Hielscher ultralydteknologi

InnoREX - Ultrasonically Improved PLA Extrusion

Polylactidsyrer eller polylactid (PLA) er en termoplastisk alifatisk polyester, som syntetiseres fra laktidsyre og laktidmonomerer. Lactid er en syklisk diester, som er avledet av fermentert plantestivelse (f.eks. Maisstivelse, sukkerrør) og brukes som plantebasert erstatning for plast. Dermed passer PLA-syntese perfekt inn i rekkevidden av grønnkjemi. PLA fikk raskt høy interesse, da det er en biobasert, biologisk nedbrytbar erstatning til den konvensjonelle petrokjemisk baserte plast.
Fakta om PLA: PLA (C3H4O2) n har en tetthet på 1210-1430 kg / m3, er uoppløselig i vann, vanskeligere enn PTFE og smelter ved temperaturer mellom 150 ° C og 220 ° C.
Etterspørselen etter biobaserte polymerer vokser raskt. I henhold til gjeldende teknikk er det nødvendig med metallholdige katalysatorer for å forbedre polymerisasjonshastigheten av laktoner, som utgjør en fare for helse og miljø. InnoREX vil utvikle et nytt reaktorkonsept ved hjelp av alternative energier for kontinuerlig, høy presisjon, metallfri polymerisering av PLA.

InnoREX utvikler et nytt reaktorkonsept for kontinuerlig, svært presis, metallfri polymerisering av PLA.

InnoREX – Innovativ polymeriseringsprosess

Den nåværende produksjonsprosessen av PLA krever metallholdige katalysatorer for å forbedre polymerisasjonshastigheten av laktonene, som er helse- og miljøfarlige. Med hensyn til den problematiske karakteren av katalysatorutnyttelse og den økende etterspørselen etter biobaserte polymerer, fokuserer InnoREX-prosjektet på utvikling av en polymeriseringsprosess hvor de konvensjonelle metallholdige katalysatorene erstattes av en organisk katalysator og assisteres av alternative energikilder med høy effekt ultralyd, mikrobølgeovn og laser.
Organiske katalysatorer har vist seg å effektivt kontrollere polymerisasjonen av laktid, men deres aktivitet må fortsatt forbedres for å møte industrielle standarder. Dette vil bli oppnådd ved innføring av alternative energier av ultralyd, mikrobølger og laserlys siden de øker katalysatoraktiviteten og muliggjør nøyaktig kontroll av reaksjonen ved å spenne kun små deler av reaksjonsblandingen uten responstid.
Prosjektet kombinerer derfor et nytt reaktorsystem hvor de alternative energikilder innføres i mediet, med en organisk katalysator for å oppnå en metallfri PLA i en reaktiv ekstruderingsprosess. (se bilde 1)
Derfor bruker InnoREX-prosjektet den hurtige svartiden for mikrobølger, ultralyd og laserlys for å oppnå en nøyaktig kontrollert og effektiv kontinuerlig polymerisering av PLA med høy molekylvekt i en dobbeltsnekkeekstruder. I tillegg vil betydelige energibesparelser oppnås ved å kombinere polymerisering, sammensetning og formgivning i ett produksjons-trinn.

Ultralyd brukes som en alternativ energi for å forbedre den reaktive ekstrudering av PLA. (Klikk for å forstørre!)

Bilde 1: En ny måte å forbedre polymeriseringen av PLA (kilde InnoREX)

Ultralyd for forbedret polymerisering av PLA

UIP2000hd – 2kW ultralydsprosessor som brukes i R&D-stadiet av InnoREX

Høy effekt Ultrasonics

Tre alternative energikilder - ultralyd, mikrobølge og laserbestråling - kombineres for å indusere ringåpningspolymerisasjonen for å sikre polymerisasjonen med høy molekylvekt. Under den begrensede oppholdstiden i reaktorkammeret innfører de alternative energikildene den nødvendige reaksjonsdrevet innvirkning i en inline-strømningscelle (se bilde 2) på et høyt målrettet nivå. Dermed kan metallholdige katalysatorer som tinn (II) 2-etylheksanoat, som er i konvensjonelle ekstruderingsprosesser som kreves for å øke polymerisasjonshastigheten av laktonene til et akseptabelt effektivt nivå, unngås.
For InnoREX-pilotanlegget, ultralydsprosessoren med høy effekt UIP1000hd, som er i stand til å gi 1kW ultralydseffekt, er blitt integrert. Ultralyd med høy effekt er kjent for sine positive effekter på kjemiske reaksjoner, som er fenomenet sonokemi. Når ultralydbølger med høy effekt blir introdusert i et flytende medium, danner bølgene høytrykks (kompresjons) og lavtrykkssykluser som resulterer i ultralyd kavitasjon. Kavitasjon beskriver "dannelsen, veksten og implosiv kollaps av bobler i en væske. Kavitasjon kollaps produserer intens lokal oppvarming (~ 5000K), høyt trykk (~ 1000 ATM), og enorme oppvarmings-og kjølehastigheter (>109 K/sek) "en slik væske strømming med flytende dyser på ~ 400 km/t. (K.S. Suslick 1998)
De ultrasonisk genererte kavitasjonskreftene gir kinetisk energi, sprer partiklene og lager radikaler som støtter den kjemiske polymerisasjonsreaksjonen.
Generelle positive effekter av sonikering under en polymerisasjonsreaksjon er:

  • initiering av polymerisering på grunn av sonokemisk opprettede radikaler (polymeriseringskinetikk)
  • akselerasjon av polymerisasjonshastigheten
  • smalere poly-dispersjoner, men høyere molekylvekt av polymerene
  • mer homogen reaksjon og dermed lavere distribusjon av kjedelengder
Bildet viser prosessoppsettet av kombinert ultralyd (HIelscher's UIP2000hd), mikrobølgeovn og laser for å indusere en ringåpnings-polymerisering under fravær av metallholdige katalysatorer

Bilde 2: Prosessoppsett med ultralyd, mikrobølgeovn og laser for å oppnå en ringåpningspolymerisering uten bruk av metallholdige katalysatorer (Kilde: InnoREX)

Litteratur / Referanser

  • KS Suslick (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4. utg. J. Wiley & Sønner: New York, 1998, vol. 26, 517-541.

Kontakt oss / be om mer informasjon

Snakk med oss ​​om dine krav til behandling. Vi vil anbefale de mest egnede oppsett- og behandlingsparametrene for prosjektet ditt.





Vær oppmerksom på at Personvernregler.


High pwer ultralyd fra Hielscher brukes som alternativ energikilde i InnoREX prosjektet for metallfri polymerisering av PLA

Klikk her for å se InnoREX plakaten!