Hielscher 초음파 기술

이노렉스 – 초음파 개선된 PLA 압출

폴리락티드 산 또는 폴리락티드 (PLA)는 락티드 산과 락티드 단량체에서 합성되는 열가소성 알리파틱 폴리 에스테르입니다. 락티드는 발효 식물 전분 (예 : 옥수수 전분, 사탕수수)에서 파생된 순환 다이스터이며 플라스틱의 식물 기반 대체품으로 사용됩니다. 따라서 PLA 합성은 녹색 화학 범위에 완벽하게 맞습니다. PLA는 기존의 석유 화학 기반 플라스틱에 대한 바이오 기반의 생분해성 대체품이기 때문에 빠르게 높은 관심을 얻었습니다.
PLA에 대한 사실 : PLA (CH4영형2)n의 밀도는 1210-1430 kg/m, PTFE보다 더 단단하고 150degC와 220degC 사이의 온도에서 녹는 물에 불용성입니다.
바이오 기반 폴리머에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있습니다. 당해 현재의 현황에 따르면, 금속 함유 촉매는 락톤의 중합 속도를 개선하여 건강과 환경에 위험을 초래하는 데 필요하다. 이노렉스는 PLA의 연속적이고 고정밀금속 없는 중합을 위해 대체 에너지를 사용하는 새로운 반응기 개념을 개발할 것입니다.

이노렉스는 PLA의 연속적이고 고정밀금속 없는 중합을 위한 새로운 반응기 개념을 개발합니다.

이노렉스 – 혁신적인 중합 공정

PLA의 현재 생산 공정은 건강과 환경에 유해한 락톤의 중합 속도를 개선하기 위해 금속 함유 촉매가 필요합니다. 촉매 활용의 문제적 특성과 바이오 기반 폴리머에 대한 수요 증가에 관한 InnoREX 프로젝트는 촉매를 함유하는 기존 금속을 유기로 대체하는 중합 공정 개발에 중점을 둡니다. 촉매 및 고출력 초음파, 마이크로웨이브 및 레이저의 대체 에너지원에 의해 지원됩니다.
유기 촉매는 락티드의 중합을 효율적으로 제어하는 것으로 나타났지만, 산업 표준을 충족시키기 위해 그 활성을 여전히 개선해야합니다. 이것은 대체 에너지의 도입에 의해 달성 될 것이다 초음파, 마이크로파 및 레이저 광은 촉매 활성을 증가시키고 반응 시간 없이 반응 혼합물의 작은 부분만을 흥미롭게 하여 반응을 정밀하게 제어할 수 있기 때문에.
따라서 이 프로젝트는 대체 에너지원이 배지에 도입되는 새로운 반응기 시스템을 결합하여 반응성 압출 공정에서 금속이 없는 PLA를 얻기 위한 유기 촉매를 결합합니다. (그림 1 참조)
따라서 InnoREX 프로젝트는 전자 레인지, 초음파 및 레이저 광의 신속한 응답 시간을 사용하여 트윈 스크류 압출기에서 고분자 량 PLA의 정밀하게 제어되고 효율적인 연속 중합을 달성합니다. 또한, 하나의 생산 단계에서 중합, 복합 및 성형을 결합하여 상당한 에너지 절감을 달성할 수 있습니다.

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

그림 1: PLA의 중합을 개선하는 새로운 방법 (소스 이노렉스)

PLA의 중합 개선을 위한 초음파

UIP2000hd – R에 사용되는 2kW 초음파 프로세서&이노렉스의 D스테이지

고출력 초음파

초음파, 마이크로파 및 레이저 조사와 같은 세 가지 대체 에너지원이 결합되어 고분자 중합을 보장하기 위해 링 개방 중합을 유도합니다. 반응기 챔버에서 제한된 체류 시간 동안, 대체 에너지원은 고도로 표적화된 수준에서 인라인 플로우 셀(그림 2 참조)으로 필요한 반응 구동 충격을 도입한다. 따라서, 주석(II) 2-에틸헥사노에이트(ethylhexanoate)와 같은 금속 함유 촉매는 락톤의 중합 속도를 허용 가능한 효율적인 수준으로 상승시키는 데 필요한 통상적인 압출 공정에서 피할 수 있다.
이노렉스 파일럿 플랜트 시스템의 경우, 고출력 초음파 프로세서 UIP1000hd초음파 전력 1kW를 제공 할 수있는 통합되었습니다. 고출력 초음파는 화학 반응에 긍정적 인 영향으로 잘 알려져 있으며, 이는 초음파 화학 현상입니다. 고출력 초음파가 액체 매체에 유입되면 파도가 고압 (압축) 및 저압 (희귀) 사이클을 생성하여 초음파를 생성합니다. 캐비테이션. 캐비테이션은 "액체에 있는 기포의 대형, 성장 및 파열붕괴를 기술합니다. 캐비테이션 붕괴는 강렬한 국소 가열 (~ 5000K), 고압 (~ 1000 atm), 그리고 엄청난 가열 및 냉각 속도 (>109 K/sec)" ~400 km/h의 액체 제트와 같은 액체 스트리밍 (K.S. Suslick 1998)
초음파로 생성된 캐비테이션 힘은 운동 에너지를 제공하고 입자를 분산하며 화학 적 중합 반응을 지원하는 라디칼을 생성합니다.
중합 반응 중 초음파 처리의 일반적인 긍정적 인 효과는 다음과 같습니다.

  • 소노케미컬하게 생성된 라디칼(중합 역학)으로 인한 중합 개시
  • 중합 속도의 가속
  • 더 좁은 폴리 분산성, 그러나 고분자의 더 높은 분자량
  • 더 균일한 반응과 따라서 체인 길이의 낮은 분포
사진은 금속 함유 촉매가 없는 상태에서 링 개방 중합을 유도하기 위해 결합 된 초음파 (HIelscher의 UIP2000hd), 마이크로 파 및 레이저의 공정 설정을 보여줍니다.

그림 2: 금속 함유 촉매의 사용을 피하기 위해 고리 개방 중합을 달성하기 위해 초음파, 마이크로파 및 레이저로 공정 설정 (출처: InnoREX)

문학 / 참고 문헌

  • K.S. Suslick (1998): 화학 기술의 커크 -오스머 백과 사전; 제4회 에드 제이 와일리 & 아들: 뉴욕, 1998 년, vol. 26, 517-541.

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Hielscher의 높은 pwer 초음파는 PLA의 금속이없는 중합을위한 InnoREX 프로젝트에서 대체 에너지원으로 사용됩니다.

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