Die Emulsionspolymerisation ist ein Verfahren zur Herstellung von Polymeren oder verbundenen Gruppen kleinerer chemischer Ketten, die als Monomere bezeichnet werden, in einer wässrigen Lösung. Das Verfahren wird häufig zur Herstellung von wasserbasierten Farben, Klebstoffen und Beschichtungen verwendet, bei denen das Wasser im Polymer verbleibt und als flüssiges Produkt verkauft wird. Eine Emulsion ist eine stabile Mischung aus sehr kleinen Tröpfchen des Monomers oder Polymers, die in der Wasserphase suspendiert sind. Ein Beispiel für eine stabile Emulsion ist eine flüssige Handlotion, die mehrere verschiedene Chemikalien enthält, die mit Wasser vermischt sind, aber nicht damit reagieren.
Viele Kunststoffe und einige Gummimischungen sind polymerisierte Moleküle. Kleine Monomerketten werden mit verschiedenen Chemikalien vermischt, die die Reaktion starten, die Größe der sich bildenden Polymerketten kontrollieren und die Mischung stabil halten. Chemikalien, die die Reaktion steuern oder starten, sind Initiatoren, diejenigen, die die Polymerketten steuern, sind Modifikatoren und Emulgatoren halten die Mischung als stabile Emulsion.
In Wasser findet eine Emulsionspolymerisationsreaktion statt, und das Monomer kann in Wasser wenig oder gar nicht löslich sein, was bedeutet, dass es getrennt bleibt und sich nicht auflöst. Wenn die Chemikalien gut miteinander vermischt sind, verteilen sich die kleinen Monomertröpfchen gleichmäßig in der Wasserphase und bleiben dies durch die Wirkung des Emulgators. Es bilden sich sehr kleine Monomertröpfchen, sogenannte Mizellen, die von den Initiator- und Modifikatormolekülen umgeben sind. Jede Monomerkette beginnt sich innerhalb der Mizelle mit anderen zu verbinden, bis das Monomer verschwunden ist.
Die Polymerkettenlänge beeinflusst sowohl die Eigenschaften der wässrigen Lösung als auch den daraus erzeugten Trockenfilm. Hersteller steuern diese Eigenschaften, indem sie die Mengen an Initiator und Modifikatoren sowie die Temperaturen während der Reaktion variieren. Das Ziel einer Emulsionspolymerisation ist es, einen Lack oder Klebstoff zu schaffen, der seine Eigenschaften über die Zeit beibehält und einfach zu handhaben ist. Eine Überreaktion kann sehr dicke, viskose Emulsionen erzeugen, die industriell verwendet werden können, aber von den Verbrauchern nicht begrüßt werden.
Die meisten Endprodukte werden als Lösungen auf Wasserbasis verkauft. Die Besorgnis über Umwelt- und Gesundheitsgefahren von Lösungsmitteln führte im 21. Jahrhundert zu einem Wachstum von Produkten aus der Emulsionspolymerisation. Einmal als Beschichtung aufgetragen, trocknet und härtet das Polymer und das Wasser verdampft als umweltverträglicher Dampf. Das umgesetzte Polymer kann auch sprühgetrocknet oder in manchen Fällen aus dem Wasser herausgefiltert werden, dies ist jedoch weniger üblich. Andere Arten chemischer Reaktionen können leichter ein trockenes Produkt erzeugen als aus einer Wasseremulsion.
In Emulsionspolymerisationssystemen können auch synthetische oder künstliche Kautschukchemikalien hergestellt werden. Styrol-Butadien- und Nitrilkautschuk sind zwei gängige Synthesekautschuke, die aus der Emulsionschemie hergestellt werden. Die Verarbeitung dieser Produkte zu einem trockenen Feststoff erfordert zusätzliche Wasch- und Trocknungsschritte, um die Initiatoren oder andere Chemikalien zu entfernen. Diese Materialien können den Gummi schließlich zersetzen, wenn sie nicht entfernt werden.