InnoREX – ультразвуково покращена екструзія PLA
Ультразвукове змішування, диспергування та емульгування покращує екструзію полімолочних кислот (PLA). Впровадження ультразвуку в екструзійні лінії підвищує вихід і якість виробленого PLA.
Синтез полілактидів
Полілактидні кислоти або полілактид (PLA) – це термопластичний аліфатичний поліестер, який синтезується з мономерів лактидної кислоти та лактиду. Лактид — це циклічний діефір, який отримують із ферментованого рослинного крохмалю (наприклад, кукурудзяного крохмалю, цукрової тростини) і використовується як рослинний замінник пластмас. Таким чином, синтез PLA ідеально вписується в діапазон зеленої хімії. PLA швидко набула високого інтересу, оскільки є біорозкладаним замінником звичайного пластику на основі нафтохімії.
Факти про НВАК: НВАК (C3H4O2)n має щільність 1210-1430 кг/м3, не розчиняється у воді, твердіший за PTFE і плавиться при температурах від 150 °C до 220 °C.
Компанія InnoREX – Інноваційний процес полімеризації
Сучасний процес виробництва PLA вимагає використання металовмісних каталізаторів для покращення швидкості полімеризації лактонів, які є небезпечними для здоров'я та навколишнього середовища. У зв'язку з проблематичним характером утилізації каталізаторів і зростаючим попитом на полімери на біологічній основі, проект InnoREX зосереджений на розробці процесу полімеризації, в якому звичайний метал, що містить каталізатори, замінюється органічним каталізатором і супроводжується альтернативними джерелами енергії високої потужності ультразвуку, мікрохвильової печі та лазера.

Ультразвуковий апарат UIP2000HDT в системі екструзії
Таким чином, проект поєднує в собі нову реакторну систему, в якій альтернативні джерела енергії вводяться в середовище, з органічним каталізатором для отримання безметалевого PLA в процесі реактивної екструзії. (див. рис. 1)
Тому проект InnoREX використовує швидкий час відгуку мікрохвиль, ультразвуку та лазерного світла для досягнення точно контрольованої та ефективної безперервної полімеризації високомолекулярного PLA у двошнековому екструдері. Крім того, значна економія енергії буде досягнута за рахунок поєднання полімеризації, компаундингу та формування на одному етапі виробництва.

UIP2000hd – Ультразвуковий процесор потужністю 2 кВт, що використовується в R&D етап InnoREX
ультразвук високої потужності
Три альтернативних джерела енергії – ультразвук, мікрохвильове та лазерне опромінення – поєднуються для індукції полімеризації з розмиканням кільця для забезпечення високомолекулярної полімеризації. Протягом обмеженого часу перебування в камері реактора альтернативні джерела енергії вводять необхідний реакційний удар в вбудовану проточну комірку (див. рис. 2) на високо спрямованому рівні. Таким чином, можна уникнути використання металовмісних каталізаторів, таких як олово (II) 2-етилгексаноат, який у звичайних процесах екструзії необхідний для підвищення швидкості полімеризації лактонів до прийнятного ефективного рівня.
Для системи пілотної установки InnoREX використовується ультразвуковий процесор високої потужності UIP1000hd, який здатний забезпечити 1 кВт ультразвукової потужності, був інтегрований. Ультразвук високої потужності добре відомий своїм позитивним впливом на хімічні реакції, що є явищем сонохімії. Коли ультразвукові хвилі високої потужності вводяться в рідке середовище, хвилі створюють цикли високого тиску (стиснення) і низького тиску (розрідження), в результаті чого виникає ультразвук Кавітації. Кавітація описує «утворення, зростання і імплозивне руйнування бульбашок в рідині. Кавітаційний колапс спричиняє інтенсивне місцеве нагрівання (~5000 К), високий тиск (~1000 атм) і величезні швидкості нагрівання та охолодження (>109 К/сек)» така рідина, що тече струменями рідини зі швидкістю ~400 км/год. (К.С. Суслік, 1998)
Кавітаційні сили, що генеруються ультразвуком, забезпечують кінетичну енергію, розсіюють частинки і створюють радикали, що підтримують хімічну реакцію полімеризації.
Загальними позитивними ефектами ультразвуку при реакції полімеризації є:
- ініціація полімеризації за рахунок сонохимично створених радикалів (кінетика полімеризації)
- прискорення швидкості полімеризації
- вужча полідисперсність, але вища молекулярна маса полімерів
- більш однорідна реакція і, отже, менший розподіл довжин ланцюгів

Малюнок 2: Налаштування процесу за допомогою ультразвуку, мікрохвильової печі та лазера для досягнення полімеризації відкриття кільця без використання металовмісних каталізаторів (Джерело: InnoREX)
Література/Список літератури
- К.С. Суслік (1998): Енциклопедія хімічної технології Кірка-Отмера; 4-е видання Дж. & Сини: Нью-Йорк, 1998, т. 26, 517-541.