CELLOSIZE™ - Estabilizador de emulsión para látex a base de agua

Estabilización estérica

En la polimerización en emulsión, un iniciador genera radicales libres para iniciar la polimerización. Estos radicales libres reaccionan con monómeros insolubles suspendidos en agua para iniciar la reacción de polimerización. Cuando la solución de reacción contiene hidroxietilcelulosa (HEC), también se pueden generar radicales libres en la estructura principal de la hidroxietilcelulosa. Estos sitios radicales reactivos también pueden participar en la polimerización en emulsión, provocando que la hidroxietilcelulosa se una químicamente a los monómeros en la reacción para convertirse en parte integral del polímero que se está formando. Cuando se produce este injerto, se proporciona un rendimiento coloidal protector óptimo y se mejora drásticamente la estabilidad de la emulsión. La figura a continuación ilustra el mecanismo de reacción descrito.

Debido a la naturaleza hidrófila (amante del agua) de la hidroxietilcelulosa injertada en el polímero, las moléculas de agua se unen a la superficie de las partículas de polímero. Esta agua unida actúa como emulsionante entre el agua libre de la emulsión y la fase hidrófoba del polímero. Esto, a su vez, proporciona estabilidad a la emulsión. Este efecto se ilustra en el diagrama a continuación.

Este injerto de hidroxietilcelulosa al polímero no es la única reacción que ocurre durante la polimerización. La estructura principal de la hidroxietilcelulosa también se escinde en cierta medida, lo que resulta en fragmentos más pequeños. Las dos posibles vías de reacción normalmente ocurren simultáneamente, siendo una la más preferida en función de la reactividad del monómero y la estructura química de la hidroxietilcelulosa. La hidroxietilcelulosa no injertada al polímero no proporciona una estabilización óptima de la emulsión. Por esta razón, es importante comprender qué grado de CELLOSIZE™ es el más adecuado para su sistema. Las reacciones competitivas se ilustran a continuación.

Selección de grado

Como se mencionó anteriormente, la eficiencia de injertar CELLOSIZE™ en un polímero durante la polimerización en emulsión varía según la reactividad del monómero hacia los radicales intermedios. Conocer cómo los monómeros de un sistema afectan al HEC permite seleccionar un grado con la estructura química óptima. Al utilizar un grado óptimo, se reduce la cantidad de ingredientes estabilizadores (tanto surfactantes como coloides protectores), lo que reduce el costo de la materia prima y la adsorción de agua del látex.

Sistemas vinílicos

Los monómeros vinílicos, como el acetato de vinilo y el versatato de vinilo, presentan una reactividad relativamente baja frente a los intermediarios radicales. Esto significa que los radicales HEC generados en sistemas que contienen únicamente monómeros vinílicos preferirán el mecanismo de degradación. En sistemas vinílicos, es preferible utilizar CELLOSIZE™ EP 09 como coloide protector. Este grado presenta un patrón de sustitución de hidroxietilo diferente que reduce la tendencia a la escisión y promueve la reacción de injerto.

Sistemas acrílicos

Los monómeros acrílicos como el metacrilato de metilo, el acrilato de butilo y el acrilato de 2-etilhexilo son extremadamente reactivos a los radicales intermedios. Estos sistemas favorecen el mecanismo de injerto de los radicales HEC. Este alto grado de injerto puede provocar la formación de puentes en las partículas de látex si las condiciones de reacción no se controlan adecuadamente. Esto, en última instancia, favorece la floculación de las gotas micelares. En estos sistemas, se recomienda utilizar un grado de menor peso molecular, como CELLOSIZE™ EP 09, QP 300 o QP 4400. También se recomienda utilizar una cantidad mucho menor de CELLOSIZE™ que en los sistemas vinílicos (máximo 0,2 %) y añadir la HEC al sistema casi al final o después de la adición de los monómeros.

Grados de CELLOSIZE™ recomendados para polimerización en emulsión