InnoREX - Ekstrudim PLA i përmirësuar në mënyrë ultrasonike

Përzierja, shpërndarja dhe emulsifikimi tejzanor përmirëson nxjerrjen e acideve polilaktike (PLA). Zbatimi i ultrasonikimit në linjat e nxjerrjes rrit rendimentin dhe cilësinë e PLA të prodhuar.

Sinteza e polilactidit

Acidet polilaktid ose polilaktid (PLA) është një poliester alifatik termoplastik, i cili sintetizohet nga acidet laktide dhe monometrat laktide. Laktidi është një diester ciklik, i cili rrjedh nga niseshte bimore fermentuese (p.sh. niseshte misri, kallami i sheqerit) dhe përdoret si zëvendësues me bazë bimore për plastikën. Në këtë mënyrë, sinteza e PLA përshtatet në mënyrë të përkryer në rangun e kimisë së gjelbër. PLA fitoi shpejt interes të lartë, pasi është një zëvendësues bio-bazë, i biodegradueshëm ndaj plastikës konvencionale me bazë petro kimike.
Fakte mbi PLA: PLA (C₃H₄O₂) n ka një densitet prej 1210-1430 kg / m³, është i pazgjidhshëm në ujë, më e vështirë se PTFE dhe shkrihet në temperatura mes 150degC dhe 220degC.

InnoREX – Procesi inovativ i polimerizimit

Procesi aktual i prodhimit të PLA kërkon katalizatorë që përmbajnë metale për të përmirësuar shkallën e polimerizimit të laktoneve, të cilat janë të rrezikshme për shëndetin dhe mjedisin. Për sa i përket natyrës problematike të përdorimit të katalizatorit dhe kërkesës në rritje për polimere biobased, projekti InnoREX fokusohet në zhvillimin e një procesi polimerizimi, në të cilin katalizatorët metalikë konvencionalë janë zëvendësuar nga një katalizator organik dhe i ndihmuar nga burimet alternative të energjisë të fuqisë së lartë ultratinguj, mikrovalë dhe lazer.

Katalizatorët organikë janë treguar të kontrollojnë në mënyrë efikase polimerizimin e laktidit, por aktiviteti i tyre ende duhet të përmirësohet për të përmbushur standardet industriale. Kjo do të arrihet me futjen e energjive alternative të Ultrasonics, mikrovalë dhe dritë lazer pasi ato rrisin aktivitetin e katalizatorit dhe mundësojnë kontrollin e saktë të reagimit me anë të emocioneve vetëm pjesëve të vogla të përzierjes së reagimit pa kohë përgjigjeje.
Projekti, për rrjedhojë, kombinon një sistem të ri të reaktorit, ku burimet alternative të energjisë futen në mes, me një katalizator organik për të siguruar një PLA pa metal në një proces nxjerrje reaktive. (shih pikën 1)
Prandaj, projekti InnoREX përdor kohën e shpejtë të reagimit të mikrovaleve, ultrazërit dhe dritës lazer për të arritur një polimerizim të vazhdueshëm të kontrolluar dhe efikas të PLA-s të peshës molekulare të lartë në një extruder me dy vidë. Përveç kësaj, kursime të konsiderueshme të energjisë do të arrihen duke kombinuar polimerizmin, përzjerjen dhe formimin në një hap të prodhimit.

Ultrasonikë me fuqi të lartë

Tre burime alternative të energjisë - ultratinguj, mikrovalë dhe rrezatim lazer - kombinohen për të nxitur polimerizimin e hapjes së unazës për të siguruar polimerizim me peshë molekulare të lartë. Gjatë kohës së qëndrimit të kufizuar në dhomën e reaktorit, burimet alternative të energjisë prezantojnë ndikimin e kërkuar të nxitjes së reaksionit në një qelizë rrjedhëse inline (shih pikën 2) në një nivel shumë të synuar. Në këtë mënyrë, mund të shmangen katalizatorët që përmbajnë metal, të tilla si kallaji (II) 2-etilheksanoat, i cili është në proceset konvencionale të nxjerrjes, të nevojshme për të ngritur nivelin e polimerizimit të laktoneve në një nivel efikas të pranueshëm.
Për sistemin e bimëve pilot InnoREX, procesori tejzanor me fuqi të lartë UIP1000hd, e cila është e aftë të sigurojë 1kW të fuqisë me ultratinguj, është integruar. Ultratinguj me fuqi të lartë është i njohur mirë për efektet e saj pozitive në reagimet kimike, që është fenomen i sonokimi. Kur valët tejzanor me fuqi të lartë futen në një medium të lëngët, valët krijojnë cikle të presionit të lartë (compression) dhe presionit të ulët (rrallëfunksionim) që rezultojnë me ultratinguj cavitation. Cavitation përshkruan “formimin, rritjen dhe shembjen implosive të flluskave në një lëng. Rënia kavitacionale prodhon ngrohje lokale lokale (5000K), presione të larta ((1000 atm) dhe shkallë të mëdha të ngrohjes dhe ftohjes (>109 K / sek) ”siç është rrjedhja e lëngshme me avionë të lëngshëm prej 400 km / / orë. (KS Suslick 1998)
Forcat cavitational të gjeneruara ultrasonikisht sigurojnë energji kinetike, shpërndajnë grimcat dhe krijojnë radikalet që mbështesin reaksionin e polimerizimit kimik.
Efektet e përgjithshme pozitive të sonication gjatë një reaksion polimerizim janë:

• inicimi i polimerizimit për shkak të radikaleve të krijuara sonochemically (kinetika polimerizuese)
• përshpejtimin e shkallës së polimerizimit
• poli-dispersities më të ngushtë, por peshë molekulare më të lartë të polimereve
• reagim më homogjen dhe kështu një shpërndarje më të ulët të gjatësisë së zinxhirit

Letërsi / Referencat

• KS Suslick (1998): Kirk-Othmer Enciklopedia e Teknologjisë Kimike; Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.