La polymérisation en émulsion est un processus de création de polymères, ou de groupes liés de chaînes chimiques plus petites appelées monomères, dans une solution aqueuse. Le processus est couramment utilisé pour créer des peintures, des adhésifs et des revêtements à base d’eau où l’eau reste avec le polymère et vendue sous forme de produit liquide. Une émulsion est un mélange stable de très petites gouttelettes du monomère ou du polymère en suspension dans la phase aqueuse. Un exemple d’émulsion stable est la lotion liquide pour les mains, qui contient plusieurs produits chimiques différents mélangés à de l’eau mais ne réagissant pas avec elle.
De nombreux plastiques et certains composés de caoutchouc sont des molécules polymérisées. De petites chaînes de monomères sont mélangées avec différents produits chimiques qui déclenchent la réaction, contrôlent la taille des chaînes polymères qui se forment et maintiennent le mélange stable. Les produits chimiques qui contrôlent ou démarrent la réaction sont des initiateurs, ceux qui contrôlent les chaînes polymères sont des modificateurs et les émulsifiants maintiennent le mélange sous forme d’émulsion stable.
Une réaction de polymérisation en émulsion se produit dans l’eau et le monomère peut avoir peu ou pas de solubilité dans l’eau, ce qui signifie qu’il reste séparé et ne se dissout pas. Lorsque les produits chimiques sont bien mélangés, les petites gouttelettes de monomère sont réparties uniformément dans toute la phase aqueuse et le restent grâce à l’action de l’émulsifiant. De très petites gouttelettes de monomère commencent à se former, appelées micelles, et sont entourées par les molécules d’initiateur et de modificateur. Chaque chaîne de monomère commence à se lier aux autres à l’intérieur de la micelle, jusqu’à ce que le monomère disparaisse.
La longueur de la chaîne polymère affectera à la fois les propriétés de la solution aqueuse et tout film sec créé à partir de celle-ci. Les fabricants contrôlent ces propriétés en faisant varier les quantités d’initiateur et de modificateurs, ainsi que les températures pendant la réaction. Le but d’une polymérisation en émulsion est de créer une peinture ou un adhésif qui conserve ses propriétés dans le temps et est facile à manipuler. Une réaction excessive peut créer des émulsions visqueuses très épaisses qui peuvent avoir des utilisations industrielles mais ne sont pas bien accueillies par les consommateurs.
La plupart des produits finis sont vendus sous forme de solutions à base d’eau. Les inquiétudes concernant les risques pour l’environnement et la santé des solvants ont conduit à une croissance des produits de polymérisation en émulsion au 21e siècle. Une fois appliqué comme revêtement, le polymère sèche et durcit et l’eau s’évapore sous forme de vapeur sans danger pour l’environnement. Le polymère ayant réagi peut également être séché par pulvérisation ou, dans certains cas, filtré hors de l’eau, mais cela est moins courant. D’autres types de réactions chimiques peuvent produire un produit sec plus facilement qu’à partir d’une émulsion aqueuse.
Des produits chimiques de caoutchouc synthétique ou artificiel peuvent également être produits dans des systèmes de polymérisation en émulsion. Le styrène-butadiène et le caoutchouc nitrile sont deux caoutchoucs synthétiques courants produits à partir de la chimie des émulsions. Le traitement de ces produits en un solide sec nécessite des étapes supplémentaires de lavage et de séchage pour éliminer les initiateurs ou autres produits chimiques. Ces matériaux peuvent éventuellement dégrader le caoutchouc s’ils ne sont pas éliminés.