InnoREX - ultraheli parandatud PLA ekstrusioon

Ultraheli segamine, hajutamine ja emulgeerimine parandab polülaktiliste hapete ekstrusiooni (PLA). Ultraheli rakendamine ekstrusiooniliinidele suurendab toodetud PLA saagikust ja kvaliteeti.

Polülaktiidi süntees

Polülaktiidhape või polülaktiid (PLA) on termoplastiline alifaatne polüester, mis sünteesitakse laktaadhappe ja laktiidmonomeeridest. Laktiid on tsükliline diester, mis on saadud kääritatud taimset tärklist (nt maisitärklis, suhkrurook) ja mida kasutatakse taimsete plastmasside asendajatena. Selle tulemusena sobib PLA süntees suurepäraselt rohelise keemia vahemikku. PLA sai kiiresti suure huvi, sest see on bioloogiliselt lagunev asendus traditsiooniliste naftakeemiatööstuses kasutatavate plastidega.
PLA faktid: PLA (C₃H₄O₂) n tihedus on 1210-1430 kg / m³, on vees mitte lahustuv, raskem kui PTFE ja sulab temperatuurivahemikus 150 ° C kuni 220 ° C.

InnoREX – Uuenduslik polümerisatsiooniprotsess

PLA praegune tootmisprotsess nõuab metallisisaldusega katalüsaatoreid, et parandada tervisele ja keskkonnale ohtlike laktoonide polümerisatsioonikiirust. Mis puutub katalüsaatori kasutamise problemaatilisust ja kasvavat nõudlust biopõhiste polümeeride järele, keskendub InnoREXi projekt polümerisatsiooniprotsessi arendamisele, milles tavapärased metallide sisaldavad katalüsaatorid on asendatud orgaanilise katalüsaatoriga ja mida abistavad suure võimsusega alternatiivsed energiaallikad ultraheli, mikrolaineahi ja laser.

On näidatud, et orgaanilised katalüsaatorid tõhusalt kontrollivad laktiidi polümerisatsiooni, kuid nende tegevust tuleb veel täiustada, et see vastaks tööstuslikele standarditele. See saavutatakse alternatiivsete energiaallikate kasutuselevõtuga ultraheliuuringud, mikrolained ja laserkiirgus, kuna need suurendavad katalüsaatorite aktiivsust ja võimaldavad reaktsiooni täpse juhtimise, reaktsioonisegusse ainult reaktsioonisegu väikeste osade põlemisega.
Seega ühendab projekt uut reaktorisüsteemi, kus alternatiivsed energiaallikad sisestatakse keskkonda orgaanilise katalüsaatoriga, et saada metallivaba PLA reaktiivse ekstrusiooniprotsessi käigus. (vt pilt 1)
Seetõttu kasutab InnoREX projekt mikrolainete, ultraheli ja laserkiirguse kiiret reageerimisaega, et saavutada kahe molekulmassiga ekstruuderis täpselt kontrollitud ja efektiivne pidev polümerisatsioon kõrge molekulmassiga PLA-ga. Lisaks sellele saavutatakse märkimisväärne energiasääst, kombineerides polümerisatsiooni, liitmist ja vormimist ühes tootmisetapis.

Suure võimsusega ultraheliuuringud

Kolm alternatiivset energiaallikat - ultraheli, mikrolaine ja laserkiirgust - kombineeritakse, et kutsuda üles ringi avanemise polümerisatsioon, et tagada kõrge molekulmassiga polümerisatsioon. Alternatiivsete energiaallikate piiratud viibimisaja jooksul reaktorikambris viiakse reaktsioonijuhtimise nõutav mõju sisselaskevoolukanalile (vt joonis 2) kõrgelt suunatud tasemel. Sealjuures on võimalik vältida metallisisaldusega katalüsaatoreid nagu tina (II) 2-etüülheksanaati, mis on tavapärastes ekstrusioonprotsessides, mis on vajalikud laktoonide polümerisatsiooni kiiruse tõstmiseks vastuvõetava efektiivse tasemeni.
InnoREXi piloottehnoloogia süsteemi puhul on tegemist suure võimsusega ultraheli protsessoriga UIP1000hd, mis on võimeline andma 1 kw ultraheli võimsust, on integreeritud. Kõrge võimsusega ultraheli on tuntud oma positiivse mõju tõttu keemilistele reaktsioonidele, mis on sonokheemia nähtus. Kui suure võimsusega ultraheli lained sisestatakse vedelasse keskkonda, tekitavad lained kõrge rõhu (kokkusurumise) ja madala rõhu (lahutusfunktsioon) tsüklit, mille tulemuseks on ultraheli kavitatsioon. Kavitatsioon kirjeldab mullide teket, kasvu ja implosiivset kokkukukkumist vedelikus. Cavitational kokkuvarisemine toodab intensiivset kohalikku kütmist (~ 5000K), kõrget survet (~ 1000 ATM) ning tohutuid kütte-ja jahutusmäärasid (>109 K/SEK) "sellise vedeliku voogesitus vedelikega, mis on ~ 400 km/h. (K.S. Suslick 1998)
Ultraheli genereeritavad kaavitatsioonijõud pakuvad kineetilist energiat, hajuvad osakesed ja loovad radikaalid, mis toetavad keemilise polümerisatsiooni reaktsiooni.
Polümerisatsioonireaktsiooni üldine positiivne mõju ultrahelitöötluse ajal on:

• Sonokheemiliselt loodud radikaalide tõttu tekkinud polümerisatsiooni alustamine (polümerisatsiooni kineetika)
• polümerisatsiooni kiiruse kiirendamine
• kitsamad polü-dispersioonid, kuid polümeeride suurem molekulmass
• rohkem homogeenset reaktsiooni ja seega ahela pikkuse väiksemat jaotumist

Kirjandus / viited

• KS Suslik (1998): Kirk-Othmeri keemiatehnoloogia entsüklopeedia; 4. Ed. J. Wiley & Sosed: New York, 1998, vol. 26, 517-541.