InnoREX – Ուլտրաձայնային բարելավված PLA էքստրուզիա

Ուլտրաձայնային խառնումը, ցրումը և էմուլսացումը բարելավում են պոլիլակտիկ թթուների (PLA) արտամղումը: Էքստրուզիոն գծերի մեջ ուլտրաձայնային մշակումը մեծացնում է արտադրված PLA-ի բերքատվությունն ու որակը:

Պոլիլակտիդների սինթեզ

Պոլիլակտիդ թթուները կամ պոլիլակտիդը (PLA) ջերմապլաստիկ ալիֆատիկ պոլիեսթեր է, որը սինթեզվում է կաթնաթթվի և լակտիդային մոնոմերներից։ Լակտիդը ցիկլային դիեստեր է, որը ստացվում է ֆերմենտացված բուսական օսլայից (օրինակ՝ եգիպտացորենի օսլա, շաքարեղեգ) և օգտագործվում է որպես պլաստմասսաների բուսական հիմքով փոխարինող։ Այսպիսով, PLA սինթեզը հիանալի տեղավորվում է կանաչ քիմիայի տիրույթում: PLA-ն արագորեն մեծ հետաքրքրություն առաջացրեց, քանի որ այն կենսաբանական հիմքով, կենսաքայքայվող փոխարինող է սովորական նավթաքիմիական պլաստմասսայից:
Փաստեր PLA-ի մասին. PLA (C₃Հ₄Օ₂)n-ն ունի 1210-1430 կգ/մ խտություն³, ջրում անլուծելի է, ավելի կոշտ է, քան PTFE-ը և հալվում է 150-ից մինչև 220 աստիճան ջերմաստիճանում:

InnoREX – Նորարարական պոլիմերացման գործընթաց

PLA-ի արտադրության ներկայիս գործընթացը պահանջում է մետաղ պարունակող կատալիզատորներ՝ բարելավելու լակտոնների պոլիմերացման արագությունը, որոնք վտանգավոր են առողջության և շրջակա միջավայրի համար: Ինչ վերաբերում է կատալիզատորների օգտագործման խնդրահարույց բնույթին և կենսաբանական հիմքով պոլիմերների աճող պահանջարկին, InnoREX նախագիծը կենտրոնանում է պոլիմերացման գործընթացի զարգացման վրա, որտեղ սովորական մետաղ պարունակող կատալիզատորները փոխարինվում են օրգանական կատալիզատորով և աջակցվում բարձր էներգիայի այլընտրանքային էներգիայի աղբյուրներով: ուլտրաձայնային, միկրոալիքային վառարան և լազերային:

Ապացուցված է, որ օրգանական կատալիզատորները արդյունավետորեն վերահսկում են լակտիդի պոլիմերացումը, սակայն դրանց գործունեությունը դեռ պետք է բարելավվի՝ արդյունաբերական չափանիշներին համապատասխանելու համար: Դրան կհաջողվի այլընտրանքային էներգիաների ներդրմամբ ուլտրաձայնային, միկրոալիքային վառարաններ և լազերային լույս, քանի որ դրանք մեծացնում են կատալիզատորի ակտիվությունը և հնարավորություն են տալիս ճշգրիտ վերահսկել ռեակցիան՝ գրգռելով ռեակցիայի խառնուրդի միայն փոքր մասերը՝ առանց արձագանքման ժամանակի։
Հետևաբար, նախագիծը միավորում է նոր ռեակտորային համակարգ, որտեղ էներգիայի այլընտրանքային աղբյուրները ներմուծվում են միջավայրում, օրգանական կատալիզատորի հետ՝ ռեակտիվ արտամղման գործընթացում մետաղից զերծ PLA ստանալու համար: (տես նկար 1)
Հետևաբար, InnoREX նախագիծը օգտագործում է միկրոալիքային վառարանների, ուլտրաձայնային և լազերային լույսի արագ արձագանքման ժամանակը, որպեսզի հասնի բարձր մոլեկուլային քաշի PLA-ի ճշգրիտ վերահսկվող և արդյունավետ շարունակական պոլիմերացման երկակի պտուտակային էքստրուդատորում: Բացի այդ, էներգիայի զգալի խնայողություն ձեռք կբերվի պոլիմերացման, խառնուրդի և ձևավորման մեկ արտադրական փուլի համադրմամբ:

բարձր հզորության ուլտրաձայնային

Երեք այլընտրանքային էներգիայի աղբյուրներ՝ ուլտրաձայնը, միկրոալիքային վառարանը և լազերային ճառագայթումը, համակցված են օղակի բացվող պոլիմերացում առաջացնելու համար՝ ապահովելու բարձր մոլեկուլային քաշի պոլիմերացում: Ռեակտորի խցիկում գտնվելու սահմանափակ ժամանակի ընթացքում էներգիայի այլընտրանքային աղբյուրները ներդնում են անհրաժեշտ ռեակցիայի շարժիչ ազդեցությունը ներգծային հոսքի խցիկի մեջ (տես նկար 2) խիստ թիրախավորված մակարդակով: Այսպիսով, կարելի է խուսափել մետաղ պարունակող կատալիզատորներից, ինչպիսիք են անագի (II) 2-էթիլհեքսանոատը, որը սովորական արտամղման գործընթացներում է, որն անհրաժեշտ է լակտոնների պոլիմերացման արագությունը ընդունելի արդյունավետ մակարդակի հասցնելու համար:
InnoREX պիլոտային կայանի համակարգի համար՝ բարձր հզորության ուլտրաձայնային պրոցեսոր UIP1000hd, որն ի վիճակի է ապահովել 1 կՎտ ուլտրաձայնային հզորություն, ինտեգրվել է։ Բարձր հզորության ուլտրաձայնը հայտնի է քիմիական ռեակցիաների վրա իր դրական ազդեցությամբ, ինչը սոնոքիմիայի երևույթն է: Երբ բարձր հզորության ուլտրաձայնային ալիքները ներմուծվում են հեղուկ միջավայր, ալիքները ստեղծում են բարձր ճնշման (սեղմում) և ցածր ճնշման (հազվադեպ) ցիկլեր, որոնք հանգեցնում են ուլտրաձայնի: կավիտացիա. Կավիտացիան նկարագրում է «հեղուկի մեջ փուչիկների ձևավորումը, աճը և ազդեցիկ փլուզումը: Կավիտացիոն փլուզումն առաջացնում է ինտենսիվ տեղական ջեռուցում (~ 5000K), բարձր ճնշում (~1000 ատմ) և ջեռուցման և հովացման հսկայական արագություններ (>109 Կ/վրկ)», ինչպիսին է հեղուկի հոսքը ~400 կմ/ժ արագությամբ հեղուկ շիթերով: (KS Suslick 1998)
Ուլտրաձայնային ձևով առաջացած կավիտացիոն ուժերը ապահովում են կինետիկ էներգիա, ցրում մասնիկները և ստեղծում ռադիկալներ, որոնք աջակցում են քիմիական պոլիմերացման ռեակցիային:
Պոլիմերացման ռեակցիայի ընթացքում sonication-ի ընդհանուր դրական ազդեցություններն են.

• պոլիմերացման մեկնարկը սոնոքիմիապես ստեղծված ռադիկալների պատճառով (պոլիմերացման կինետիկա)
• պոլիմերացման արագության արագացում
• ավելի նեղ պոլիդիսպերսիաներ, բայց պոլիմերների ավելի բարձր մոլեկուլային քաշ
• ավելի համասեռ ռեակցիա և, հետևաբար, շղթայի երկարությունների ավելի ցածր բաշխում

Գրականություն/Հղումներ

• KS Suslick (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4-րդ Էդ. Ջ. Ուայլի & Որդիներ՝ Նյու Յորք, 1998, հատ. 26, 517-541 թթ.