InnoREX - اکستروژن PLA بهبود یافته اولتراسونیک
مخلوط کردن اولتراسونیک ، پراکندگی و امولسیون باعث بهبود اکستروژن اسیدهای پلی لاکتیک (PLA) می شود. پیاده سازی امواج فراصوت به خطوط اکستروژن باعث افزایش عملکرد و کیفیت PLA تولید شده می شود.
سنتز پلی لاکتید
اسیدهای پلی لاکتید یا پلی لاکتید (PLA) یک پلی استر آلیفاتیک ترموپلاستیک است که از مونومرهای اسید لاکتید و لاکتید سنتز می شود. لاکتید یک دایستر حلقوی است که از نشاسته گیاهی تخمیر شده (به عنوان مثال نشاسته ذرت، نیشکر) به دست می آید و به عنوان جایگزین گیاهی برای پلاستیک استفاده می شود. بنابراین، سنتز PLA کاملا در محدوده شیمی سبز قرار می گیرد. PLA به سرعت مورد توجه قرار گرفت زیرا یک جایگزین زیست تخریب پذیر مبتنی بر زیست برای پلاستیک های معمولی مبتنی بر پتروشیمی است.
حقایقی در مورد PLA: PLA (C3H4OH2SN دارای چگالی 1210-1430 کیلوگرم بر متر است3، در آب نامحلول است، سخت تر از PTFE است و در دمای بین 150 درجه سانتیگراد تا 220 درجه سانتیگراد ذوب می شود.
InnoREX – فرآیند پلیمریزاسیون نوآورانه
فرآیند تولید فعلی PLA به کاتالیزورهای حاوی فلز برای بهبود سرعت پلیمریزاسیون لاکتون ها که برای سلامتی و محیط زیست خطرناک هستند، نیاز دارد. با توجه به ماهیت مشکل ساز استفاده از کاتالیزور و تقاضای فزاینده برای پلیمرهای زیست پایه ، پروژه InnoREX بر توسعه یک فرآیند پلیمریزاسیون متمرکز است که در آن فلز معمولی حاوی کاتالیزورها با یک کاتالیزور آلی جایگزین می شود و با منابع انرژی جایگزین سونوگرافی ، مایکروویو و لیزر با قدرت بالا کمک می کند.

ultrasonicator UIP2000hdT در سیستم اکستروژن
بنابراین این پروژه یک سیستم راکتور جدید را ترکیب می کند ، جایی که منابع انرژی جایگزین به محیط وارد می شوند ، با یک کاتالیزور آلی برای بدست آوردن PLA بدون فلز در یک فرآیند اکستروژن واکنشی. (نگاه کنید به تصویر 1)
بنابراین، پروژه InnoREX از زمان پاسخ سریع مایکروویو، سونوگرافی و نور لیزر برای دستیابی به یک پلیمریزاسیون مداوم دقیق کنترل شده و کارآمد PLA با وزن مولکولی بالا در یک اکسترودر دو پیچ استفاده می کند. علاوه بر این، صرفه جویی قابل توجهی در انرژی با ترکیب پلیمریزاسیون، ترکیب و شکل دهی در یک مرحله تولید حاصل می شود.

UIP2000hd – پردازنده اولتراسونیک 2 کیلو وات مورد استفاده در R&مرحله D InnoREX
اولتراسونیک با قدرت بالا
سه منبع انرژی جایگزین - سونوگرافی، مایکروویو و تابش لیزر - برای القای پلیمریزاسیون باز حلقه برای اطمینان از پلیمریزاسیون با وزن مولکولی بالا ترکیب شده اند. در طول زمان محدود اقامت در محفظه راکتور، منابع انرژی جایگزین، واکنش مورد نیاز را به یک سلول جریان درون خطی وارد می کنند (تصویر 2 را ببینید) در یک سطح بسیار هدفمند. در نتیجه ، می توان از کاتالیزورهای حاوی فلز مانند قلع (II) 2-اتیل هگزانوات ، که در فرآیندهای اکستروژن معمولی مورد نیاز برای افزایش سرعت پلیمریزاسیون لاکتون ها به سطح کارآمد قابل قبول است ، جلوگیری کرد.
برای سیستم کارخانه آزمایشی InnoREX، پردازنده اولتراسونیک با قدرت بالا UIP1000hd، که قادر به ارائه 1 کیلو وات قدرت سونوگرافی است، یکپارچه شده است. سونوگرافی با قدرت بالا به دلیل اثرات مثبت آن بر واکنش های شیمیایی ، که پدیده سونوشیمی است ، شناخته شده است. هنگامی که امواج اولتراسونیک با قدرت بالا به یک محیط مایع وارد می شوند، امواج چرخه های فشار بالا (فشرده سازی) و کم فشار (نادر) ایجاد می کنند که منجر به سونوگرافی می شود کاویتاسیون. کاویتاسیون توصیف می کند: "تشکیل، رشد و فروپاشی انفجاری حباب ها در یک مایع. فروپاشی حفره ای باعث ایجاد گرمایش موضعی شدید (~5000K)، فشارهای بالا (~1000 اتمسفر) و نرخ گرمایش و سرمایش بسیار زیاد می شود (>109 کیلو در ثانیه)" چنین جریان مایعی با جت های مایع ~ 400 کیلومتر در ساعت (K.S. Suslick 1998)
نیروهای حفره ای مافوق صوت تولید انرژی جنبشی را فراهم می کنند، ذرات را پراکنده می کنند و رادیکال هایی را ایجاد می کنند که از واکنش پلیمریزاسیون شیمیایی حمایت می کنند.
اثرات مثبت عمومی فراصوت در طول واکنش پلیمریزاسیون عبارتند از:
- شروع پلیمریزاسیون به دلیل رادیکال های ایجاد شده توسط سونوشیمیایی (سینتیک پلیمریزاسیون)
- شتاب سرعت پلیمریزاسیون
- پلی پراکندگی باریک تر، اما وزن مولکولی بالاتر پلیمرها
- واکنش همگن تر و در نتیجه توزیع کمتر طول زنجیره

تصویر 2: راه اندازی فرآیند با سونوگرافی، مایکروویو و لیزر برای دستیابی به پلیمریزاسیون باز شدن حلقه با اجتناب از استفاده از کاتالیزورهای حاوی فلز (منبع: InnoREX)
ادبیات/منابع
- K.S. Suslick (1998): دایره المعارف فناوری شیمیایی کرک-اوتمر. ویرایش چهارم جی ویلی & پسران: نیویورک ، 1998 ، جلد 26 ، 517-541.