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InnoREX – 초음파로 개선된 PLA 압출

초음파 혼합, 분산 및 유화는 폴리락트산(PLA)의 압출을 향상시킵니다. 압출 라인에 초음파를 구현하면 생산 된 PLA의 수율과 품질이 향상됩니다.

폴리락타이드 합성

폴리락티드산 또는 폴리락타이드(PLA)는 락티드산 및 락타이드 단량체에서 합성되는 열가소성 지방족 폴리에스테르입니다. 락타이드는 발효 식물 전분(예: 옥수수 전분, 사탕수수)에서 추출한 고리형 디에스터로 플라스틱의 식물성 대체품으로 사용됩니다. 따라서 PLA 합성은 녹색 화학 범위에 완벽하게 들어맞습니다. PLA는 기존의 석유 화학 기반 플라스틱에 대한 바이오 기반의 생분해성 대체품으로 빠르게 높은 관심을 받았습니다.
PLA에 대한 사실 : PLA (C3H4O2)n의 밀도는 1210-1430kg/m입니다.3, 물에 녹지 않고 PTFE보다 단단하며 150degC에서 220degC 사이의 온도에서 녹습니다.

이노렉스 – 혁신적인 중합 공정

PLA의 현재 생산 공정은 건강과 환경에 유해한 락톤의 중합 속도를 향상시키기 위해 금속 함유 촉매를 필요로 합니다. 촉매 이용의 문제적 특성과 바이오 기반 폴리머에 대한 수요 증가와 관련하여, InnoREX 프로젝트는 기존의 금속 함유 촉매를 유기 촉매로 대체하고 고출력 초음파, 마이크로파 및 레이저의 대체 에너지원의 도움을 받는 중합 공정 개발에 중점을 둡니다.

고성능 2kW 초음파 프로세서 UIP2000hdT와 결합 된 이축 압출기

초음파발생기 UIP2000hdT 님 압출 시스템 내

고성능 2kW 초음파 프로세서 UIP2000hdT와 결합 된 이축 압출기

압출 시스템 내의 초음파 발생기

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유기 촉매는 락타이드의 중합을 효율적으로 제어하는 것으로 나타났지만, 산업 표준을 충족하기 위해 활성을 개선해야 합니다. 이것은 대체 에너지의 도입에 의해 달성 될 것입니다. 초음파, 마이크로파 및 레이저 광은 촉매 활성을 증가시키고 반응 시간 없이 반응 혼합물의 작은 부분만 여기시켜 반응을 정밀하게 제어할 수 있기 때문입니다.
따라서 이 프로젝트는 대체 에너지원이 매체에 도입되는 새로운 반응기 시스템과 유기 촉매를 결합하여 반응 압출 공정에서 금속이 없는 PLA를 얻습니다. (그림 1 참조)
따라서 InnoREX 프로젝트는 마이크로파, 초음파 및 레이저 광의 빠른 응답 시간을 사용하여 이축 압출기에서 고분자량 PLA의 정밀하고 효율적인 연속 중합을 달성합니다. 또한 하나의 생산 단계에서 중합, 배합 및 성형을 결합하여 상당한 에너지 절약을 달성할 수 있습니다.

초음파는 PLA의 반응성 압출을 개선하기 위한 대체 에너지로 사용됩니다. (확대하려면 클릭!)

그림 1: PLA의 중합을 개선하는 새로운 방법(출처: InnoREX)

PLA의 중합 개선을 위한 초음파 처리

UIP2000HD – R에 사용되는 2kW 초음파 프로세서&InnoREX의 D스테이지

고출력 초음파

초음파, 마이크로파 및 레이저 조사의 세 가지 대체 에너지원이 결합되어 고리 개방 중합을 유도하여 고분자량 중합을 보장합니다. 반응기 챔버에서의 제한된 체류 시간 동안, 대체 에너지원은 고도로 표적화된 수준에서 필요한 반응 구동 효과를 인라인 플로우 셀(그림 2 참조)에 도입합니다. 따라서 락톤의 중합 속도를 허용 가능한 효율적인 수준으로 높이는 데 필요한 기존 압출 공정에 사용되는 주석(II) 2-에틸헥사노에이트와 같은 금속 함유 촉매를 피할 수 있습니다.
InnoREX 파일럿 플랜트 시스템의 경우, 고출력 초음파 프로세서 UIP1000hd 영어1kW의 초음파 전력을 제공할 수 있는 가 통합되었습니다. 고출력 초음파는 초음파 화학 현상 인 화학 반응에 긍정적 인 효과로 잘 알려져 있습니다. 고출력 초음파가 액체 매체에 도입되면 파동은 고압(압축) 및 저압(희박) 사이클을 생성하여 초음파를 생성합니다 공동 현상. 캐비테이션(Cavitation)은 "액체에서 기포의 형성, 성장 및 내파적 붕괴"를 설명합니다. 캐비테이션 붕괴는 강렬한 국부 가열(~5000K), 고압(~1000atm) 및 엄청난 가열 및 냉각 속도(>109 K/sec)" ~400 km/h의 액체 제트로 흐르는 그런 s 액체. (K.S. Suslick 1998)
초음파로 생성된 캐비테이션력은 운동 에너지를 제공하고 입자를 분산시키며 화학적 중합 반응을 지원하는 라디칼을 생성합니다.
중합 반응 중 초음파 처리의 일반적인 긍정적 인 효과는 다음과 같습니다.

  • 초음파 화학적으로 생성 된 라디칼로 인한 중합 개시 (polymerization kinetics)
  • 중합 속도의 가속
  • 더 좁은 다분산성, 그러나 더 높은 폴리머의 분자량
  • 더 균질한 반응과 그에 따른 더 낮은 사슬 길이 분포
The picture shows the process setup of combined ultrasound (HIelscher's UIP2000hd), microwave and laser to induce a ring-opening polymerization under absence of metal-containing catalysts

그림 2: 금속 함유 촉매의 사용을 피하면서 환 개방 중합을 달성하기 위해 초음파, 마이크로파 및 레이저를 사용한 공정 설정(출처: InnoREX)

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문헌/참고문헌

  • K.S. Suslick (1998): Kirk-Othmer 화학 기술 백과사전; 4판 J. 와일리 & 아들: New York, 1998, vol. 26, 517-541.
Hielscher의 High pwer 초음파는 PLA의 비금속 중합을위한 InnoREX 프로젝트에서 대체 에너지 원으로 사용됩니다.

InnoREX 포스터를 보려면 여기를 클릭하십시오!


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