InnoREX - ულტრაბგერითი გაუმჯობესებული PLA ექსტრუზია

ულტრაბგერითი შერევა, დაშლა და ემულსიფიკაცია აუმჯობესებს პოლილაქტური მჟავების (PLA) ექსტრუზიას. ექსტრუზიის ხაზებში ულტრაბგერითი დანერგვა ზრდის წარმოებული PLA-ს მოსავლიანობას და ხარისხს.

პოლილაქტიდის სინთეზი

პოლილაქტიდური მჟავები ან პოლილაქტიდი (PLA) არის თერმოპლასტიკური ალიფატური პოლიესტერი, რომელიც სინთეზირებულია ლაქტიდის მჟავისა და ლაქტიდის მონომერებისგან. ლაქტიდი არის ციკლური დიესტერი, რომელიც მიიღება ფერმენტირებული მცენარეული სახამებლისგან (მაგ. სიმინდის სახამებელი, შაქრის ლერწამი) და გამოიყენება როგორც პლასტმასის მცენარეული შემცვლელი. ამრიგად, PLA სინთეზი იდეალურად ჯდება მწვანე ქიმიის დიაპაზონში. PLA-მ სწრაფად მოიპოვა დიდი ინტერესი, რადგან ის არის ბიოლოგიურად დაფუძნებული, ბიოდეგრადირებადი შემცვლელი ჩვეულებრივი ნავთობქიმიური პლასტმასისთვის.
ფაქტები PLA-ზე: PLA (C₃ჰ₄ო₂)n აქვს სიმკვრივე 1210-1430 კგ/მ³, წყალში უხსნადია, უფრო მყარი ვიდრე PTFE და დნება 150-დან 220 გრადუსამდე ტემპერატურაზე.

InnoREX – ინოვაციური პოლიმერიზაციის პროცესი

PLA-ს წარმოების მიმდინარე პროცესი მოითხოვს ლითონის შემცველ კატალიზატორებს ლაქტონების პოლიმერიზაციის სიჩქარის გასაუმჯობესებლად, რომლებიც საშიშია ჯანმრთელობისთვის და გარემოსთვის. რაც შეეხება კატალიზატორის გამოყენების პრობლემატურ ხასიათს და ბიოლოგიურ პოლიმერებზე მზარდ მოთხოვნილებას, InnoREX პროექტი ფოკუსირებულია პოლიმერიზაციის პროცესის განვითარებაზე, რომლის დროსაც ჩვეულებრივი ლითონის შემცველი კატალიზატორები იცვლება ორგანული კატალიზატორით და ეხმარებიან მაღალი სიმძლავრის ენერგიის ალტერნატიულ წყაროებს. ულტრაბგერა, მიკროტალღური და ლაზერი.

ნაჩვენებია, რომ ორგანული კატალიზატორები ეფექტურად აკონტროლებენ ლაქტიდის პოლიმერიზაციას, მაგრამ მათი აქტივობა მაინც უნდა გაუმჯობესდეს სამრეწველო სტანდარტების დასაკმაყოფილებლად. ეს მიიღწევა ალტერნატიული ენერგიების დანერგვით ულტრაბგერითიმიკროტალღები და ლაზერული შუქი, რადგან ისინი ზრდის კატალიზატორის აქტივობას და იძლევა რეაქციის ზუსტ კონტროლს რეაქციის ნარევის მხოლოდ მცირე ნაწილების აღგზნებით რეაგირების დროის გარეშე.
ამრიგად, პროექტი აერთიანებს ახალ რეაქტორულ სისტემას, სადაც ენერგიის ალტერნატიული წყაროები შეჰყავთ გარემოში, ორგანულ კატალიზატორთან, რათა მივიღოთ ლითონისგან თავისუფალი PLA რეაქტიული ექსტრუზიის პროცესში. (იხ. სურათი 1)
ამიტომ, InnoREX პროექტი იყენებს მიკროტალღების, ულტრაბგერითი და ლაზერული სინათლის სწრაფ რეაგირების დროს, რათა მიაღწიოს მაღალმოლეკულური წონის PLA-ს ზუსტად კონტროლირებად და ეფექტურ უწყვეტ პოლიმერიზაციას ორ ხრახნიან ექსტრუდერში. გარდა ამისა, მნიშვნელოვანი ენერგიის დაზოგვა მიიღწევა პოლიმერიზაციის, შერწყმისა და ფორმირების კომბინაციით წარმოების ერთ ეტაპზე.

მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი

ენერგიის სამი ალტერნატიული წყარო - ულტრაბგერითი, მიკროტალღური და ლაზერული დასხივება - გაერთიანებულია რგოლის გახსნის პოლიმერიზაციის გამოწვევის მიზნით, რათა უზრუნველყოს მაღალი მოლეკულური წონის პოლიმერიზაცია. რეაქტორის პალატაში შეზღუდული ყოფნის დროს, ენერგიის ალტერნატიული წყაროები ატარებენ საჭირო რეაქციის მამოძრავებელ ზემოქმედებას შიდა ნაკადის უჯრედში (იხ. სურათი 2) მაღალ დამიზნებულ დონეზე. ამრიგად, შეიძლება თავიდან იქნას აცილებული ლითონის შემცველი კატალიზატორები, როგორიცაა კალის (II) 2-ეთილჰექსანოატი, რომელიც გამოიყენება ექსტრუზიის ჩვეულებრივ პროცესებში, რომლებიც საჭიროა ლაქტონების პოლიმერიზაციის სიჩქარის მისაღებ ეფექტურ დონეზე ასამაღლებლად.
InnoREX საპილოტე ქარხნის სისტემისთვის, მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი პროცესორი UIP1000hd, რომელსაც შეუძლია უზრუნველყოს 1 კვტ ულტრაბგერითი სიმძლავრე, ინტეგრირებულია. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერა კარგად არის ცნობილი ქიმიურ რეაქციებზე დადებითი ზემოქმედებით, რაც სონოქიმიის ფენომენია. როდესაც მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი ტალღები შედის თხევად გარემოში, ტალღები ქმნიან მაღალი წნევის (შეკუმშვის) და დაბალი წნევის (იშვიათობის) ციკლებს, რაც იწვევს ულტრაბგერას. კავიტაცია. კავიტაცია აღწერს „სითხეში ბუშტების წარმოქმნას, ზრდას და იმპულსურად ჩამონგრევას. კავიტაციური კოლაფსი წარმოქმნის ინტენსიურ ადგილობრივ გათბობას (~5000K), მაღალ წნევას (~1000 ატმ) და გათბობისა და გაგრილების უზარმაზარ ტემპებს.>109 კ/წმ)” როგორიცაა სითხის ნაკადი ~400 კმ/სთ სიჩქარის თხევადი ჭავლებით. (KS Suslick 1998)
ულტრაბგერითი წარმოქმნილი კავიტაციური ძალები უზრუნველყოფს კინეტიკურ ენერგიას, ანაწილებს ნაწილაკებს და ქმნის რადიკალებს, რომლებიც მხარს უჭერენ ქიმიურ პოლიმერიზაციის რეაქციას.
პოლიმერიზაციის რეაქციის დროს სონიკაციის ზოგადი დადებითი ეფექტებია:

• პოლიმერიზაციის დაწყება სონოქიმიურად შექმნილი რადიკალების გამო (პოლიმერიზაციის კინეტიკა)
• პოლიმერიზაციის სიჩქარის დაჩქარება
• ვიწრო პოლიდისპერსიულობა, მაგრამ პოლიმერების უფრო მაღალი მოლეკულური წონა
• უფრო ერთგვაროვანი რეაქცია და, შესაბამისად, ჯაჭვის სიგრძის უფრო დაბალი განაწილება