InnoREX-Ultrasonically förbättrad PLA extrudering

Ultraljud blandning, spridning och emulgering förbättrar extrudering av polylaktiska syror (PLA). Att implementera ultraljud i extrudering linjer ökar utbytet och kvaliteten på den producerade PLA.

Polylakaktidsyntes

Polylactid syror eller polylaktid (PLA) är en termoplastisk alifatisk polyester, som syntetiseras från lactid syra och laktid monomerer. Lactide är en cyklisk diester, som härstammar från fermenterad växt stärkelse (t. ex. majs stärkelse, sockerrör) och används som växtbaserad ersättning för plaster. Därmed passar PLA-syntesen perfekt in i området för grön kemi. PLA fick snabbt högt intresse eftersom det är en biobaserad, biologiskt nedbrytbar substitut till den konventionella petrokemiska baserade plaster.
Fakta om PLA: PLA (C₃H₄den₂) n har en densitet på 1210-1430 kg/m³, är olöslig i vatten, hårdare än PTFE och smälter vid temperaturer mellan 150degC och 220degC.

Mer från InnoREX – Innovativ Polymeriseringsprocess

Den nuvarande produktions processen av PLA kräver metallhaltiga katalysatorer för att förbättra polymerisation hastighet av laktoner, som är farliga för hälsa och miljö. När det gäller den problematiska karaktären av katalysator användning och den ökande efter frågan på biobaserade polymerer, fokuserar InnoREX-projektet på utvecklingen av en polymeriseringsprocess, där konventionella metallhaltiga katalysatorer ersätts med en organisk katalysator och med hjälp av alternativa energi källor av hög effekt ultraljud, mikrovågsugn och laser.

Organiska katalysatorer har visat sig effektivt kontrol lera polymerisation av laktid, men deras verksamhet måste fortfarande förbättras för att uppfylla industriella standarder. Detta kommer att uppnås genom införandet av alternativa energier Ultrasonics, mikrovågsugnar och laser ljus eftersom de ökar katalysator aktivitet och möjliggör exakt kontroll av reaktionen av spännande endast små delar av reaktions blandningen utan svars tid.
Projektet kombinerar därför ett nytt reaktor system, där alternativa energi källor introduceras i mediet, med en organisk katalysator för att få en metall fri PLA i en reaktiv extrudering process. (se bild 1)
Därför använder InnoREX-projektet den snabba responstiden för mikrovågor, ultraljud och laser ljus för att uppnå en exakt kontrollerad och effektiv kontinuerlig polymerisation av hög molekyl vikt PLA i en dubbel skruv extruder. Dessutom kommer betydande energi besparingar att uppnås genom att kombinera polymerisation, kompoundering och formning i ett produktions steg.

Hög effekt Ultrasonics

Tre alternativa energi källor-ultraljud, mikrovågsugn och laser bestrålning-kombineras för att inducera ring-öppning polymerisation för att säkerställa hög molekyl vikt polymerisation. Under den begränsade uppehålls tiden i reaktor kammaren, de alternativa energi källorna införa den erforderliga reaktionen kör inverkan i en inline flöde cell (se pic. 2) på en högt riktad nivå. Därmed, metallhaltiga katalysatorer såsom tenn (II) 2-etylhexanoat, som är i konventionella extrudering processer som krävs för att höja polymerisation hastighet av laktoner till en acceptabel effektiv nivå, kan undvikas.
För pilot anläggningen InnoREX är den höga effekt ultraljud processorn UIP1000hd, som kan ge 1kW ultraljud makt, har integrerats. Hög effekt ultraljud är välkänt för sina positiva effekter på kemiska reaktioner, vilket är fenomenet sonochemistry. När hög effekt ultraljud vågor introduceras i ett flytande medium, vågorna skapa högtrycks (kompression) och lågtrycks (förtunning) cykler resulterar i ultraljud kavitation. Kavitation beskriver "bildandet, tillväxt och implosiva kollaps bubblor i en vätska. Cavitational kollaps producerar intensiv lokal uppvärmning (~ 5000K), höga tryck (~ 1000 ATM), och enorma värme och kyla priser (>109 K/SEK) "sådan s flytande streaming med vätske strålar av ~ 400 km/h. (K.S. Suslick 1998)
Den ultraljud genererade cavitational krafter ge kinetisk energi, skingra partiklarna och skapa radikaler stödja kemisk polymerisation reaktion.
Allmänna positiva effekter av ultraljudsbehandling under en polymerisation reaktion är:

• initiering av polymerisation på grund av sonokemiskt skapade radikaler (polymerisation kinetik)
• accelerationen av polymerisationsgraden
• smalare Poly-dispersities, men högre molekyl vikt av polymererna
• en mer homogen reaktion och därmed en lägre fördelning av kedje längder

Litteratur / Referenser

• K.S. Suslick (1998): Kirk-Othmer encyklopedi av kemisk teknologi; 4. ED. J. Wiley & Sons: New York, 1998, Vol. 26, 517-541.