InnoREX – Nxjerrja e PLA e përmirësuar në mënyrë tejzanore

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

Sinteza e polilaktideve

Acidet polilaktide ose polilaktidi (PLA) është një poliestër alifatik termoplastik, i cili sintetizohet nga acidi laktid dhe monomerët laktidë. Laktidi është një diester ciklik, i cili rrjedh nga niseshteja e fermentuar e bimëve (p.sh. niseshte misri, kallam sheqeri) dhe përdoret si zëvendësues i plastikës me bazë bimore. Kështu, sinteza e PLA përshtatet në mënyrë të përkryer në gamën e kimisë së gjelbër. PLA fitoi shpejt interes të lartë pasi është një zëvendësues i bazuar në bio, i biodegradueshëm i plastikës konvencionale me bazë petrokimike.
Fakte mbi PLA: PLA (C₃H₄O₂)n ka dendësi 1210-1430 kg/m³, është i patretshëm në ujë, më i fortë se PTFE dhe shkrihet në temperatura ndërmjet 150 degC dhe 220 degC.

InnoREX – Procesi inovativ i polimerizimit

Procesi aktual i prodhimit të PLA kërkon katalizatorë që përmbajnë metal për të përmirësuar shkallën e polimerizimit të laktoneve, të cilat janë të rrezikshme për shëndetin dhe mjedisin. Lidhur me natyrën problematike të përdorimit të katalizatorit dhe kërkesën në rritje për polimere me bazë bio, projekti InnoREX fokusohet në zhvillimin e një procesi polimerizimi, në të cilin katalizatorët konvencionalë që përmbajnë metal zëvendësohen nga një katalizator organik dhe ndihmohen nga burimet alternative të energjisë me fuqi të lartë. ultratinguj, mikrovalë dhe lazer.

Katalizatorët organikë janë treguar se kontrollojnë në mënyrë efikase polimerizimin e laktidit, por aktiviteti i tyre duhet të përmirësohet ende për të përmbushur standardet industriale. Kjo do të arrihet me futjen e energjive alternative të ultrasonikë, mikrovalët dhe drita lazer pasi ato rrisin aktivitetin e katalizatorit dhe mundësojnë kontrollin e saktë të reaksionit duke ngacmuar vetëm pjesë të vogla të përzierjes së reaksionit pa kohë reagimi.
Prandaj, projekti kombinon një sistem reaktori të ri, ku burimet alternative të energjisë futen në mjedis, me një katalizator organik për të marrë një PLA pa metal në një proces nxjerrjeje reaktive. (shih foton 1)
Prandaj, projekti InnoREX përdor kohën e reagimit të shpejtë të mikrovalëve, ultratingullit dhe dritës lazer për të arritur një polimerizim të vazhdueshëm të kontrolluar dhe efikas të PLA me peshë të lartë molekulare në një ekstruder me dy vida. Për më tepër, kursime të konsiderueshme të energjisë do të arrihen duke kombinuar polimerizimin, përzierjen dhe formësimin në një hap prodhimi.

ultrasonikë me fuqi të lartë

Tre burime alternative të energjisë - ultratinguj, mikrovalë dhe rrezatim lazer - janë të kombinuara për të nxitur polimerizimin e hapjes së unazës për të siguruar polimerizimin me peshë të lartë molekulare. Gjatë kohës së kufizuar të qëndrimit në dhomën e reaktorit, burimet alternative të energjisë sjellin ndikimin e kërkuar të nxitjes së reaksionit në një qelizë të rrjedhës së linjës (shih foton 2) në një nivel shumë të synuar. Kështu, mund të shmangen katalizatorët që përmbajnë metal si 2-etileksanoati i kallajit (II), i cili është në proceset konvencionale të nxjerrjes së kërkuar për të rritur shkallën e polimerizimit të laktoneve në një nivel efikas të pranueshëm.
Për sistemin pilot të impiantit InnoREX, procesori ultrasonik me fuqi të lartë UIP1000hd, e cila është në gjendje të sigurojë 1 kW fuqi ultratinguj, është integruar. Ekografia me fuqi të lartë është e njohur për efektet e saj pozitive në reaksionet kimike, që është fenomeni i sonokimisë. Kur valët ultrasonike me fuqi të lartë futen në një mjedis të lëngshëm, valët krijojnë cikle të presionit të lartë (ngjeshje) dhe presionit të ulët (rrallimi) duke rezultuar në ultratinguj kavitacion. Cavitation describes “the formation, growth and implosive collapse of bubbles in a liquid. Cavitational collapse produces intense local heating (~5000K), high pressures (~1000 atm), and enormous heating and cooling rates (>109 K/sek)” such a s liquid streaming with liquid jets of ~400 km/h. (K.S. Suslick 1998)
Forcat kavitacionale të gjeneruara në mënyrë ultrasonike sigurojnë energji kinetike, shpërndajnë grimcat dhe krijojnë radikale që mbështesin reaksionin kimik të polimerizimit.
Efektet e përgjithshme pozitive të sonikimit gjatë një reaksioni polimerizimi janë:

• fillimi i polimerizimit për shkak të radikaleve të krijuara në mënyrë sonokimike (kinetika e polimerizimit)
• përshpejtimi i shkallës së polimerizimit
• poli-dispersi më të ngushta, por pesha molekulare më e lartë e polimereve
• reaksion më homogjen dhe rrjedhimisht një shpërndarje më e ulët e gjatësisë së zinxhirit

Literatura/Referencat

• KS Suslick (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; Ed. 4. J. Wiley & Djemtë: Nju Jork, 1998, vëll. 26, 517-541.