Ultrazvukové míchání, disperze a emulgifikace zlepšuje vytlačování polylaktických kyselin (PLA). Implementace ultrazvuku do vytlačovací linky zvyšuje výtěžnost a kvalitu vyrobené PLA.

Syntéza polylaktidu

Polylactid kyseliny nebo polylaktid (PLA) je termoplastický alifatický polyester, který se syntetizuje z kyseliny a laktid monomerů mléčnou. Laktid je cyklický diester, který je odvozen z fermentované rostlin škrob (např. Kukuřičný škrob, cukrová třtina), a je používán jako náhrada rostlin na bázi plastů. Tím, syntéza PLA dokonale zapadá do rozsahu zelené chemie. PLA získal rychle velký zájem, protože je bio-bázi, biologicky odbouratelné plasty náhradou konvenční petro-chemické bázi.
Fakta o PLA: PLA (C₃H₄Ó₂) N má hustotu 1210-1430 kg / m³, Je nerozpustný ve vodě, tvrdší než PTFE a taje při teplotě v rozmezí 150degC a 220degC.

Funkce InnoREX – Inovativní postup polymerace

Stávající výrobní proces vyžaduje PLA katalyzátory obsahující kov ke zlepšení rychlosti polymerace laktonů, které jsou nebezpečné pro zdraví a životní prostředí. Pokud jde o problematičnost využití katalyzátoru a rostoucí poptávku po biologického polymerů, projekt InnoREX se zaměřuje na vývoj polymerizačního procesu, ve kterém je konvenční kov obsahující katalyzátory nahrazen organickým katalyzátorem a za pomoci alternativních zdrojů energie s vysokým výkonem ultrazvuk, mikrovlnná trouba a laser.

Organické katalyzátory bylo prokázáno, že účinně řídit polymerizaci laktidu, ale jejich účinnost je třeba ještě zlepšit, aby splnění průmyslových standardů. Toho bude dosaženo zavedením alternativních energií ultrazvuk, Mikrovlnné trouby a laserové světlo, protože zvyšují katalytickou aktivitu a umožňují přesné řízení reakce zajímavé pouze malé části reakční směsi, bez doby odezvy.
Projekt tedy kombinuje nový reaktorový systém, kde jsou alternativní zdroje energie zavádí do média, s organickým katalyzátorem, čímž se získá kovový bez PLA v reaktivním vytlačováním. (Viz obr. 1)
Proto je projekt InnoREX používá rychlou dobu odezvy, mikrovlnná trouba, ultrazvukem a laserového světla, aby se dosáhlo přesně řízený a efektivní kontinuální polymeraci s vysokou molekulovou hmotností CHKO v dvoušnekovém vytlačovacím stroji. Navíc bude významné úspory energie je dosaženo kombinací polymerace, směšování a tvarování v jednom výrobním kroku.

High Power Ultrazvuk

Tři alternativní zdroje energie - ultrazvuková, mikrovlnná trouba a laserové záření - jsou kombinovány pro vyvolání otevření kruhu polymerace pro zajištění polymerace s vysokou molekulovou hmotností. Během omezenou dobu zdržení v reaktorové komoře, alternativní zdroje energie zavést požadované reakční řízení dopad do in-line průtokové buňky (viz obr. 2) na vysoce cílené úrovni. Tím, katalyzátory obsahující kov, jako například cín (II), 2-ethylhexanoát, což je v běžných vytlačovacích postupech, které mají zvýšit rychlost polymerace laktonů na přijatelnou úroveň efektivní, může být zabráněno.
Pro poloprovozní systému InnoREX, ultrazvukový procesor s vysokým výkonem UIP1000hd, Který je schopen poskytnout 1 kWh ultrazvukové energie, byl integrován. Vysoký výkon ultrazvuku je dobře znám pro své pozitivní účinky na chemických reakcí, což je fenomén sonochemie. Když jsou výkonové ultrazvukové vlny zavádí do kapalného média, vlny vytvořit vysokotlaký (kompresního) a nízkotlaké (zředění) cyklů za následek ultrazvuku kavitace. Kavitace popisuje "vznik, růst a Implozivní kolaps bublin v tekutině." Cavitační kolaps produkuje intenzivní místní topení (~ 5000 k), vysoké tlaky (~ 1000 ATM) a enormní hodnoty topení a chlazení (>109 K/s) "takové tekuté proudové proudy s kapalným proudem ~ 400 km/h. (K.S. Suslick 1998)
Ultrazvukem generované kavitačné síly poskytují kinetickou energii, disperzi částic a vytvořit radikály podporují chemické polymerační reakci.
Obecné pozitivní účinky ultrazvuku v průběhu polymerační reakce jsou:

• zahájení polymerace v důsledku sonochemically vytvořených radikálů (polymerační kinetika)
• zrychlení rychlosti polymerace
• užší poly-dispersities, ale s vyšší molekulovou hmotností polymerů
• více homogenní reakce, a tím nižší distribuce délek řetězců

Literatura / Reference

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