InnoREX – Ekstrusi PLA yang Ditingkatkan Secara Ultrasonik

Pencampuran, pendispersian, dan emulsifikasi ultrasonik meningkatkan ekstrusi asam polilaktat (PLA). Menerapkan ultrasonikasi ke dalam jalur ekstrusi meningkatkan hasil dan kualitas PLA yang diproduksi.

Sintesis Polilaktida

Asam polilaktid atau polilaktida (PLA) adalah poliester alifatik termoplastik, yang disintesis dari asam laktida dan monomer laktida. Laktida adalah diester siklik, yang berasal dari pati tanaman fermentasi (misalnya pati jagung, tebu) dan digunakan sebagai pengganti plastik nabati. Dengan demikian, sintesis PLA sangat cocok dengan kisaran kimia hijau. PLA dengan cepat mendapatkan minat tinggi karena merupakan pengganti berbasis bio dan biodegradable untuk plastik berbasis petrokimia konvensional.
Fakta tentang PLA: PLA (C₃H₄O₂)n memiliki kepadatan 1210-1430 kg/m³, tidak larut dalam air, lebih keras dari PTFE dan meleleh pada suhu antara 150degC dan 220degC.

InnoREX – Proses Polimerisasi Inovatif

Proses produksi PLA saat ini membutuhkan katalis yang mengandung logam untuk meningkatkan laju polimerisasi lakton, yang berbahaya bagi kesehatan dan lingkungan. Mengenai sifat pemanfaatan katalis yang bermasalah dan meningkatnya permintaan polimer berbasis hayati, proyek InnoREX berfokus pada pengembangan proses polimerisasi, di mana logam konvensional yang mengandung katalis digantikan oleh katalis organik dan dibantu oleh sumber energi alternatif ultrasound, gelombang mikro, dan laser berdaya tinggi.

Katalis organik telah terbukti mengontrol polimerisasi laktida secara efisien, tetapi aktivitasnya masih harus ditingkatkan untuk memenuhi standar industri. Ini akan dicapai dengan pengenalan energi alternatif Ultrasonics, gelombang mikro dan sinar laser karena mereka meningkatkan aktivitas katalis dan memungkinkan kontrol reaksi yang tepat dengan menggairahkan hanya sebagian kecil dari campuran reaksi tanpa waktu respons.
Oleh karena itu, proyek ini menggabungkan sistem reaktor baru, di mana sumber energi alternatif dimasukkan ke dalam medium, dengan katalis organik untuk mendapatkan PLA bebas logam dalam proses ekstrusi reaktif. (lihat gambar 1)
Oleh karena itu, proyek InnoREX menggunakan waktu respons cepat gelombang mikro, ultrasound, dan sinar laser untuk mencapai polimerisasi kontinu PLA dengan berat molekul tinggi yang terkontrol secara tepat dan efisien dalam ekstruder sekrup kembar. Selain itu, penghematan energi yang signifikan akan dicapai dengan menggabungkan polimerisasi, peracikan, dan pembentukan dalam satu langkah produksi.

Ultrasonik Daya Tinggi

Tiga sumber energi alternatif – ultrasound, gelombang mikro dan iradiasi laser – digabungkan untuk menginduksi polimerisasi pembuka cincin untuk memastikan polimerisasi berat molekul tinggi. Selama waktu tinggal terbatas di ruang reaktor, sumber energi alternatif memperkenalkan dampak penggerak reaksi yang diperlukan ke dalam sel aliran sebaris (lihat gambar 2) pada tingkat yang sangat ditargetkan. Dengan demikian, katalis yang mengandung logam seperti timah (II) 2-ethylhexanoate, yang dalam proses ekstrusi konvensional yang diperlukan untuk meningkatkan laju polimerisasi lakton ke tingkat efisien yang dapat diterima, dapat dihindari.
Untuk sistem pabrik percontohan InnoREX, prosesor ultrasonik daya tinggi UIP1000hd, yang mampu menyediakan daya ultrasound 1kW, telah terintegrasi. Ultrasonografi daya tinggi terkenal karena efek positifnya pada reaksi kimia, yang merupakan fenomena sonokimia. Ketika gelombang ultrasonik berdaya tinggi dimasukkan ke dalam media cair, gelombang menciptakan siklus tekanan tinggi (kompresi) dan tekanan rendah (rarefaction) yang menghasilkan ultrasound Kavitasi. Kavitasi menggambarkan "pembentukan, pertumbuhan, dan keruntuhan gelembung yang meledak dalam cairan. Keruntuhan kavitasi menghasilkan pemanasan lokal yang intens (~5000K), tekanan tinggi (~1000 atm), dan laju pemanasan dan pendinginan yang sangat besar (>109 K/dtk)" seperti aliran cairan dengan jet cair ~400 km/jam. (KS Suslick 1998)
Gaya kavitasi yang dihasilkan secara ultrasonik memberikan energi kinetik, membubarkan partikel dan menciptakan radikal yang mendukung reaksi polimerisasi kimia.
Efek positif umum dari sonikasi selama reaksi polimerisasi adalah:

• inisiasi polimerisasi karena radikal yang dibuat secara sonokimia (kinetika polimerisasi)
• percepatan laju polimerisasi
• poli-dispersitas yang lebih sempit, tetapi berat molekul polimer yang lebih tinggi
• reaksi yang lebih homogen dan karenanya distribusi panjang rantai yang lebih rendah