InnoREX - Ультразвуковое улучшение экструзии PLA

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

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.