InnoREX - Ultrasonically Improved PLA Extrusion

Ultraäänisekoitus, dispersio ja emulgointi parantavat polylaktisten happojen (PLA) ekstrusiota. Ultrasonication toteuttaminen ekstrusiolinjoihin lisää tuotetussa PLA: ssa tuottoa ja laatua.

Polylaktidin synteesi

Polylactidihapot tai polylaktidi (PLA) on termoplastinen alifaattinen polyesteri, joka on syntetisoitu laktidihaposta ja laktidimonomeereista. Laktidi on syklinen diesteri, joka on peräisin fermentoidusta kasvitärkkelyksestä (esim. Maissitärkkelys, sokeriruoko) ja sitä käytetään kasviperäisenä muottien korvikkeena. Tällöin PLA-synteesi sopii täydellisesti vihreän kemian alueelle. PLA sai nopeasti suurta kiinnostusta, koska se on biopohjainen, biohajoava korvaava tavanomaisiin petrokemian perustuviin muoveihin.
Tiedot PLA: sta PLA: sta (C₃H₄O₂) n on tiheys 1210-1430 kg / m³, on veteen liukenematon, PTFE: n kovempi ja sulaa lämpötilassa 150 - 220 ° C.

InnoREX – Innovatiivinen polymeeriprosessi

PLA: n nykyinen valmistusprosessi vaatii metallia sisältäviä katalysaattoreita parantamaan laktonien polymeroitumisnopeutta, joka on vaarallista terveydelle ja ympäristölle. Katalyytin käytön ongelmallisuuden ja bioperäisten polymeerien kasvavan kysynnän osalta InnoREX-projekti keskittyy polymerointiprosessin kehittämiseen, jossa tavanomaiset metallia sisältävät katalysaattorit korvataan orgaanisella katalyytillä ja jota avustavat suuritehoiset vaihtoehtoiset energialähteet ultraääni, mikroaaltouuni ja laser.

Orgaanisten katalyyttien on osoitettu vaikuttavan tehokkaasti laktidin polymerointiin, mutta niiden toimintaa on edelleen parannettava vastaamaan teollisia standardeja. Tämä saavutetaan lisäämällä vaihtoehtoisia energiamuotoja ultraääntä, mikroaaltoja ja laservaloa, koska ne lisäävät katalyyttiaktiivisuutta ja mahdollistavat tarkan reaktion hallinnan jännittämällä vain pieniä osia reaktioseoksesta ilman vasteaikaa.
Hankkeessa yhdistyvät siksi uusi reaktorijärjestelmä, jossa vaihtoehtoiset energialähteet syötetään väliaineeseen orgaanisen katalysaattorin avulla saaden metalliton PLA reaktiiviseen ekstruusioprosessiin. (katso kuva 1)
Siksi InnoREX-projekti käyttää mikroaaltouunien, ultraäänen ja laservalon nopeaa vasteaikaa, jotta saavutetaan tarkasti kontrolloitu ja tehokas jatkuvan polymeroinnin suurimolekyylipainoiselle PLA: lle kaksiruuviekstruuderissa. Lisäksi merkittäviä energiansäästöjä saavutetaan yhdistämällä polymerointi, yhdistäminen ja muotoilu yhteen tuotantovaiheeseen.

Suuritehoiset Ultrasonics

Kolme vaihtoehtoista energialähdettä - ultraääni, mikroaalto ja lasersäteilytys - yhdistetään rengasmaisen polymeroinnin indusoimiseksi suurimolekyylipainoisen polymeroinnin varmistamiseksi. Reaktorikammion rajoitetun viipymäajan aikana vaihtoehtoiset energialähteet ottavat käyttöön vaaditun reaktion ajo-vaikutuksen inline-virtaussoluun (katso kuva 2) erittäin kohdennetulla tasolla. Siten voidaan välttää metallia sisältäviä katalyyttejä, kuten tina (II) 2-etyyliheksanoaattia, joka on tavanomaisissa ekstruusioprosesseissa, joita tarvitaan nostamaan laktonien polymeroitumisnopeus hyväksyttävälle tehokkaalle tasolle.
InnoREX-koelaitosjärjestelmä, suuritehoinen ultraääniprosessori Uip1000hd, joka pystyy tuottamaan 1kW ultraäänitehoa, on integroitu. Suuritehoinen ultraääni tunnetaan myönteisistä vaikutuksistaan ​​kemiallisiin reaktioihin, mikä on sonokemian ilmiö. Kun suuritehoiset ultraääni-aallot johdetaan nestemäiseen väliaineeseen, aallot muodostavat korkeapaine- (puristus-) ja matalapaineisen (harvinainen) syklit, jotka johtavat ultrasuo- ruuteen kavitaatio. Kavitaatio kuvailee "kuplien muodostumista, kasvua ja implosive romahdusta nesteessä. Cavitational romahdus tuottaa voimakasta paikallista lämmitystä (~ 5000K), korkeita paineita (~ 1000 ATM), ja valtavia Lämmitys-ja jäähdytys nopeudet (>109 K/s) "tällainen neste suora toisto neste suihkujen kanssa ~ 400 km/h. (K.S. Suslick 1998)
Ultrassa syntyvät kavitaatiovoimat tuottavat kineettistä energiaa, dispergoi hiukkaset ja luo radikaaleja, jotka tukevat kemiallista polymerisaatioreaktiota.
Sonikaation yleiset positiiviset vaikutukset polymerointireaktion aikana ovat:

• sonokemisesti luotujen radikaalien aiheuttaman polymeroinnin aloittaminen (polymerointi kinetiikka)
• polymeroitumisnopeuden kiihtyvyys
• kapeammat polydispersiot, mutta polymeerien suuremmat molekyylipainot
• homogeenisempi reaktio ja siten ketjunpituuksien alempi jakautuminen

Kirjallisuus / Viitteet

• KS Suslick (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4. Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, voi. 26, 517 - 541.