InnoREX - Ultraschall verbessert PLA Extrusioun

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

Polylactidsäuren oder Polylactid (PLA) ass en thermoplastesche aliphatesche Polyester, deen aus Lactid Säure- a Lactidenmonomeren synthetiséiert gëtt. Lactide ass e zyklischen Diester, dee vu fermentéierten Planzenstärken ofgeleet gëtt (zB Maiskorrektur, Zuckerkierper) a gëtt als Planzemitter fir Plastik benotzt. Dofir passt d'PLA-Synthese perfekt an d'Palette vun der grénger Chemie. D'PLA krut séier héich Interesse wéi et e Bio-baséiert, biologesch bestëmmt Substitut zu de konventionell Petrolchemesche Basen.
Fakten iwwer PLA: PLA (C₃H₄O₂) n huet eng Dicht vun 1210-1430 kg / m³, ass onbestänneg am Waasser, méi héiger wéi PTFE an schmëlzt bei Temperaturen tëscht 150 ° C an 220 ° C.

InnoREX – Innovative Polymeriséierung Prozess

Dee aktuell Produktiounsprozess vu PLA erfëllt Metallhalverkatalysatoren, fir d'Polymerisationssubstanz vun de Laktonen ze verbesseren, déi geféierlech fir d'Gesondheet an d'Ëmwelt sinn. Wat d'Problematik vun der Katalysatornutzung an d'wuensend Ufro fir biobaséiert Polymere befaasst, beschäftegt den InnoREX-Projet d'Entwécklung vun engem Polymerisationsprozess, bei deem d'konventionell Metall ëmfaasst Katalysatoren ersetzt gëtt vun engem organesche Katalysator a gehollef vun den alternativen Energiequellen vu héich Kraaft Ultraschall, Mikrowelle a Laser.

Organesch Katalysatoren sinn ze weisen, datt d'Polymeriséierung vum Lactide effizient kontrolléiert gëtt, awer hir Aktivitéit muss nach ëmmer verbessert ginn fir Industriestandarde ze erhalen. Dëst gëtt erreecht duerch d'Aféierung vun alternativen Energien Ultraschall, Mikrowellen a Laserlicht, well se d'Katalysatoraktivitéit erhéijen an eng präzis Kontroll vun der Reaktioun maachen, andeems se nëmme klengen Deel vun der Reaktiounsmischung ouni Reaktiounszäit errechen.
De Projet kombinéiert deemno e Roman Reaktor System, wou déi alternativ Energiequellen an d'Mëttel agefouert ginn, mat engem organesche Katalysator, fir e metallesche PLA bei engem reaktivem Extrusiounsprozess ze kréien. (kuckt pic. 1)
De InnoREX-Projet benotzt dofir déi séier Reaktiounszäit vu Mikrowellen, Ultraschall a Laserlicht fir eng präzis kontrolléiert a effizient kontinuierliche Polymeriséierung vu héijem Molekulargewicht PLA an engem Twin-screw-Extruder ze erzielen. Zousätzlech wäert et energiespuerer Energie spueren ginn duerch Kombinéiere vun der Polymeriséierung, der Kompositioun an der Formgebung an engem Produktionsstouss.

High Power Ultrasonics

Dräi Alternativ Energiequellen - Ultraschall, Mikrowelle a Laserbestrahlung - ginn kombinéiert fir d'Réngöffnungspolymerisatioun ze induzéieren fir d'Polymeriséierung vu héiem Molekulargewiicht ze garantéieren. Während der limitéierter Verkeeferzäit an der Reaktor Chamber entstinn déi alternativ Energiequellen de erfuerderte Reaktiounseffekt op eng Inline-Flowzelle (kuck pic 2) op engem héich gezielt Niveau. Duerfir kënne Metallkategoriseren wéi Zinn (II) 2-Ethylhexanoat, wat bei konventionellen Extrusiounsprozessen, déi zur Erhéihung vun der Polymerisationsraten vun den Lactonen un e akzeptablen effiziente Niveau erhéicht ginn, vermeigt kënne ginn.
Fir den InnoREX Pilotanlage, de High-Power-Ultraschall-Prozessor UIP1000hd, wat fähig ass, 1 kW Ultraschallkraft bereet ze ginn, gouf integréiert. Héichkraaft Ultraschall ass bekannt fir seng positiven Effekter op chemesch Reaktiounen, wat d'Phänomen vun Sonochemie ass. Wann héich Ultraschallwellen ofgeschloss ginn an e flëssege Medium z'entwéckelen, produzéiere d'Wellen Hochdruck (Kompressioun) a Low-Pressure (rarefaeks) Zyklen, déi zu Ultraschall entstoen KavitationAn. Kavitatioun beschreift “Bildung, Wuesstum a implosive Zesummebroch vu Blasen an enger Flëssegkeet. Cavitational Zesummebroch produzéiert intensiv lokal Heizung (~ 5000K), héijen Drock (~ 1000 atm), an enorme Heizungs- an Ofkillungsraten (>109 K / sec) “wéi Flëssegkeetsstroum mat Flëssegkeetsstrale vu ~ 400 km / h. (KS Suslick 1998)
Déi ultraschall generéiert Kavitationalkräfte bilden eng kinetesch Energie, dispergéieren d'Partikelen a kreéieren Radikale déi d'chemesch Polymerisationsreaktioun ënnerstëtzen.
Allgemeng positive Effekter vun der Opléisung während enger Polymerisationsreaktioun sinn:

• D'Initiatioun vu Polymeriséierung wéinst sonochemescheweegtem Radikalen (Polymeriséierungskinetik)
• Beschleunegung vun der Polymerisationssubstanz
• eng méi schmuele Poly-Dispersiounen, awer méi héicht Molekulargewicht vun den Polymeren
• méi homogène Reaktioun a sou doduerch eng niddereg Verdeelung vun Kettenlängt

Literatur / nëmmen

• KS Suslick (1998): Kirk-Othmer Enzyklopedie vun chemescher Technologie; 4. Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, Vol. 26, 517-541.