InnoREX - Ultrasonically გაუმჯობესებული PLA ექსტრუზიის

Ultrasonic mixing, dispersing and emulsification improves the extrusion of polylactic acids (PLA). Implementing ultrasonication into extrusion lines increases yield and quality of the produced PLA.

Polylactide Synthesis

პოლილოქსიდული მჟავები ან პოლილიქტადი (PLA) არის თერმოპლასტიკური ალიფატური პოლიესტერი, რომელიც სინთეზირებულია ლაქტიდული მჟავისა და ლაქტადის მონომერებისგან. Lactide არის cyclic diester, რომელიც გამომდინარეობს ფერმენტირებული მცენარეული სახამებლისგან (მაგ. სიმინდის სახამებელი, შაქარი) და გამოიყენება პლასტმასის მცენარეულ შემცვლელად. ამგვარად, PLA სინთეზი შეესაბამება სრულმასშტაბიან მწვანე ქიმიას. PLA- მა ძალიან მაღალი ინტერესი მოიპოვა, რადგანაც ეს ბიოპროდუქტიული, ბიოდეგრადირებადი შემცვლელია ჩვეულებრივი პეტროგენული ქიმიური პლასტმასისათვის.
ფაქტები PLA: PLA (C₃ჰ₄ო₂) N აქვს სიმჭიდროვე 1210-1430 კგ / მ³, წყალში შეუძლებელია, PTFE- ზე უფრო რთული და დნობად ტემპერატურაზე 150degC- სა და 220degC- ს შორის.

InnoREX – ინოვაციური პოლიმერიზაციის პროცესი

PLA- ს მიმდინარე წარმოების პროცესი მოითხოვს ლითონის შემცველ კატალიზატორებს, გააუმჯობესონ ლაქტონების პოლიმერიზაციის კურსი, რომლებიც საშიშია ჯანმრთელობისა და გარემოსთვის. კატალიზატორის გამოყენებისა და ბიომეტრული პოლიმერების მზარდი მოთხოვნის პრობლემის შესახებ, InnoREX- ის პროექტი ფოკუსირებულია პოლიმერიზაციის პროცესის განვითარებაზე, სადაც ჩვეულებრივი ლითონი შემცველი კატალიზატორები შეიცვალა ორგანული კატალიზატორით და ხელს უწყობს მაღალი ენერგიის ალტერნატიული ენერგიის წყაროს ულტრაბგერითი, მიკროტალღოვანი და ლაზერული.

ორგანული კატალიზატორები აჩვენეს, რომ ეფექტურად აკონტროლებენ ლაქტადის პოლიმერიზაციას, მაგრამ მათი საქმიანობა კვლავ გაუმჯობესდება სამრეწველო სტანდარტების დასაკმაყოფილებლად. ეს მიიღწევა ალტერნატიული ენერგიის შემოღებით ულტრაბგერითი, მიკროტალღოვანი და ლაზერული სინათლე, რადგან ისინი გაზრდებიან კატალიზატორული აქტივობით და რეაგირების ზუსტი კონტროლის საშუალებას აძლევენ რეაგირების მცირე ზომის ნაწილებს რეაგირების გარეშე.
პროექტი აერთიანებს რეალტორულ სისტემას, სადაც ალტერნატიული ენერგორესურსები შედის მედიაში, ორგანული კატალიზატორი, რომელიც მიიღებს ლითონისგან თავისუფალი PLA რეაქტიული ექსტრუზიის პროცესში. (იხ. სურათი 1)
აქედან გამომდინარე, InnoREX პროექტი იყენებს სწრაფი რეაქციის დროს მიკროტალღური, ულტრაბგერითი და ლაზერული სინათლის მისაღწევად ზუსტად კონტროლირებადი და ეფექტური უწყვეტი polymerization მაღალი მოლეკულური წონა PLA in ტყუპი ხრახნიანი extruder. გარდა ამისა, მნიშვნელოვან ენერგო დანაზოგს მიიღწევა პოლიმერიზაციის, შედგენის და ჩამოყალიბების ერთობლივი წარმოების გზით.

მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი

სამი ალტერნატიული ენერგიის წყარო - ულტრაბგერითი, მიკროტალღოვანი და ლაზერული დასხივება - კომბინირებულია მაღალი მოლეკულური წონის პოლიმერიზაციის უზრუნველსაყოფად ბრინჯის გახსნის პოლიმერიზაციის შესაქმნელად. რეაქტორის ოთახში შეზღუდული დროში ალტერნატიული ენერგეტიკული წყაროები წარმოადგენენ საჭირო რეაქციის მამოძრავებელ ზემოქმედებას inline ნაკადი საკანში (იხ. Pic. 2) მაღალკვალიფიციურ დონეზე. ამრიგად, ლითონების პოლიმერიზაციის მაჩვენებელს მისაღები ეფექტურობის დონის ამაღლებისთვის აუცილებელი ლითონის შემცველი კატალიზატორები, როგორიცაა თინი (II) 2 ეთილჰექსანოტი, რომელიც ჩვეულებრივი ექსტრუზიის პროცესშია, შეიძლება თავიდან იქნას აცილებული.
ინორორკის პილოტური ქარხნის სისტემისთვის, მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი პროცესორი UIP1000hd, რომელსაც შეუძლია უზრუნველყოს 1 კვტ ულტრაბგერითი სიმძლავრე, ინტეგრირებული. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი კარგად ცნობილია ქიმიური რეაქციების დადებითი ეფექტისთვის, რომელიც არის sonochemistry- ის ფენომენი. როდესაც მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი ტალღების ლიკვიდურ ტალღებში შემოდის, ტალღები მაღალ წნევას ქმნიან (შეკუმშვის) და დაბალი წნევით (იშვიათად) ციკლები, რაც იწვევს ულტრაბგერით cavitation. Cavitation აღწერს ”ბუშტუკების წარმოქმნას, ზრდას და იმპულსურ დაშლას თხევადში. კავიტაციური კოლაფსი წარმოქმნის ინტენსიურ ადგილობრივ გათბობას (K 5000K), მაღალ წნევას (~ 1000 ატმ) და უზარმაზარი გათბობისა და გაგრილების მაჩვენებლებს (>109 კ / წ)), როგორიცაა თხევადი ნაკადი თხევადი თვითმფრინავით 400 კმ / სთ. (KS Suslick 1998)
ულტრაბგერითი გენერირებული cavitational ძალები უზრუნველყოფს კინეტიკური ენერგია, დაშლა ნაწილაკების და შექმნათ რადიკალების მხარდამჭერი ქიმიური polymerization რეაქცია.
პოლიმერიზაციის რეაქციის დროს გამონაბოლქვის ზოგადი დადებითი ეფექტებია:

• პოლიმერიზაციის ინიცირება sonichemically შექმნილი რადიკალების გამო (polymerization kinetics)
• პოლიმერიზაციის სიჩქარის აჩქარება
• ვიწრო poly dispersities, მაგრამ უმაღლესი მოლეკულური წონის პოლიმერები
• უფრო ჰომოგენური რეაქცია და, შესაბამისად, ჯაჭვის სიგრძის ქვედა განაწილება

ლიტერატურა / ლიტერატურა

• KS Suslick (1998): ქიმიური ტექნოლოგიის კირკ-ოთერმა ენციკლოპედია; მე -4 ედ. ჯ. ვილე & შვილები: ნიუ-იორკი, 1998, vol. 26, 517-541.