InnoREX - υπερήχους Βελτιωμένη PLA διέλασης

Ultrasonic mixing, dispersing and emulsification improves the extrusion of polylactic acids (PLA). Implementing ultrasonication into extrusion lines increases yield and quality of the produced PLA.

Polylactide Synthesis

Polylactid οξέα ή πολυλακτίδιο (PLA) είναι ένα θερμοπλαστικό αλιφατικών πολυεστέρων, η οποία συντίθεται από οξύ και λακτίδιο μονομερή λακτίδιο. Λακτιδίου είναι ένα κυκλικό διεστέρας, η οποία προέρχεται από τη ζύμωση αμύλου φυτού (π.χ. άμυλο αραβοσίτου, ζαχαροκάλαμο) και χρησιμοποιείται ως υποκατάστατο φυτικής προέλευσης για τα πλαστικά. Με αυτόν τον τρόπο, η σύνθεση PLA ταιριάζει απόλυτα στο εύρος της πράσινης χημείας. PLA κέρδισε γρήγορα υψηλό ενδιαφέρον δεδομένου ότι είναι ένα βιο-based, βιοδιασπώμενα υποκατάστατο των πλαστικών συμβατικά πετρο-χημικής βάση.
Γεγονότα για PLA: PLA (C₃H₄ο₂) Η έχει μια πυκνότητα 1210-1430 kg / m³, Είναι αδιάλυτο στο νερό, σκληρότερα από PTFE και τήκεται σε θερμοκρασίες μεταξύ 150degC και 220degC.

Η InnoREX – Πρωτοποριακή μέθοδος πολυμερισμού

Η τρέχουσα διαδικασία παραγωγής της PLA απαιτεί καταλυτών που περιέχουν μέταλλο για να βελτιωθεί ο ρυθμός πολυμερισμού των λακτονών, οι οποίες είναι επικίνδυνες για την υγεία και το περιβάλλον. Όσον αφορά την προβληματική φύση της χρησιμοποίησης καταλύτη και την αυξανόμενη ζήτηση για biobased πολυμερή, το έργο InnoREX επικεντρώνεται στην ανάπτυξη μιας διαδικασίας πολυμερισμού, κατά την οποία το συμβατικό μέταλλο καταλυτών που περιέχουν αντικαθίσταται από ένα οργανικό καταλύτη και με τη βοήθεια των εναλλακτικών πηγών ενέργειας υψηλής ισχύος υπερήχων, μικροκύματα και λέιζερ.

Τα οργανικά καταλύτες αποδειχθεί ότι ελέγχει αποτελεσματικά τον πολυμερισμό του λακτιδίου, αλλά η δραστηριότητά τους πρέπει να βελτιωθεί για να ανταποκριθεί βιομηχανικά πρότυπα. Αυτό θα επιτευχθεί με την εισαγωγή εναλλακτικών πηγών ενέργειας της υπερήχων, Μικροκύματα και φως λέιζερ, δεδομένου ότι αυξάνουν την δραστικότητα του καταλύτη και επιτρέπει ακριβή έλεγχο της αντίδρασης με διέγερση μόνο μικρά μέρη του μίγματος της αντίδρασης χωρίς χρόνο απόκρισης.
Το έργο συνδυάζει, επομένως, ένα νέο σύστημα αντιδραστήρα, όπου οι εναλλακτικές πηγές ενέργειας εισάγονται στο μέσο, ​​με ένα οργανικό καταλύτη για να ληφθεί ένα άνευ-μετάλλου PLA σε ένα αντιδραστικό διαδικασία εξώθησης. (Βλέπε εικ. 1)
Ως εκ τούτου, το έργο InnoREX χρησιμοποιεί την ώρα ταχεία αντίδραση των μικροκυμάτων, υπερήχων και το φως λέιζερ για να επιτευχθεί μία επακριβώς ελεγχόμενη και αποτελεσματική συνεχούς πολυμερισμού υψηλού μοριακού βάρους PLA σε έναν εξωθητή διπλού κοχλία. Επιπλέον, σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας θα επιτευχθεί με συνδυασμό πολυμερισμού, επιδεινώνοντας και τη διαμόρφωση σε ένα βήμα παραγωγής.

Υψηλή υπερήχων ισχύος

Τρεις εναλλακτικές πηγές ενέργειας - υπερήχων, μικροκυμάτων και ακτινοβολία λέιζερ - συνδυάζονται για να επάγουν τον πολυμερισμό διάνοιξης δακτυλίου για να διασφαλίζεται η υψηλή πολυμερισμού μοριακού βάρους. Κατά τη διάρκεια του περιορισμένου χρόνου παραμονής στο θάλαμο του αντιδραστήρα, οι εναλλακτικές πηγές ενέργειας εισαγάγει τα απαιτούμενα αποτελέσματα αντίδραση οδήγηση εντός ενός κυττάρου ροής inline (βλέπε εικ. 2) σε μια υψηλής στόχευσης επίπεδο. Με αυτόν τον τρόπο, καταλύτες που περιέχουν μέταλλο, όπως κασσίτερος (II) 2-αιθυλεξανοϊκό, το οποίο είναι σε συμβατικές διεργασίες εξώθησης που απαιτείται για να αυξήσει το ποσοστό πολυμερισμού των λακτονών σε αποδεκτό αποτελεσματικό επίπεδο, μπορεί να αποφευχθεί.
Για το σύστημα πιλοτική μονάδα InnoREX, η υψηλή ισχύς υπερήχων επεξεργαστή Uip1000hd, Το οποίο είναι ικανό να παρέχει 1kW της ισχύος υπερήχων, έχει ενσωματωθεί. υπερήχων υψηλής ισχύος είναι πολύ γνωστή για τις θετικές επιπτώσεις του στην χημικές αντιδράσεις, οι οποίες είναι το φαινόμενο της sonochemistry. Όταν οι υψηλής ισχύος υπερηχητικά κύματα εισάγονται σε ένα υγρό μέσο, ​​τα κύματα δημιουργούν υψηλής πίεσης (συμπίεση) και χαμηλής πίεσης (αραίωση) κύκλοι με αποτέλεσμα υπερήχων σπηλαίωση. Η Σπηλαίωση περιγράφει "το σχηματισμό, την ανάπτυξη και την κατάρρευση των φυσαλίδων σε ένα υγρό. Η κατάρρευση του σπηλαίωσης παράγει έντονη τοπική θέρμανση (~ 5000 k), υψηλές πιέσεις (~ 1000 ATM) και τεράστιους ρυθμούς θέρμανσης και ψύξης (>109 K/SEC) "ένα τέτοιο υγρό ροή με υγρά πίδακες του ~ 400 km/h. (K.S. Σεπιδά 1998)
Τα υπερηχητικά δημιουργούνται cavitational δυνάμεις παρέχει κινητική ενέργεια, διασπορά των σωματιδίων και να δημιουργήσει ρίζες που υποστηρίζουν την χημική αντίδραση πολυμερισμού.
Γενική θετικά αποτελέσματα της επεξεργασίας με υπερήχους κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης πολυμερισμού είναι:

• έναρξη πολυμερισμού λόγω υπερηχοχημικώς δημιουργούνται ρίζες (κινητική πολυμερισμού)
• επιτάχυνση του ρυθμού πολυμερισμού
• στενότερο πολυ-dispersities, αλλά υψηλότερο μοριακό βάρος των πολυμερών
• πιο ομοιογενή αντίδραση και ως εκ τούτου μια κατώτερη κατανομή μηκών αλυσίδας

Λογοτεχνία / Αναφορές

• K.S. Suslick (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology? 4η έκδ. J. Wiley & Υιοί: Νέα Υόρκη, 1998, τομ. 26, 517-541.