aus ionischer und sterischer Stabilisierung erreicht. Lesen Sie weiter, um zu verstehen, wie diese beiden einzigartigen Mechanismen funktionieren.

Das Wort „Latex“ ist eine direkte Ableitung aus dem Lateinischen und bedeutet wörtlich „flüssig“. In den frühen 1800er Jahren, als es offiziell in die englische Sprache eingeführt wurde, bezog sich Latex auf eine bestimmte Flüssigkeit – die milchig-weiße Ausscheidung, die im Gummibaum und anderen ähnlichen Pflanzenarten vorkommt. Der häufigste Latex ist Milch – ein in Wasser dispergiertes Protein.

Heute beschreibt Latex sowohl den natürlichen Typ als auch den synthetischen Typ, der durch einen als Polymerisation bekannten Prozess hergestellt wird. Gleichzeitig definieren Wissenschaftler Latex genauer als kolloidale Dispersion. Die meisten synthetischen Latex bestehen aus Polymerpartikeln, die normalerweise einen Durchmesser von einigen hundert Nanometern haben und in Wasser dispergiert sind. Die gesamte Dispersion soll kolloidal stabil sein, d. h. sie kann ungestört sitzen, ohne dass sich die Partikel mit der Zeit absetzen oder aufrahmen.

Um zu verstehen, warum sich Latex so verhält, müssen wir den Begriff „kolloidal stabil“ auspacken. Was ist ein Kolloid? Was ist Stabilisierung und wie trägt sie zum Herstellungsprozess der Latexprodukte bei, die wir täglich sehen, wie Farben, Klebstoffe und Bindemittel?

Ein Kolloid ist eine Mischung aus zwei Phasen – einer kontinuierlichen Phase (das Dispersionsmedium) und einer dispergierten Phase (die Partikel). Die Teilchengröße der dispergierten Phase reicht typischerweise von 1 Nanometer (1 Milliardstel Meter oder der Abstand vom Zentrum eines Sauerstoffatoms zu einem Wasserstoffatom in Wasser) bis 1 Mikrometer, wobei Latexteilchen zwischen 100 und 300 Nanometer fallen. Es gibt verschiedene Arten kolloidaler Dispersionen:

• ein in einer Flüssigkeit dispergierter Feststoff, auch bekannt als Suspension oder Dispersion oder Emulsion
• eine Flüssigkeit, die in einer anderen Flüssigkeit dispergiert ist
• ein in einer Flüssigkeit dispergiertes Gas
• eine in einem Gas dispergierte Flüssigkeit
• ein in einem Gas dispergierter Feststoff

In keiner dieser Dispersionen sind die Kolloidpartikel nicht stationär. Sie bewegen sich in einem zufälligen Muster, das als Brownsche Bewegung bekannt ist. Während sie sich bewegen, können sie miteinander kollidieren, und diese Kollisionen können zu einer Agglomeration führen, die schließlich zu einer Koagulation führen kann – Partikel, die aufgrund einer relativ schwachen elektrischen Anziehung durch Van-der-Waals-Kräfte zusammenkleben. Wenn die Partikel koagulieren, kann das Kolloid destabilisiert werden, was kein wünschenswertes Ergebnis ist. Wie können Chemiker der Van-der-Waals-Anziehungskraft entgegenwirken?

Es gibt zwei Hauptansätze, um die Gerinnung zu verhindern, und wir werden diese als Nächstes überprüfen.

Das Ausmaß dieser Abstoßung hängt von zwei Variablen ab – der Ladungsdichte auf den Partikeloberflächen und dem sie umgebenden Medium. Zum Beispiel kann die Zugabe eines Elektrolyten (wie Salz) beginnen, die elektrostatische Abstoßung zu verringern, bis die Van-der-Waals-Anziehung wieder die Kontrolle übernehmen und die Kolloidpartikel zusammenziehen kann. Dies kann schließlich dazu führen, dass die Dispersion instabil wird. Bei negativ geladenen Partikeln wird dieser Effekt besonders verstärkt, wenn Elektrolyte mit mehrwertigen Kationen wie Ca ² , Al ³ und Fe ³ , werden dem Medium hinzugefügt.

Chemiker verlassen sich auf das sogenannte Zeta-Potential als Indikator für die elektrostatische Stabilisierung. Die Größe des Zetapotentials ist direkt proportional zum Grad der elektrostatischen Abstoßung zwischen benachbarten, ähnlich geladenen Partikeln in einer Dispersion. Bei ausreichend kleinen Molekülen und Partikeln ist ein hohes Zetapotential ein zuverlässiger Marker für kolloidale Stabilität. Ein niedriges Zetapotential weist im Allgemeinen auf Instabilität und ein erhöhtes Gerinnungsrisiko hin.

Die zweite Möglichkeit, die Gerinnung zu bekämpfen, beinhaltet einen Mechanismus, der als sterische Stabilisierung bezeichnet wird. Sterisch ist ein Begriff, der beschreibt, wie Atome im dreidimensionalen Raum angeordnet sind, ähnlich dem Konzept der Räumlichkeit. In kolloidalen Dispersionen bezieht sich die sterische Stabilisierung also auf die Modifizierung der Oberfläche von Kolloidpartikeln, so dass sie schleifende Molekülstrukturen in die kontinuierliche Phase über dem Partikel ausdehnen. Diese Erweiterungen verhindern physikalisch, dass sich zwei Partikel annähern.

Chemiker induzieren eine sterische Stabilisierung, indem sie dem Medium verschiedene Inhaltsstoffe hinzufügen, die die Kolloidpartikel „dekorieren“ oder bedecken. Zu diesen Inhaltsstoffen gehören eine Reihe von Chemikalien, aber häufig werden nichtionische Tenside mit wasserliebenden Ketten verwendet. Diese Additive haften an den Partikeln und erzeugen eine adsorbierte Schicht mit einer bestimmten Dicke. Wenn sich zwei Partikel nahe genug annähern, können sich die adsorbierten Schichten überlappen oder komprimiert werden, wodurch eine starke Abstoßungskraft entsteht. Es ist diese Abstoßung, die Partikel auseinandertreibt und Stabilität fördert.

Manchmal bleiben die stabilisierenden Moleküle unverankert und sitzen zwischen Kolloidpartikeln. Auch in dieser Konfiguration verhindern sie noch die Annäherung von Partikeln und dadurch das Auftreten einer Koagulation.

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Lin Yang (Frau)

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