InnoREX - بثق PLA محسن بالموجات فوق الصوتية

يعمل الخلط بالموجات فوق الصوتية والتشتت والاستحلاب على تحسين قذف الأحماض متعددة اللبنيك (PLA). تنفيذ الموجات فوق الصوتية في خطوط البثق يزيد من العائد والجودة من جيش التحرير الشعبى الصينى المنتجة.

تخليق بولي لاكتيد

أحماض Polylactid أو polylactide (PLA) عبارة عن بوليستر أليفاتي لدن بالحرارة ، يتم تصنيعه من حمض اللاكتيد ومونومرات اللاكتيد. اللاكتيد هو ديستر دوري ، مشتق من نشا النبات المخمر (مثل نشا الذرة وقصب السكر) ويستخدم كبديل نباتي للبلاستيك. وبالتالي ، فإن تخليق جيش التحرير الشعبى الصينى يتناسب تماما مع نطاق الكيمياء الخضراء. اكتسب PLA اهتماما كبيرا بسرعة لأنه بديل حيوي قابل للتحلل البيولوجي للبلاستيك التقليدي القائم على البتروكيماويات.
حقائق عن جيش التحرير الشعبى الصينى: جيش التحرير الشعبى الصينى (C₃H₄O₂) n كثافته 1210-1430 كجم / م³، غير قابل للذوبان في الماء ، أصعب من PTFE ويذوب في درجات حرارة تتراوح بين 150 درجة مئوية و 220 درجة مئوية.

إنوركس – عملية البلمرة المبتكرة

تتطلب عملية الإنتاج الحالية ل PLA محفزات تحتوي على معادن لتحسين معدل بلمرة اللاكتونات ، والتي تشكل خطرا على الصحة والبيئة. فيما يتعلق بالطبيعة الإشكالية لاستخدام المحفز والطلب المتزايد على البوليمرات الحيوية ، يركز مشروع InnoREX على تطوير عملية البلمرة ، حيث يتم استبدال المحفزات التقليدية المحتوية على المعدن بمحفز عضوي وبمساعدة مصادر الطاقة البديلة للموجات فوق الصوتية عالية الطاقة والميكروويف والليزر.

لقد ثبت أن المحفزات العضوية تتحكم بكفاءة في بلمرة اللاكتيد ، ولكن لا يزال يتعين تحسين نشاطها لتلبية المعايير الصناعية. وسيتم تحقيق ذلك من خلال إدخال طاقات بديلة من الموجات فوق الصوتيةوالموجات الدقيقة وضوء الليزر لأنها تزيد من نشاط العامل الحفاز وتمكن من التحكم الدقيق في التفاعل عن طريق إثارة أجزاء صغيرة فقط من خليط التفاعل دون وقت استجابة.
لذلك يجمع المشروع بين نظام مفاعل جديد ، حيث يتم إدخال مصادر الطاقة البديلة في الوسط ، مع محفز عضوي للحصول على PLA خال من المعادن في عملية بثق تفاعلية. (انظر الصورة 1)
لذلك ، يستخدم مشروع InnoREX وقت الاستجابة السريع لأفران الميكروويف والموجات فوق الصوتية وضوء الليزر لتحقيق بلمرة مستمرة يتم التحكم فيها بدقة وكفاءة ل PLA عالي الوزن الجزيئي في آلة بثق ثنائية اللولب. بالإضافة إلى ذلك ، سيتم تحقيق وفورات كبيرة في الطاقة من خلال الجمع بين البلمرة والمضاعفة والتشكيل في خطوة إنتاج واحدة.

الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة

يتم الجمع بين ثلاثة مصادر بديلة للطاقة - الموجات فوق الصوتية والميكروويف وإشعاع الليزر - للحث على بلمرة فتح الحلقة لضمان البلمرة عالية الوزن الجزيئي. خلال فترة الإقامة المحدودة في غرفة المفاعل ، تقدم مصادر الطاقة البديلة تأثير دفع التفاعل المطلوب في خلية تدفق مضمنة (انظر الصورة 2) على مستوى مستهدف للغاية. وبالتالي ، يمكن تجنب المحفزات المحتوية على المعادن مثل القصدير (II) 2-إيثيل هكسانوات ، وهو في عمليات البثق التقليدية المطلوبة لرفع معدل بلمرة اللاكتونات إلى مستوى كفاءة مقبول.
بالنسبة لنظام المصنع التجريبي InnoREX ، المعالج بالموجات فوق الصوتية عالي الطاقة UIP1000hd، وهو قادر على توفير 1kW من طاقة الموجات فوق الصوتية ، تم دمجه. الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة معروفة جيدا بآثارها الإيجابية على التفاعلات الكيميائية ، وهي ظاهرة سونوكيمياء. عندما يتم إدخال الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة في وسط سائل ، تخلق الموجات دورات ضغط عالي (ضغط) وضغط منخفض (تخلخل) مما يؤدي إلى الموجات فوق الصوتية التجويف. يصف التجويف "تكوين ونمو وانهيار الفقاعات في السائل. ينتج عن انهيار التجويف تسخين محلي مكثف (~ 5000 كلفن) ، وضغوط عالية (~ 1000 ضغط جوي) ، ومعدلات تسخين وتبريد هائلة (>109 K / sec)" مثل تدفق السائل مع نفاثات سائلة ~ 400 كم / ساعة. (KS Suslick 1998)
توفر قوى التجويف المتولدة بالموجات فوق الصوتية الطاقة الحركية ، وتشتت الجسيمات وتخلق جذور تدعم تفاعل البلمرة الكيميائية.
الآثار الإيجابية العامة للصوتنة أثناء تفاعل البلمرة هي:

• بدء البلمرة بسبب الجذور التي تم إنشاؤها بالموجات فوق الصوتية (حركية البلمرة)
• تسريع معدل البلمرة
• تشتتات متعددة أضيق ، ولكن وزن جزيئي أعلى للبوليمرات
• تفاعل أكثر تجانسا وبالتالي توزيع أقل لأطوال السلسلة

الأدب / المراجع

• KS Suslick (1998): موسوعة كيرك أوثمر للتكنولوجيا الكيميائية. 4 إد جيه وايلي & الأبناء: نيويورك، 1998، المجلد 26، 517-541.