InnoREX – שחול PLA משופר באולטרסאונד

ערבוב קולי, פיזור ותחליב משפר את האקסטרוזיה של חומצות פולילקטיות (PLA). יישום ultrasonication לתוך קווי אקסטרוזיה מגדיל את התשואה ואת האיכות של PLA המיוצר.

סינתזת פולילקטיד

חומצות פולילקטיד או פולילקטיד (PLA) הוא פוליאסטר אליפטי תרמופלסטי, המסונתז ממונומרים של חומצה לקטיד ולקטיד. לקטיד הוא אסטר מחזורי, המופק מעמילן צמחי מותסס (למשל עמילן תירס, קנה סוכר) ומשמש כתחליף צמחי לפלסטיק. בכך, סינתזת PLA מתאימה באופן מושלם לטווח הכימיה הירוקה. PLA זכה להתעניינות גבוהה במהירות מכיוון שהוא תחליף מבוסס ביולוגית ומתכלה לפלסטיק הקונבנציונלי המבוסס על פטרוכימיקלים.
עובדות על PLA: PLA (C₃H₄O₂)n יש צפיפות של 1210-1430 ק"ג / מ '³אינו מסיס במים, קשה יותר מ-PTFE ונמס בטמפרטורות שבין 150 מעלות צלזיוס ל-220 מעלות צלזיוס.,

InnoREX – תהליך פילמור חדשני

תהליך הייצור הנוכחי של PLA דורש זרזים המכילים מתכות כדי לשפר את קצב הפילמור של הלקטונים, המסוכנים לבריאות ולסביבה. באשר לבעייתיות של ניצול הזרזים והביקוש הגובר לפולימרים מבוססי ביולוגיה, פרויקט InnoREX מתמקד בפיתוח תהליך פילמור, שבו המתכת הקונבנציונלית המכילה זרזים מוחלפת בזרז אורגני ונעזרת במקורות האנרגיה החלופיים של אולטרסאונד בהספק גבוה, מיקרוגל ולייזר.

זרזים אורגניים הוכחו כשולטים ביעילות בפילמור של לקטיד, אך עדיין יש לשפר את פעילותם כדי לעמוד בתקנים תעשייתיים. זה יושג על ידי הכנסת אנרגיות חלופיות של אולטרסאונדגלי מיקרו ולייזר מכיוון שהם מגבירים את פעילות הזרז ומאפשרים שליטה מדויקת בתגובה על ידי הפעלת חלקים קטנים בלבד של תערובת התגובה ללא זמן תגובה.,
הפרויקט משלב אפוא מערכת כורים חדשנית, שבה מקורות האנרגיה החלופיים מוחדרים לתווך, עם זרז אורגני לקבלת PLA נטול מתכת בתהליך אקסטרוזיה תגובתי. (ראה תמונה 1)
לכן, פרויקט InnoREX משתמש בזמן התגובה המהיר של גלי מיקרו, אולטרסאונד ואור לייזר כדי להשיג פילמור רציף מבוקר ויעיל של PLA במשקל מולקולרי גבוה במכבש בורג כפול. בנוסף, חיסכון משמעותי באנרגיה יושג על ידי שילוב פילמור, הרכבה ועיצוב בשלב ייצור אחד.

אולטרסאונד בעוצמה גבוהה

שלושה מקורות אנרגיה חלופיים – אולטרסאונד, מיקרוגל וקרינת לייזר – משולבים כדי לגרום לפילמור פתיחת הטבעת כדי להבטיח פילמור במשקל מולקולרי גבוה. במהלך זמן השהייה המוגבל בתא הכור, מקורות האנרגיה החלופיים מכניסים את התגובה הנדרשת לתא זרימה מוטבע (ראה תמונה 2) ברמה ממוקדת מאוד. בכך ניתן להימנע מזרזים המכילים מתכות כגון בדיל (II) 2-אתילהקסנואט, הנמצא בתהליכי אקסטרוזיה קונבנציונליים הנדרשים להעלאת קצב הפילמור של הלקטונים לרמה יעילה מקובלת.
עבור מערכת מפעל הפיילוט InnoREX, מעבד אולטראסוני בהספק גבוה UIP1000hdאשר מסוגל לספק 1kW של כוח אולטרסאונד, שולב., אולטרסאונד בעוצמה גבוהה ידוע בהשפעותיו החיוביות על תגובות כימיות, שהיא תופעת הסונוכימיה. כאשר גלים על-קוליים בעוצמה גבוהה מוכנסים למדיום נוזלי, הגלים יוצרים מחזורי לחץ גבוה (דחיסה) ולחץ נמוך (ררפאקציה) וכתוצאה מכך אולטרסאונד קוויטציה. קביטציה מתארת "היווצרות, צמיחה וקריסה מתפרצת של בועות בנוזל. קריסה קוויטציונית מייצרת חימום מקומי אינטנסיבי (~ 5000K), לחצים גבוהים (~ 1000 אטמוספרה), וקצבי חימום וקירור עצומים (>109 K/sec)" נוזל כזה זורם עם סילונים נוזליים של ~400 קמ"ש. (K.S. Suslick 1998)
הכוחות הקוויטציוניים הנוצרים באולטרסאונד מספקים אנרגיה קינטית, מפזרים את החלקיקים ויוצרים רדיקלים התומכים בתגובת הפילמור הכימית.
ההשפעות החיוביות הכלליות של סוניקציה במהלך תגובת פילמור הן:

• התחלת פילמור עקב רדיקלים שנוצרו סונוכימית (קינטיקה פילמור)
• האצת קצב הפילמור
• פיזור פולי צר יותר, אך משקל מולקולרי גבוה יותר של הפולימרים
• תגובה הומוגנית יותר ומכאן התפלגות נמוכה יותר של אורכי שרשרת

ספרות/מקורות

• ק.ס. סוסליק (1998): אנציקלופדיית קירק-אותמר לטכנולוגיה כימית; מהדורה רביעית ג'יי ויילי & בנים: ניו יורק, 1998, כרך 26, 517-541.