InnoREX – Extrudare PLA îmbunătățită ultrasonically

Amestecarea cu ultrasunete, dispersarea și emulsionarea îmbunătățește extrudarea acizilor polilactici (PLA). Implementarea ultrasonication în liniile de extrudare crește randamentul și calitatea PLA produs.

Sinteza polilactidelor

Acizii polilactizi sau polilactida (PLA) este un poliester alifatic termoplastic, care este sintetizat din monomeri de acid lactid și lactidă. Lactida este un diester ciclic, care este derivat din amidon vegetal fermentat (de exemplu, amidon de porumb, trestie de zahăr) și este utilizat ca înlocuitor pe bază de plante pentru materialele plastice. Astfel, sinteza PLA se încadrează perfect în gama chimiei verzi. PLA a câștigat rapid un interes ridicat, deoarece este un înlocuitor bio-bazat, biodegradabil al materialelor plastice convenționale pe bază de petro-chimice.
Date despre AEP: PLA (C₃H₄O₂)n are o densitate de 1210-1430 kg/m³, este insolubil în apă, mai dur decât PTFE și se topește la temperaturi cuprinse între 150 °C și 220 °C.

InnoREX – Proces inovator de polimerizare

Procesul actual de producție al PLA necesită catalizatori care conțin metal pentru a îmbunătăți rata de polimerizare a lactonelor, care sunt periculoase pentru sănătate și mediu. În ceea ce privește natura problematică a utilizării catalizatorilor și cererea tot mai mare de polimeri biobazați, proiectul InnoREX se concentrează pe dezvoltarea unui proces de polimerizare, în care catalizatorii convenționali care conțin metale sunt înlocuiți cu un catalizator organic și asistați de surse alternative de energie cu ultrasunete de mare putere, microunde și laser.

Catalizatorii organici s-au dovedit a controla eficient polimerizarea lactidei, dar activitatea lor trebuie îmbunătățită pentru a îndeplini standardele industriale. Acest lucru se va realiza prin introducerea energiilor alternative de Ultrasonics, microundele și lumina laser, deoarece cresc activitatea catalizatorului și permit controlul precis al reacției prin excitarea doar a unor părți mici ale amestecului de reacție fără timp de răspuns.
Prin urmare, proiectul combină un nou sistem de reactoare, în care sursele alternative de energie sunt introduse în mediu, cu un catalizator organic pentru a obține un PLA fără metal într-un proces de extrudare reactivă. (vezi poz. 1)
Prin urmare, proiectul InnoREX utilizează timpul de răspuns rapid al microundelor, ultrasunetelor și luminii laser pentru a realiza o polimerizare continuă controlată și eficientă a PLA cu greutate moleculară mare într-un extruder cu șurub dublu. În plus, economii semnificative de energie vor fi obținute prin combinarea polimerizării, amestecării și modelării într-o singură etapă de producție.

Ultrasonics de mare putere

Trei surse alternative de energie – ultrasunete, microunde și iradiere cu laser – sunt combinate pentru a induce polimerizarea cu deschidere inelară pentru a asigura polimerizarea cu greutate moleculară mare. În timpul timpului limitat de ședere în camera reactorului, sursele alternative de energie introduc impactul necesar de conducere a reacției într-o celulă de flux în linie (a se vedea pic. 2) la un nivel foarte vizat. Astfel, catalizatorii cu conținut de metale, cum ar fi 2-etilhexanoatul de staniu (II), care se află în procesele convenționale de extrudare necesare pentru a ridica rata de polimerizare a lactonelor la un nivel eficient acceptabil, pot fi evitați.
Pentru sistemul instalației pilot InnoREX, procesorul cu ultrasunete de mare putere UIP1000hd, care este capabil să furnizeze 1kW de putere cu ultrasunete, a fost integrat. Ultrasunetele de mare putere sunt bine cunoscute pentru efectele sale pozitive asupra reacțiilor chimice, care este fenomenul sonochimiei. Atunci când undele ultrasonice de mare putere sunt introduse într-un mediu lichid, undele creează cicluri de înaltă presiune (compresie) și joasă presiune (rarefiere) rezultând ultrasunete Cavitaţie. Cavitația descrie "formarea, creșterea și prăbușirea implozivă a bulelor într-un lichid. Colapsul cavitațional produce încălzire locală intensă (~ 5000K), presiuni ridicate (~ 1000 atm) și rate enorme de încălzire și răcire (>109 K/sec)" un astfel de flux lichid cu jeturi lichide de ~ 400 km / h. (K.S. Suslick 1998)
Forțele cavitaționale generate ultrasonically furnizează energie cinetică, dispersează particulele și creează radicali care susțin reacția de polimerizare chimică.
Efectele pozitive generale ale sonicare în timpul unei reacții de polimerizare sunt:

• inițierea polimerizării datorită radicalilor creați sonochimic (cinetica polimerizării)
• accelerarea ratei de polimerizare
• polidispersii mai înguste, dar greutate moleculară mai mare a polimerilor
• reacție mai omogenă și, prin urmare, o distribuție mai mică a lungimilor lanțului

Literatură/Referințe

• K.S. Suslick (1998): Enciclopedia Kirk-Othmer a tehnologiei chimice; Ediția a 4-a J. Wiley & Fiii: New York, 1998, vol. 26, 517-541.