Technologie des ultrasons Hielscher

InnoREX - Amélioration PLA extrusion ultra-sons

Polylactid acides ou polylactide (PLA) est un polyester aliphatique thermoplastique, qui est synthétisé à partir de l'acide lactide et des monomères lactide. Le lactide est un diester cyclique, qui est dérivé de l'amidon végétal fermenté (par exemple l'amidon de maïs, la canne à sucre) et est utilisé comme substitut végétal pour les matières plastiques. De ce fait, la synthèse PLA s'intègre parfaitement dans la gamme de la chimie verte. PLA a rapidement gagné un grand intérêt car il est un bio, substitut biodégradable aux plastiques à base de pétro-chimique classique.
Faits sur PLA: PLA (C3H4la2) N a une densité de 1210-1430 kg / m3, Est insoluble dans l'eau, plus dur que le PTFE et fond à des températures comprises entre 150degC et 220degC.
La demande de polymères biosourcés est en croissance rapide. Selon l'état actuel de la technique, des catalyseurs contenant des métaux sont nécessaires pour améliorer le taux de polymérisation de lactones, ce qui pose un danger pour la santé et l'environnement. InnoREX développera un nouveau concept de réacteur utilisant des énergies alternatives pour le continu, très précis, la polymérisation sans métal de PLA.

InnoREX développe un nouveau concept de réacteur pour continu, de haute précision, la polymérisation exempt de métal de PLA.

InnoREX – Procédé de polymérisation Innovative

Le procédé de production actuel de PLA nécessite des catalyseurs contenant des métaux pour améliorer la vitesse de polymérisation des lactones, qui sont dangereux pour la santé et l'environnement. En ce qui concerne la nature des problèmes d'utilisation du catalyseur et de la demande croissante pour des polymères d'origine biologique, le projet InnoREX met l'accent sur la mise au point d'un procédé de polymérisation, dans lequel le métal classique contenant des catalyseurs est remplacé par un catalyseur organique et assistée par les sources d'énergie alternatives de puissance élevée ultrasons, micro-ondes et le laser.
catalyseurs organiques ont été montrés pour contrôler efficacement la polymérisation de lactide, mais leur activité doit encore être améliorée pour répondre aux normes industrielles. Cet objectif sera atteint par l'introduction d'énergies alternatives ultra-sons, Micro-ondes et la lumière laser, car ils augmentent l'activité du catalyseur et permettent un contrôle précis de la réaction que de petites parties intéressantes du mélange réactionnel sans temps de réponse.
Le projet combine donc un nouveau système de réacteur, où les sources d'énergie de remplacement sont introduits dans le milieu, avec un catalyseur organique pour obtenir un PLA exempt de métal dans un procédé d'extrusion réactive. (Voir fig. 1)
Par conséquent, le projet InnoREX utilise le temps de réponse rapide des micro-ondes, des ultrasons et la lumière laser pour obtenir une polymérisation continue contrôlée de façon précise et efficace de poids moléculaire élevé PLA dans une extrudeuse à double vis. De plus, les économies d'énergie importantes sont obtenues en combinant la polymérisation, la composition et la mise en forme en une seule étape de fabrication.

L'échographie est utilisée comme énergie alternative pour améliorer l'extrusion réactive de PLA. (Cliquez pour agrandir!)

Figure 1: Une autre façon d'améliorer la polymérisation de PLA (source InnoREX)

Ultrasonication pour améliorer la polymérisation du PLA

UIP2000hd – processeur ultrasonique 2kW utilisé dans R&stade D de InnoREX

Ultrasons haute puissance

Trois sources d'énergie de remplacement - ultrasons, micro-ondes et l'irradiation laser - sont combinés pour induire la polymérisation par ouverture de cycle pour assurer la polymérisation de masse moléculaire élevée. Pendant le temps de séjour limité dans la chambre de réacteur, les sources d'énergie alternatives introduisent la réaction requise effet d'entraînement dans une cellule d'écoulement en ligne (voir fig. 2) à un niveau très ciblée. De ce fait, les catalyseurs contenant des métaux tels que l'étain (II) 2-éthylhexanoate, ce qui est dans les procédés d'extrusion classiques nécessaires pour augmenter le taux de polymérisation des lactones à un niveau efficace acceptable, peuvent être évités.
Pour le système d'installation pilote InnoREX, le haut processeur à ultrasons de puissance UIP1000hd, Qui est capable de fournir de la puissance de 1 kW à ultrasons, a été intégré. ultrasons à haute puissance est bien connu pour ses effets positifs sur les réactions chimiques, ce qui est le phénomène de sonochemistry. Lorsque la haute puissance des ondes ultrasonores sont introduites dans un milieu liquide, les vagues de créer des cycles à haute pression (compression) et basse pression (expansive) aboutissant à ultrasons cavitation. La cavitation décrit "la formation, la croissance et l'effondrement implosif des bulles dans un liquide. L'effondrement cavitationnel produit un chauffage local intense (~5000K), des pressions élevées (~1000 atm) et d'énormes vitesses de chauffage et de refroidissement (>109 K/sec)" tel un écoulement de liquide avec des jets de liquide de ~400 km/h. (K.S. Suslick 1998)
Les forces de cavitation produites par ultrasons fournissent de l'énergie cinétique, les particules se dispersent et créent des radicaux supportant la réaction de polymérisation chimique.
effets positifs généraux de sonication au cours d'une réaction de polymérisation sont:

  • initiation de la polymérisation due à des radicaux sonochemically créés (cinétique de polymérisation)
  • l'accélération de la vitesse de polymérisation
  • étroites poly-dispersités, mais de poids moléculaire élevé des polymères
  • réaction plus homogène et donc une distribution plus faible de longueurs de chaîne
L'image montre la configuration du processus d'ultrasons combiné (la UIP2000hd de de HIELSCHER), micro-ondes et le laser pour induire une polymérisation par ouverture de cycle sous l'absence de catalyseurs contenant des métaux

Figure 2: la configuration du processus avec des ultrasons, micro-ondes et le laser pour obtenir une polymérisation par ouverture de cycle en évitant l'utilisation de catalyseurs contenant des métaux (Source: InnoREX)

Littérature / Références

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

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l'échographie à haute pwer de Hielscher est utilisé comme source d'énergie alternative dans le projet InnoREX pour la polymérisation sans métal de PLA

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