InnoREX-ultrasonically uzlabota PLA ekstrūzijas

Ultraskaņas sajaukšana, izkliedēšana un emultifikācija uzlabo polilaktisko skābju (PLA) ekstrūzijas. Ultrasonication īstenošana ekstrūzijas līnijās palielina saražotā PLA ražu un kvalitāti.

Polilaktīdu sintēze

Polilaktaskābes vai Polilaktīds (PLA) ir Termoplastisks alifātisks poliesters, kas tiek sintezēts no laktid skābes un laktīda monomēriem. Laktīds ir ciklisks diesters, kas iegūts no fermentētas augu cietes (piemēram, kukurūzas cietes, cukurniedru), un to izmanto kā uz augu bāzes aizstātu plastmasu. Tādējādi PLA sintēze lieliski iekļaujas zaļās ķīmijas diapazonā. PLA ieguva ātri lielu interesi, jo tas ir bio-Based, bioloģiski noārdāmo aizstājēju parasto naftas ķīmijas bāzes plastmasas.
Fakti par PLA: PLA (C₃H₄O₂) n blīvums ir 1210-1430 kg/m³, ir nešķīstošs ūdenī, grūtāk nekā PTFE un kūst pie temperatūras starp 150degC un 220degC.

"InnoREX" – Novatoriska polimerizācijas process

Pašreizējais ražošanas process PLA prasa metālu saturošu katalizatoru, lai uzlabotu polimerizācijas ātrumu laktonu, kas ir bīstami veselībai un videi. Attiecībā uz katalizatora izmantošanas problemātisko raksturu un pieaugošo pieprasījumu pēc druku polimēriem, innorex projekta uzmanības centrā ir polimerizācijas procesa attīstīšana, kurā parasto metālu, kas satur katalizatorus, aizstāj ar organisku katalizators un palīdz alternatīvās enerģijas avotus lieljaudas ultraskaņas, mikroviļņu un lāzera.

Ir pierādīts, ka bioloģiskie katalizatori efektīvi kontrolē laktīda polimerizāciju, taču to darbība ir jāuzlabo, lai ievērotu rūpnieciskos standartus. Tas tiks panākts, ieviešot alternatīvo enerģijas avotu Ultrasonics, mikroviļņu krāsnīm un lāzera gaismu, jo tās palielina katalizatora aktivitāti un ļauj precīzi kontrolēt reakciju ar satraucošiem tikai nelielas reakcijas maisījuma daļas bez reakcijas laika.
Projekts tādēļ apvieno jaunu reaktoru sistēmu, kur alternatīvie enerģijas avoti tiek ievesti vidē, ar organisku katalizatoru, lai iegūtu bezmetāla PLA reaktīvā ekstrūzijas procesā. (sk. 1. att.)
Tādēļ InnoREX projekts izmanto mikroviļņu, ultraskaņas un lāzera gaismas ātras reakcijas laiku, lai panāktu precīzi kontrolētu un efektīvu nepārtrauktu polimerizācijas augsto molekulmasu PLA ar dvīņu skrūvējamu presi. Turklāt ievērojams enerģijas ietaupījums tiks panākts, apvienojot polimerizācijas, salikšanas un formēšanas vienā ražošanas posmā.

Lieljaudas Ultrasonics

Trīs alternatīvie enerģijas avoti-ultraskaņa, mikroviļņu un lāzera apstarošana-ir apvienoti, lai rosinātu gredzenu atvēršanas polimerizācijas, lai nodrošinātu augstu molekulmasu polimerizācijas. Ierobežotajā uzturēšanās laikā reaktora kamerā alternatīvie enerģijas avoti ievieš nepieciešamo reakciju, kas ietekmē iekļautā plūsmas šūnu (skatīt 2. att.) ļoti mērķtiecīgā līmenī. Tādējādi, metāla saturoši katalizatori, piemēram, alvas (II) 2-ethylhexanoate, kas ir parastās izspiešanas procesi, kas vajadzīgi, lai paaugstinātu polimerizācijas ātrumu laktoniem līdz pieņemamu efektīvu līmeni, var izvairīties.
InnoREX pilota iekārtas sistēmai lieljaudas ultraskaņas procesors UIP1000hd, kas spēj nodrošināt 1kW ultraskaņas jaudu, ir integrēta. Lieljaudas Ultraskaņa ir labi pazīstama ar savu pozitīvo ietekmi uz ķīmiskām reakcijām, kas ir sonoķīmijas fenomens. Kad lieljaudas ultraskaņas viļņi tiek ieviesti šķidrā vidē, viļņi rada augsta spiediena (kompresijas) un zema spiediena (rarefaction) ciklus, kas izraisa ultraskaņu kavitācija. Kavitācija raksturo "burbuļu veidošanos, augšanu un implosīvu sabrukumu šķidrumā. Cavitational Collapse rada intensīvu vietējo apkuri (~ 5000K), augsta spiediena (~ 1000 ATM), un milzīgu apkures un dzesēšanas ātrumu (>109 K/SEC) "tāda s šķidruma straumēšana ar šķidro strūklu ~ 400 km/h. (K.S. Suslick 1998)
Ultraskaņas radīts KAVITĀCIJAS spēki sniedz kinētisko enerģiju, izkliedē daļiņas un rada radikāļus, atbalstot ķīmiskās polimerizācijas reakciju.
Vispārējā pozitīvā ietekme ultraskaņas polimerizācijas reakcijā ir:

• uzsākšana polimerizācijas dēļ sonoķīmiski radīts radikāļi (polimerizācijas kinētika)
• polimerizācijas ātruma paātrinājums
• un šaurākas poli-disperģētāja, bet polimēru lielāka molekulmasa, kas
• viendabīgāku reakciju un līdz ar to arī mazāku ķēdes garuma sadalījumu

Literatūra / Literatūras saraksts

• K.S. Suslick (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia ķīmisko tehnoloģiju; 4. Ed. J. Wiley & Dēli: Ņujorka, 1998, vol. 26, 517-541.