InnoREX – Ultraheli täiustatud PLA ekstrusioon
Ultraheli segamine, hajutamine ja emulgeerimine parandab polüpiimhapete (PLA) ekstrusiooni. Ultraheli rakendamine ekstrusiooniliinidesse suurendab toodetud PLA saagikust ja kvaliteeti.
Polülaktiidi süntees
Polülaktiidhapped või polülaktiid (PLA) on termoplastne alifaatne polüester, mis sünteesitakse laktiidhappe ja laktiidi monomeeridest. Laktiid on tsükliline diester, mis on saadud kääritatud taimetärklisest (nt maisitärklis, suhkruroog) ja mida kasutatakse plastide taimse asendajana. Seega sobib PLA süntees ideaalselt rohelise keemia valikusse. PLA saavutas kiiresti suure huvi, kuna see on biopõhine, biolagunev asendaja tavapärastele naftakeemial põhinevatele plastidele.
Faktid PLA kohta: PLA (C3H4O2)n tihedus on 1210-1430 kg/m3, on vees lahustumatu, kõvem kui PTFE ja sulab temperatuuril 150 ° C kuni 220 ° C.
InnoREX – Innovatiivne polümerisatsiooniprotsess
PLA praegune tootmisprotsess nõuab tervisele ja keskkonnale ohtlike laktoonide polümerisatsioonikiiruse parandamiseks metalli sisaldavaid katalüsaatoreid. Mis puudutab katalüsaatorite kasutamise problemaatilist olemust ja kasvavat nõudlust biopõhiste polümeeride järele, keskendub InnoREXi projekt polümerisatsiooniprotsessi arendamisele, kus tavapärased metalli sisaldavad katalüsaatorid asendatakse orgaanilise katalüsaatoriga ja neid abistavad suure võimsusega ultraheli, mikrolaine ja laseri alternatiivsed energiaallikad.

Ultrasonikaator UIP2000hdT ekstrusioonisüsteemis
Seetõttu ühendab projekt uudse reaktorisüsteemi, kus alternatiivsed energiaallikad viiakse keskkonda, orgaanilise katalüsaatoriga, et saada reaktiivses ekstrusiooniprotsessis metallivaba PLA. (vt pilt 1)
Seetõttu kasutab InnoREXi projekt mikrolainete, ultraheli ja laservalguse kiiret reageerimisaega, et saavutada täpselt kontrollitud ja tõhus suure molekulmassiga PLA pidev polümerisatsioon kaksikkruvi ekstruuderis. Lisaks saavutatakse märkimisväärne energiasääst, kombineerides polümerisatsiooni, liitmist ja vormimist ühes tootmisetapis.

UIP2000hd – 2kW ultraheli protsessor, mida kasutatakse R-is&InnoREXi D-etapp
suure võimsusega ultraheli
Kolm alternatiivset energiaallikat - ultraheli, mikrolaine ja laserkiirgus - ühendatakse rõnga avava polümerisatsiooni indutseerimiseks, et tagada suure molekulmassiga polümerisatsioon. Piiratud viibimisaja jooksul reaktorikambris viivad alternatiivsed energiaallikad vajaliku reaktsiooni põhjustava mõju sissevoolu kambrisse (vt joonis 2) väga sihitud tasemel. Seega on võimalik vältida metalli sisaldavaid katalüsaatoreid, nagu tina (II) 2-etüülheksanoaat, mis on tavapärastes ekstrusiooniprotsessides, mis on vajalikud laktoonide polümerisatsioonikiiruse tõstmiseks vastuvõetavale tõhusale tasemele.
InnoREX piloottehase süsteemi jaoks on suure võimsusega ultraheli protsessor UIP1000hd, mis on võimeline andma 1kW ultraheli võimsust, on integreeritud. Suure võimsusega ultraheli on tuntud oma positiivse mõju kohta keemilistele reaktsioonidele, mis on sonokeemia nähtus. Kui suure võimsusega ultraheli lained viiakse vedelasse keskkonda, tekitavad lained kõrgsurve (kokkusurumine) ja madala rõhuga (haruldane) tsüklid, mille tulemuseks on ultraheli Kavitatsioon. Kavitatsioon kirjeldab "mullide moodustumist, kasvu ja implosiivset kokkuvarisemist vedelikus. Kavitatsiooniline kollaps tekitab intensiivset kohalikku kütet (~ 5000K), kõrget rõhku (~ 1000 atm) ning tohutuid kütte- ja jahutuskiirusi (>109 K/sek)" selline s vedelik voolab vedelikujoaga ~400 km/h. (K.S. Suslick 1998)
Ultraheli genereeritud kavitatsioonijõud pakuvad kineetilist energiat, hajutavad osakesi ja loovad keemilist polümerisatsioonireaktsiooni toetavaid radikaale.
Ultrahelitöötluse üldised positiivsed mõjud polümerisatsioonireaktsiooni ajal on:
- sonokeemiliselt loodud radikaalide tõttu polümerisatsiooni algatamine (polümerisatsioonikineetika)
- polümerisatsioonikiiruse kiirenemine
- kitsamad polüdispersioonid, kuid polümeeride suurem molekulmass
- homogeensem reaktsioon ja seega ahela pikkuste väiksem jaotus

Pilt 2: Protsessi seadistamine ultraheli, mikrolaine ja laseriga, et saavutada rõngasava polümerisatsioon, vältides metalli sisaldavate katalüsaatorite kasutamist (Allikas: InnoREX)
Kirjandus / viited
- K.S. Suslick (1998): Kirk-Othmeri keemiatehnoloogia entsüklopeedia; 4. väljaanne J. Wiley & Pojad: New York, 1998, kd 26, 517-541.