InnoREX - Ультразвуковое улучшение экструзии PLA

Ультразвуковое смешивание, рассеивание и эмульгация улучшает экструзию полилактических кислот (НОАК). Внедрение ультразвука в экструзионные линии повышает урожайность и качество производимой НОАК.

Синтез полилактида

Полилактидные кислоты или полилактид (PLA) представляют собой термопластичный алифатический сложный полиэфир, который синтезируется из лактидных кислот и лактидных мономеров. Лактид представляет собой циклический сложный диэфир, который получен из ферментированного крахмала растений (например, кукурузного крахмала, сахарного тростника) и используется в качестве заменителя для пластмасс на основе растений. Таким образом, синтез PLA идеально вписывается в диапазон зеленой химии. PLA получила быстрый интерес, так как это биоразлагаемый биоразлагаемый заменитель обычных нефтехимических пластмасс.
Факты о НОА: НОА (C₃ЧАС₄О₂) n имеет плотность 1210-1430 кг / м³, нерастворим в воде, тверже, чем ПТФЭ, и плавится при температурах от 150 до 220 ° С.

ИнноРЕКС – Инновационный процесс полимеризации

Для текущего процесса производства PLA требуются металлосодержащие катализаторы для улучшения скорости полимеризации лактонов, которые опасны для здоровья и окружающей среды. Что касается проблемной природы использования катализатора и растущего спроса на биобазовые полимеры, проект InnoREX фокусируется на разработке процесса полимеризации, в котором обычные металлосодержащие катализаторы заменяются органическим катализатором и при помощи альтернативных источников энергии высокой мощности ультразвуковой, микроволновой и лазерной.

Было показано, что органические катализаторы эффективно контролируют полимеризацию лактида, но их активность еще должна быть улучшена для соответствия промышленным стандартам. Это будет достигнуто путем введения альтернативных энергий ультраакустика, микроволны и лазерный свет, поскольку они увеличивают активность катализатора и позволяют точно контролировать реакцию, возбуждая только небольшие части реакционной смеси без времени реакции.
Таким образом, проект сочетает в себе новую реакционную систему, в которую вводятся альтернативные источники энергии в среду, с органическим катализатором для получения без PLA без металла в процессе реактивной экструзии. (см. рис. 1)
Поэтому проект InnoREX использует быстрое время отклика микроволн, ультразвука и лазерного излучения для достижения точно контролируемой и эффективной непрерывной полимеризации PLA с высокой молекулярной массой в двухшнековом экструдере. Кроме того, значительная экономия энергии будет достигнута путем объединения полимеризации, компаундирования и формования на одном этапе производства.

Ультразвуковая мощность большой мощности

Три альтернативных источника энергии - ультразвуковое, микроволновое и лазерное облучение - объединяются, чтобы вызвать полимеризацию с раскрытием кольца для обеспечения полимеризации с высокой молекулярной массой. В течение ограниченного времени пребывания в реакторной камере альтернативные источники энергии вводят требуемое воздействие реакции на поток в поточную ячейку (см. Рис. 2) на высоконаправленном уровне. Таким образом, можно избежать металлосодержащих катализаторов, таких как олово (II) 2-этилгексаноат, который находится в обычных процессах экструзии, необходимых для повышения скорости полимеризации лактонов до приемлемого эффективного уровня.
Для системы экспериментальных установок InnoREX высокопроизводительный ультразвуковой процессор Uip1000hd, который способен обеспечить 1 кВт мощности ультразвука. Ультразвук высокой мощности хорошо известен своим положительным воздействием на химические реакции, что является феноменом сонохимии. Когда высокомощные ультразвуковые волны вводятся в жидкую среду, волны создают циклы высокого давления (сжатия) и низкого давления (разрежения), приводящие к ультразвуку кавитация. Кавитация описывает "образование, рост и имплозивный коллапс пузырьков в жидкости. Кавитационный коллапс приводит к интенсивному локальному отоплению (5000 тыс. евро), высокому давлению (1000 атм) и огромным показателям нагрева и охлаждения (>109 K/sec)" такая жидкость, струящееся с жидкими струями в 400 км/ч. (K.S. Suslick 1998)
Ультразвуковые кавитационные силы обеспечивают кинетическую энергию, диспергируют частицы и создают радикалы, поддерживающие химическую реакцию полимеризации.
Общие положительные эффекты обработки ультразвуком во время реакции полимеризации:

• инициирование полимеризации из-за сонохимически созданных радикалов (кинетика полимеризации)
• ускорение скорости полимеризации
• более узкие полидисперсности, но более высокая молекулярная масса полимеров
• более однородная реакция и, следовательно, более низкое распределение длин цепей

Литература / Ссылки

• К. С. Суслик (1998): энциклопедия химической технологии Кирка-Отмера; 4-е изд. J. Wiley & Сыновья: Нью-Йорк, 1998, vol. 26, 517-541.