InnoREX – Ultrasonik Olarak Geliştirilmiş PLA Ekstrüzyonu

Ultrasonik karıştırma, dağıtma ve emülsifikasyon, polilaktik asitlerin (PLA) ekstrüzyonunu iyileştirir. Ekstrüzyon hatlarına ultrasonikasyon uygulamak, üretilen PLA'nın verimini ve kalitesini artırır.

Polilaktit Sentezi

Polilaktid asitler veya polilaktit (PLA), laktid asit ve laktit monomerlerinden sentezlenen termoplastik bir alifatik polyesterdir. Laktid, fermente bitki nişastasından (örneğin mısır nişastası, şeker kamışı) türetilen ve plastikler için bitki bazlı ikame olarak kullanılan döngüsel bir diesterdir. Böylece, PLA sentezi yeşil kimya yelpazesine mükemmel bir şekilde uyar. PLA, geleneksel petro-kimya bazlı plastiklerin biyo bazlı, biyolojik olarak parçalanabilen bir ikamesi olduğu için hızla büyük ilgi gördü.
PLA ile ilgili gerçekler: PLA (C₃H₄O₂)n 1210-1430 kg/m yoğunluğa sahiptir³, suda çözünmez, PTFE'den daha serttir ve 150 ° C ile 220 ° C arasındaki sıcaklıklarda erir.

InnoREX (İngilizce) – Yenilikçi Polimerizasyon Prosesi

PLA'nın mevcut üretim süreci, sağlık ve çevre için tehlikeli olan laktonların polimerizasyon oranını iyileştirmek için metal içeren katalizörler gerektirir. Katalizör kullanımının sorunlu doğası ve biyo-bazlı polimerlere yönelik artan talep ile ilgili olarak, InnoREX projesi, geleneksel metal içeren katalizörlerin organik bir katalizör ile değiştirildiği ve yüksek güçlü ultrason, mikrodalga ve lazer gibi alternatif enerji kaynakları tarafından desteklendiği bir polimerizasyon sürecinin geliştirilmesine odaklanmaktadır.

Organik katalizörlerin laktitin polimerizasyonunu verimli bir şekilde kontrol ettiği gösterilmiştir, ancak endüstriyel standartları karşılamak için aktivitelerinin yine de iyileştirilmesi gerekir. Bu, alternatif enerjilerin tanıtılmasıyla sağlanacaktır. Ultrasonik, mikrodalgalar ve lazer ışığı, katalizör aktivitesini arttırdıkları ve reaksiyon karışımının sadece küçük kısımlarını tepki süresi olmadan uyararak reaksiyonun hassas kontrolünü sağladıkları için.
Bu nedenle proje, reaktif bir ekstrüzyon işleminde metal içermeyen bir PLA elde etmek için alternatif enerji kaynaklarının ortama sokulduğu yeni bir reaktör sistemini organik bir katalizörle birleştiriyor. (bkz. resim 1)
Bu nedenle, InnoREX projesi, çift vidalı bir ekstrüderde yüksek moleküler ağırlıklı PLA'nın hassas bir şekilde kontrol edilen ve verimli bir sürekli polimerizasyonunu elde etmek için mikrodalgaların, ultrasonun ve lazer ışığının hızlı tepki süresini kullanır. Ek olarak, polimerizasyon, birleştirme ve şekillendirmenin tek bir üretim adımında birleştirilmesiyle önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlanacaktır.

yüksek güçlü ultrasonik

Üç alternatif enerji kaynağı - ultrason, mikrodalga ve lazer ışınlaması - yüksek moleküler ağırlıklı polimerizasyonu sağlamak için halka açma polimerizasyonunu indüklemek için birleştirilir. Reaktör odasındaki sınırlı kalma süresi boyunca, alternatif enerji kaynakları, gerekli reaksiyon sürüş etkisini yüksek hedefli bir seviyede bir hat içi akış hücresine (bkz. resim 2) sokar. Böylece, laktonların polimerizasyon hızını kabul edilebilir bir verimli seviyeye yükseltmek için gerekli olan geleneksel ekstrüzyon işlemlerinde bulunan kalay (II) 2-etilheksanoat gibi metal içeren katalizörlerden kaçınılabilir.
InnoREX pilot tesis sistemi için, yüksek güçlü ultrasonik işlemci UIP1000hd, 1kW ultrason gücü sağlayabilen entegre edilmiştir. Yüksek güçlü ultrason, sonokimya olgusu olan kimyasal reaksiyonlar üzerindeki olumlu etkileri ile bilinir. Yüksek güçlü ultrasonik dalgalar sıvı bir ortama sokulduğunda, dalgalar ultrason ile sonuçlanan yüksek basınç (sıkıştırma) ve düşük basınç (nadirlik) döngüleri oluşturur Kavitasyon. Kavitasyon, "bir sıvıdaki kabarcıkların oluşumunu, büyümesini ve patlamalı çöküşünü" tanımlar. Kavitasyonel çöküş, yoğun yerel ısıtma (~ 5000K), yüksek basınçlar (~ 1000 atm) ve muazzam ısıtma ve soğutma oranları (>109 K/sn)" ~400 km/s'lik sıvı jetleri ile böyle bir sıvı akışı. (K.S. Suslick 1998)
Ultrasonik olarak üretilen kavitasyon kuvvetleri kinetik enerji sağlar, parçacıkları dağıtır ve kimyasal polimerizasyon reaksiyonunu destekleyen radikaller oluşturur.
Bir polimerizasyon reaksiyonu sırasında sonikasyonun genel olumlu etkileri şunlardır:

• Sonokimyasal olarak oluşturulan radikallere bağlı polimerizasyonun başlatılması (polimerizasyon kinetiği)
• polimerizasyon hızının hızlanması
• daha dar poli-dispersiteler, ancak polimerlerin daha yüksek moleküler ağırlığı
• daha homojen reaksiyon ve dolayısıyla zincir uzunluklarının daha düşük dağılımı

Literatür/Referanslar

• K.S. Suslick (1998): Kirk-Othmer Kimya Teknolojisi Ansiklopedisi; 4. Ed. J. Wiley & Oğulları: New York, 1998, cilt 26, 517-541.