Hielscher Ultrasonics
Vi vil med glæde diskutere din proces.
Ring til os: +49 3328 437-420
Send os en mail: info@hielscher.com

InnoREX – Ultralydsforbedret PLA-ekstrudering

Ultralydsblanding, dispergering og emulgering forbedrer ekstruderingen af polymælkesyrer (PLA). Implementering af ultralydbehandling i ekstruderingslinjer øger udbyttet og kvaliteten af den producerede PLA.

Polylactidsyntese

Polylactidsyrer eller polylactid (PLA) er en termoplastisk alifatisk polyester, der syntetiseres fra latidsyre og lactidmonomerer. Lactid er en cyklisk diester, der er afledt af fermenteret plantestivelse (f.eks. majsstivelse, sukkerrør) og bruges som plantebaseret erstatning for plast. Derved passer PLA-syntese perfekt ind i området for grøn kemi. PLA fik hurtigt stor interesse, da det er en biobaseret, biologisk nedbrydelig erstatning for den konventionelle petrokemiske plast.
Fakta om PLA: PLA (C3H4O2)n har en densitet på 1210-1430 kg/m3, er uopløselig i vand, hårdere end PTFE og smelter ved temperaturer mellem 150 °C og 220 °C.

InnoREX – Innovativ polymerisationsproces

Den nuværende produktionsproces for PLA kræver metalholdige katalysatorer for at forbedre polymerisationshastigheden af laktonerne, som er sundheds- og miljøfarlige. Med hensyn til den problematiske karakter af katalysatorudnyttelse og den stigende efterspørgsel efter biobaserede polymerer, fokuserer InnoREX-projektet på udviklingen af en polymerisationsproces, hvor de konventionelle metalholdige katalysatorer erstattes af en organisk katalysator og assisteres af de alternative energikilder ultralyd, mikrobølge og laser.

Højtydende 2kW ultralydsprocessor UIP2000hdT kombineret med dobbeltskrueekstruder

ultralydsapparat UIP2000hdT inden for ekstruderingssystem

Højtydende 2kW ultralydsprocessor UIP2000hdT kombineret med dobbeltskrueekstruder

Ultralydsapparat i ekstruderingssystem

Anmodning om oplysninger







Organiske katalysatorer har vist sig effektivt at kontrollere polymerisationen af lactid, men deres aktivitet skal stadig forbedres for at opfylde industrielle standarder. Dette vil blive opnået ved at indføre alternative energikilder til ultralyd, mikrobølger og laserlys, da de øger katalysatoraktiviteten og muliggør præcis kontrol af reaktionen ved kun at excitere små dele af reaktionsblandingen uden responstid.
Projektet kombinerer derfor et nyt reaktorsystem, hvor de alternative energikilder introduceres i mediet, med en organisk katalysator for at opnå en metalfri PLA i en reaktiv ekstruderingsproces. (se billede 1)
Derfor bruger InnoREX-projektet den hurtige responstid for mikrobølger, ultralyd og laserlys til at opnå en præcist kontrolleret og effektiv kontinuerlig polymerisation af PLA med høj molekylvægt i en dobbeltskrueekstruder. Derudover vil der opnås betydelige energibesparelser ved at kombinere polymerisation, sammensætning og formning i ét produktionstrin.

Ultralyd bruges som en alternativ energi til at forbedre den reaktive ekstrudering af PLA. (Klik for at forstørre!)

Billede 1: En ny måde at forbedre polymerisationen af PLA på (kilde InnoREX)

Ultralydbehandling for forbedret polymerisation af PLA

UIP2000hd – 2kW ultralydsprocessor brugt i R&D-stadiet af InnoREX

ultralyd med høj effekt

Tre alternative energikilder – ultralyd, mikrobølge og laserbestråling – kombineres for at inducere ringåbningspolymerisationen for at sikre polymerisation med høj molekylvægt. I løbet af den begrænsede opholdstid i reaktorkammeret introducerer de alternative energikilder den nødvendige reaktionsdrivende påvirkning i en inline flowcelle (se billede 2) på et meget målrettet niveau. Derved kan metalholdige katalysatorer såsom tin (II) 2-ethylhexanoat, som i konventionelle ekstruderingsprocesser kræves for at hæve laconernes polymerisationshastighed til et acceptabelt effektivt niveau, undgås.
Til InnoREX pilotanlægssystemet, ultralydsprocessoren med høj effekt UIP1000hd, som er i stand til at levere 1 kW ultralydseffekt, er blevet integreret. Ultralyd med høj effekt er kendt for sine positive virkninger på kemiske reaktioner, som er fænomenet sonokemi. Når ultralydsbølger med høj effekt introduceres i et flydende medium, skaber bølgerne højtryks- (kompression) og lavtrykscyklusser (sjældne), hvilket resulterer i ultralyd Kavitation. Kavitation beskriver "dannelse, vækst og implosivt kollaps af bobler i en væske. Kavitationelt kollaps producerer intens lokal opvarmning (~5000K), høje tryk (~1000 atm) og enorme opvarmnings- og kølehastigheder (>109 K/sek)" sådan en væskestrømning med væskestråler på ~400 km/t. (K.S. Suslick 1998)
De ultralydsgenererede kavitationskræfter giver kinetisk energi, spreder partiklerne og skaber radikaler, der understøtter den kemiske polymerisationsreaktion.
Generelle positive virkninger af sonikering under en polymerisationsreaktion er:

  • initiering af polymerisation på grund af sonokemisk skabte radikaler (polymerisationskinetik)
  • acceleration af polymerisationshastigheden
  • smallere polydispersioner, men højere molekylvægt af polymererne
  • mere homogen reaktion og dermed en lavere fordeling af kædelængder
The picture shows the process setup of combined ultrasound (HIelscher's UIP2000hd), microwave and laser to induce a ring-opening polymerization under absence of metal-containing catalysts

Billede 2: Procesopsætning med ultralyd, mikrobølge og laser for at opnå en ringåbningspolymerisation uden brug af metalholdige katalysatorer (Kilde: InnoREX)

Kontakt os / spørg for mere information

Tal med os om dine behandlingskrav. Vi vil anbefale de bedst egnede opsætnings- og behandlingsparametre til dit projekt.










Bitte beachten Sie unsere Datenschutzerklärung.


Litteratur/Referencer

  • K.S. Suslick (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4. udg. J. Wiley & Sønner: New York, 1998, vol. 26, 517-541.
Ultralyd med høj pwer fra Hielscher bruges som alternativ energikilde i InnoREX-projektet til metalfri polymerisation af PLA

Klik her for at se InnoREX-plakaten!


Vi vil med glæde diskutere din proces.

Lad os tage kontakt.