InnoREX - ultralyd Forbedret PLA Ekstrudering

Ultralydblanding, spredning og emulgering forbedrer ekstrudering af polylaktiske syrer (PLA). Implementering af ultralydbehandling i ekstruderingslinjer øger udbyttet og kvaliteten af den producerede PLA.

Polylactidsyntese

Polylactid syrer eller polylactid (PLA) er en termoplastisk alifatisk polyester, der er syntetiseret fra mælkesyre og lactid monomerer. Lactid er en cyklisk diester, som er afledt af fermenterede plante stivelse (for eksempel majsstivelse, sukkerrør) og anvendes som plantebaseret erstatning for plast. Dermed PLA syntese passer perfekt ind i rækken af ​​grøn kemi. PLA fik hurtigt stor interesse, da det er en bio-baseret, biologisk nedbrydeligt erstatning til de traditionelle petrokemiske baseret plast.
Fakta om PLA: PLA (C₃H₄den₂) N har en densitet på 1210-1430 kg / m³, Er uopløselig i vand, hårdere end PTFE og smelter ved temperaturer mellem 150degC og 220degC.

InnoREX – Innovative polymerisationsproces

Den nuværende produktionsproces af PLA kræver metalholdige katalysatorer til forbedring af hastigheden for polymerisering af lactoner, som er farlige for sundheden og miljøet. Om problematisk karakter af katalysator udnyttelse og den voksende efterspørgsel efter biobaserede polymerer, den InnoREX projekt fokuserer på udviklingen af ​​en polymerisationsproces, ved hvilken den konventionelle metalholdige katalysatorer er erstattet med en organisk katalysator og bistået af de alternative energikilder på høj effekt ultralyd, mikroovn og laser.

Organiske katalysatorer er blevet vist at effektivt at kontrollere polymerisationen af ​​lactid, men deres aktivitet skal stadig forbedres for at opfylde industrielle standarder. Dette vil blive opnået ved indførelse af alternative energier ultralyd, mikrobølger og laserlys, da de øger katalysatoraktiviteten og muliggør præcis kontrol af reaktionen ved kun at spole små dele af reaktionsblandingen uden reaktionstid.
Projektet kombinerer derfor et nyt reaktorsystem, hvor de alternative energikilder indføres i mediet, med en organisk katalysator til opnåelse af en metalfri PLA i en reaktiv ekstruderingsproces. (se billede 1)
Derfor bruger InnoREX-projektet den hurtige responstid for mikrobølger, ultralyd og laserlys til opnåelse af en præcist styret og effektiv kontinuerlig polymerisering af PLA med høj molekylvægt i en dobbeltskrue ekstruder. Derudover opnås betydelige energibesparelser ved at kombinere polymerisering, sammensætning og formgivning i et produktionstrin.

High Power Ultralyd

Tre alternative energikilder - ultralyd, mikrobølge og laser irradiation - kombineres for at inducere polymerisation ringåbnende at sikre høj molekylvægt polymerisation. I den begrænsede opholdstid i reaktorkammeret, de alternative energikilder indføre den krævede reaktion drivende virkning ind i en indbygget flowcellen (se pic. 2) ved en yderst målrettet plan. Derved, metalholdige katalysatorer, såsom tin (II) 2-ethylhexanoat, som er i konventionelle ekstruderingsprocesser kræves for at hæve polymerisationshastighed på lactonerne til et acceptabelt effektivt niveau, kan undgås.
For InnoREX pilotanlæg system, høj effekt ultralyds-processor UIP1000hd, Som er i stand til at tilvejebringe 1kW af ultralyd magt, er blevet integreret. Høj effekt ultralyd er kendt for sine positive virkninger på kemiske reaktioner, hvilket er fænomenet sonochemistry. Når højeffekt ultralydbølger indføres i et flydende medium, bølgerne skabe høj tryk (kompression) og lav-tryk (rarefikation) cyklusser resulterer i ultralyd kavitation. Kavitation beskriver "dannelse, vækst og implosiv sammenbrud af bobler i en væske. Cavitational sammenbrud producerer intens lokal opvarmning (~ 5000K), højt tryk (~ 1000 ATM), og enorme opvarmning og køling satser (>109 K/sek) "sådan en s flydende streaming med flydende stråler på ~ 400 km/h. (K.S. Suslick 1998)
De ultralydsgenereret kavitationskræfter tilvejebringe kinetisk energi, dispergere partiklerne og skabe radikaler understøtter den kemiske polymerisationsreaktionen.
Generelle positive virkninger af lydbehandling under en polymerisationsreaktion er:

• initiering af polymerisation på grund af sonochemically oprettede grupper (polymerisationskinetik)
• acceleration af polymerisationshastigheden
• smallere poly-dispersities, men højere molekylvægt af polymererne
• mere homogen reaktion og dermed en lavere fordeling af kædelængder

Litteratur / Referencer

• KS Suslick (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4. udgave. J. Wiley & Sønner: New York, 1998, vol. 26, 517-541.