InnoREX – Ultrasəslə təkmilləşdirilmiş PLA ekstruziyası

Ultrasəslə qarışdırma, dispersləşdirmə və emulsiyalaşdırma polilaktik turşuların (PLA) ekstruziyasını yaxşılaşdırır. Ekstruziya xətlərinə ultrasəs emalının tətbiqi istehsal olunan PLA-nın çıxımını və keyfiyyətini artırır.

Polilaktidin sintezi

Polilaktik turşular və ya polilaktid (PLA) laktik turşu və laktid monomerlərindən sintez edilən termoplastik alifatik poliesterdir. Laktid fermentləşdirilmiş bitki nişastasından (məsələn, qarğıdalı nişastası, şəkər qamışı) əldə edilən və plastiklərin bitki mənşəli əvəzedicisi kimi istifadə olunan tsiklik diesterdir. Beləliklə, PLA sintezi yaşıl kimya sahəsinə mükəmməl uyğun gəlir. PLA ənənəvi neft-kimya əsaslı plastiklərin bioloji mənşəli, bioloji parçalana bilən əvəzedicisi olduğundan qısa müddətdə böyük maraq doğurmuşdur.
PLA haqqında faktlar: PLA (C₃H₄O₂)n üçün sıxlıq 1210–1430 kg/m³ təşkil edir; o, suda həll olmur, PTFE-dən daha sərtdir və 150degC ilə 220degC arasındakı temperaturlarda əriyir.

InnoREX – İnnovativ polimerləşmə prosesi

PLA-nın hazırkı istehsal prosesi laktonların polimerləşmə sürətini artırmaq üçün sağlamlıq və ətraf mühit üçün təhlükəli olan metal tərkibli katalizatorlar tələb edir. Katalizatorlardan istifadənin problemli xarakterini və bioloji mənşəli polimerlərə artan tələbatı nəzərə alaraq, InnoREX layihəsi ənənəvi metal tərkibli katalizatorların üzvi katalizatorla əvəz edildiyi və yüksək güclü ultrasəs, mikrodalğa və lazer kimi alternativ enerji mənbələri ilə dəstəklənən polimerləşmə prosesinin hazırlanmasına yönəlmişdir.

Üzvi katalizatorların laktidin polimerləşməsini səmərəli şəkildə idarə etdiyi göstərilmişdir, lakin sənaye standartlarına cavab vermək üçün onların aktivliyi hələ də artırılmalıdır. Buna alternativ enerji mənbələri olan ultrasəsin, mikrodalğaların və lazer işığının tətbiqi ilə nail olunacaq, çünki onlar katalizatorun aktivliyini artırır və reaksiya qarışığının yalnız kiçik hissələrini cavab gecikməsi olmadan həyəcanlandırmaqla reaksiyanı dəqiq idarə etməyə imkan verir.
Buna görə də layihə reaktiv ekstruziya prosesində metalsız PLA əldə etmək üçün alternativ enerji mənbələrinin mühitə daxil edildiyi yeni reaktor sistemini üzvi katalizatorla birləşdirir. (şək. 1-ə baxın)
Beləliklə, InnoREX layihəsi ikişnekli ekstruderdə yüksək molekulyar kütləli PLA-nın dəqiq idarə olunan və səmərəli fasiləsiz polimerləşməsinə nail olmaq üçün mikrodalğaların, ultrasəsin və lazer işığının sürətli cavab müddətindən istifadə edir. Bundan əlavə, polimerləşmə, kompaundlaşdırma və formalaşdırmanın bir istehsal mərhələsində birləşdirilməsi ilə əhəmiyyətli enerji qənaətinə nail olunacaq.

Yüksək güclü ultrasəs

Üç alternativ enerji mənbəyi – ultrasəs, mikrodalğa və lazer şüalanması – yüksək molekulyar kütlə ilə nəticələnən polimerləşməni təmin etmək məqsədilə halqanın açılması ilə gedən polimerləşməni başlatmaq üçün birləşdirilir. Reaktor kamerasında məhdud qalma müddəti ərzində alternativ enerji mənbələri reaksiyanın gedişi üçün tələb olunan təsiri axın xəttinə qoşulmuş axın hüceyrəsinə (şək. 2-yə baxın) yüksək dərəcədə hədəflənmiş şəkildə ötürür. Beləliklə, ənənəvi ekstruziya proseslərində laktonların polimerləşmə sürətini məqbul səmərəlilik səviyyəsinə çatdırmaq üçün tələb olunan qalay (II) 2-etilheksanoat kimi metal tərkibli katalizatorların istifadəsindən qaçmaq mümkündür.
InnoREX-in pilot qurğu sisteminə yüksək güclü ultrasəs prosessoru UIP1000hd, 1kW ultrasəs gücü təmin etmək qabiliyyəti ilə, inteqrasiya edilmişdir. Yüksək güclü ultrasəs kimyəvi reaksiyalara müsbət təsirləri ilə yaxşı tanınır; bu, sonokimya hadisəsidir. Yüksək güclü ultrasəs dalğaları maye mühitə daxil edildikdə yüksək təzyiq (sıxılma) və aşağı təzyiq (seyrəkləşmə) dövrləri yaradır və bu, ultrasəs kavitasiyası ilə nəticələnir. Kavitasiya «mayedə qabarcıqların əmələ gəlməsi, böyüməsi və içəriyə doğru çökməsi»ni ifadə edir. Kavitasiyalı çökmə intensiv yerli qızma (~5000K), yüksək təzyiqlər (~1000 atm) və olduqca yüksək qızma və soyuma sürətləri (>109 K/sec), həmçinin ~400 km/h sürətli maye şırnaqları ilə maye axını yaradır. (K.S. Suslick 1998)
Ultrasəslə yaradılan kavitasiya qüvvələri kinetik enerji təmin edir, hissəcikləri dispersləşdirir və kimyəvi polimerləşmə reaksiyasını dəstəkləyən radikallar yaradır.
Polimerləşmə reaksiyası zamanı ultrasəs emalının ümumi müsbət təsirləri bunlardır:

• sonokimyəvi yolla yaradılan radikallar hesabına polimerləşmənin başlanması (polimerləşmə kinetikası)
• polimerləşmə sürətinin artırılması
• daha dar polidisperslik, lakin polimerlərin daha yüksək molekulyar kütləsi
• daha homogen reaksiya və nəticədə zəncir uzunluqlarının daha dar paylanması

Ədəbiyyat/İstinadlar

• K.S. Suslick (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4-cü nəşr. J. Wiley & Sons: New York, 1998, cild 26, 517–541.