La polimerizzazione in emulsione è un processo per creare polimeri, o gruppi collegati di catene chimiche più piccole chiamate monomeri, in una soluzione acquosa. Il processo è comunemente usato per creare vernici, adesivi e rivestimenti a base d’acqua in cui l’acqua rimane con il polimero e venduta come prodotto liquido. Un’emulsione è una miscela stabile di goccioline molto piccole del monomero o del polimero sospese nella fase acquosa. Un esempio di un’emulsione stabile è la lozione per le mani liquida, che contiene diverse sostanze chimiche mescolate in acqua ma non reagiscono con essa.
Molte materie plastiche e alcuni composti di gomma sono molecole polimerizzate. Piccole catene monomeriche vengono miscelate con diverse sostanze chimiche che avviano la reazione, controllano la dimensione delle catene polimeriche che si formano e mantengono stabile la miscela. I prodotti chimici che controllano o avviano la reazione sono iniziatori, quelli che controllano le catene polimeriche sono modificatori e gli emulsionanti mantengono la miscela come un’emulsione stabile.
Una reazione di polimerizzazione in emulsione si verifica in acqua e il monomero può avere poca o nessuna solubilità in acqua, il che significa che rimane separato e non si dissolve. Quando le sostanze chimiche sono ben miscelate, le piccole goccioline di monomero si distribuiscono uniformemente in tutta la fase acquosa e rimangono tali grazie all’azione dell’emulsionante. Cominciano a formarsi goccioline di monomero molto piccole, note come micelle, e sono circondate dalle molecole dell’iniziatore e del modificatore. Ogni catena monomerica inizia a collegarsi alle altre all’interno della micella, finché il monomero non scompare.
La lunghezza della catena polimerica influenzerà sia le proprietà della soluzione acquosa, sia l’eventuale film secco creato da essa. I produttori controllano queste proprietà variando le quantità di iniziatore e modificatori, nonché le temperature durante la reazione. L’obiettivo di una polimerizzazione in emulsione è creare una vernice o un adesivo che mantenga le sue proprietà nel tempo e sia facile da maneggiare. Una reazione eccessiva può creare emulsioni molto dense e viscose che possono avere usi industriali ma non sono gradite dai consumatori.
La maggior parte dei prodotti finali sono venduti come soluzioni a base d’acqua. La preoccupazione per i rischi ambientali e per la salute dei solventi ha portato a una crescita dei prodotti della polimerizzazione in emulsione nel 21° secolo. Una volta applicato come rivestimento, il polimero si asciuga e polimerizza e l’acqua evapora sotto forma di vapore sicuro per l’ambiente. Il polimero reagito può anche essere essiccato a spruzzo o in alcuni casi filtrato fuori dall’acqua, ma questo è meno comune. Altri tipi di reazioni chimiche possono produrre un prodotto secco più facilmente che da un’emulsione acquosa.
I prodotti chimici di gomma sintetica o artificiale possono anche essere prodotti nei sistemi di polimerizzazione in emulsione. Lo stirene-butadiene e la gomma nitrilica sono due comuni gomme sintetiche prodotte dalla chimica delle emulsioni. La trasformazione di questi prodotti in un solido secco richiede ulteriori passaggi di lavaggio e asciugatura per rimuovere gli iniziatori o altri prodotti chimici. Questi materiali possono eventualmente degradare la gomma se non vengono rimossi.