InnoREX - ultrahanggal javított PLA extrúzió

Ultrahangos keverés, diszperziós és emulgeálás javítja a extrudálás polilaktikus savak (PLA). Végrehajtása hozzákeverésével extrudálás vonalak növeli a hozamot és a minőséget a termelt PLA.

Polilaktid szintézis

A polilaktid-savak vagy polilaktid (PLA) egy termoplasztikus alifás poliészter, amelyet laktid-savból és laktid-monomerekből állítanak elő. A laktid egy gyűrűs diészter, amelyet fermentált növényi keményítőből (például kukoricakeményítőből, cukornádból) állítanak elő, és műanyag alapanyagú helyettesítőként használják. Ezáltal a PLA szintézise tökéletesen illeszkedik a zöld kémia hatókörébe. A PLA gyorsan nagy érdeklődésre tett szert, mivel ez bioalapú, biológiailag lebontható helyettesítője a hagyományos petrolkémiai alapú műanyagoknak.
Tények a PLA-ra: PLA (C₃H₄O₂) n sűrűsége 1210-1430 kg / m³, vízben nem oldódik, keményebb, mint a PTFE, és 150 és 220 ° C közötti hőmérsékleten olvad.

Az InnoREX – Innovatív polimerizációs folyamat

A PLA jelenlegi gyártási folyamata fémtartalmú katalizátorokat igényel a laktonok polimerizációs sebességének javítása érdekében, amelyek veszélyesek az egészségre és a környezetre. A katalizátor kihasználásának problematikája és a bioalapú polimerek növekvő igénye miatt az InnoREX projekt egy olyan polimerizációs folyamat kifejlesztésére összpontosít, amelyben a hagyományos fémtartalmú katalizátorokat szerves katalizátor váltja fel, és a nagy teljesítményű alternatív energiaforrások ultrahang, mikrohullámú és lézer.

A szerves katalizátorok hatékonynak bizonyították a laktid polimerizációját, de tevékenységüket még tovább kell fejleszteni, hogy megfeleljenek az ipari szabványoknak. Ezt alternatív energiák bevezetésével érhetjük el ultrahang, a mikrohullámok és a lézerfény, mivel növelik a katalizátoraktivitást, és lehetővé teszik a reakció pontos szabályozását, mivel a reakcióelegy csak kis részeit izgalmassák a reakcióidő nélkül.
A projekt tehát egy új reaktorrendszert ötvöz, ahol az alternatív energiaforrásokat a táptalajba vezetik be, egy szerves katalizátorral fémmentes PLA-t kapnak reaktív extrudálási eljárásban. (lásd az 1. ábrát)
Ezért az InnoREX projekt a mikrohullámok, az ultrahang és a lézerfény gyors reagálási idejét használja a nagy molekulatömegű PLA pontos vezérlésű és hatékony folyamatos polimerizációjához egy ikercsigás extruderben. Emellett jelentős energiamegtakarítás érhető el a polimerizáció, a keverés és a formázás kombinálásával egy gyártási lépésben.

Nagy teljesítményű ultrahang

Három alternatív energiaforrást - ultrahangos, mikrohullámú és lézer besugárzást - kombináltak a gyűrűnyitó polimerizáció indukálására a nagy molekulatömegű polimerizáció biztosítására. A korlátozott tartózkodási idő alatt a reaktorkamrában az alternatív energiaforrások a szükséges reakció-hajtóerőt egy lineáris áramlási cellába (lásd 2. ábra) vezetik be egy nagyon célzott szinten. Ezzel elkerülhető a fémtartalmú katalizátorok, így a ón (II) 2-etil-hexanoát, amely a szokásos extrudálási eljárásoknál szükséges, hogy a laktonok polimerizációs sebességét elfogadhatóan hatékony szintre emeljék.
Az InnoREX kísérleti üzemben, a nagy teljesítményű ultrahangos processzor UIP1000hd, amely képes 1kW ultrahang teljesítményt biztosítani, beépült. A nagy teljesítményű ultrahang jól ismert a kémiai reakciókra gyakorolt ​​pozitív hatása miatt, ami a szonokémia jelensége. Ha a nagy teljesítményű ultrahanghullámokat folyékony közegbe viszik be, a hullámok nagynyomású (kompressziós) és alacsony nyomású (ritkítási) ciklusokat eredményeznek, amelyek ultrahangot eredményeznek kavitációs. Kavitáció leírja "a formáció, a növekedés és a implosive összeomlása buborékok egy folyékony. Cavitational összeomlás termel intenzív helyi fűtés (~ 5000K), nagy nyomás (~ 1000 ATM), és a hatalmas fűtési és hűtési árak (>109 K/sec) "ilyen s folyékony streaming a ~ 400 km/h folyadéksugarakkal. (Kelemen Suslick 1998)
Az ultrahanggal generált kavitációs erők kinetikus energiát szolgáltatnak, diszpergálják a részecskéket és létrehozzák a kémiai polimerizációs reakciót támogató csoportokat.
Az ultrahangos kezelés pozitív hatásai a polimerizációs reakció során:

• a polimerizáció megkezdése a szonokémiailag létrehozott gyököknek (polimerizációs kinetika)
• a polimerizációs sebesség gyorsulása
• szűkebb poliszperzitás, de a polimerek nagyobb molekulatömege
• homogén reakciót, és így a lánc hosszának kisebb eloszlását

Irodalom / References

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