InnoREX - Ультразвукова поліпшена екструзія PLA
Ультразвукове змішування, диспергування та емульгування покращує екструзію полілактичних кислот (PLA). Впровадження ультразвуку в екструзію ліній збільшує врожайність і якість виробленої PLA.
Синтез полілактиду
Полілактидні кислоти або поліліцтовий (PLA) - це термопластичний аліфатичний поліестер, який синтезується з мономерів лактидної кислоти та лактиду. Лактид є циклічним діефіром, який одержують із ферментного крохмалю рослини (наприклад, кукурудзяний крохмаль, цукровий очерет) і використовується як рослинна замінник для пластмас. Таким чином, синтез PLA ідеально вписується в спектр зеленої хімії. PLA швидко набуває великого інтересу, оскільки це біологічно-біологічно відчутний замінник звичайних пластикових матеріалів на базі нафтохімії.
Факти про PLA: PLA (C3H4О.2) n має щільність 1210-1430 кг / м3, нерозчинний у воді, важче, ніж ПТФЕ, і розплавляється при температурах від 150 ° С до 220 ° С.
InnoREX – Інноваційний процес полімеризації
Нинішній виробничий процес ПЛА вимагає наявності металевих каталізаторів для поліпшення швидкості полімеризації лактонів, які є небезпечними для здоров'я та навколишнього середовища. Що стосується проблематичного характеру використання каталізатора та зростаючого попиту на біомасоподібні полімери, то проект InnoREX зосереджується на розробці процесу полімеризації, в якому звичайні каталізатори, що містять метал, замінюються органічним каталізатором та допомагають альтернативним джерелам енергії з великою потужністю ультразвук, мікрохвильова піч та лазер.

Ультразвуковий пристрій UIP2000hdT в екструзії системи
Таким чином, проект поєднує в собі нову систему реакторів, в яку в середовище вводяться альтернативні джерела енергії, з органічним каталізатором для одержання металевого ПЛА в реакційному екструзійному процесі. (див. рис. 1)
Таким чином, в проекті InnoREX використовується швидкий час відгуку мікрохвиль, ультразвукового та лазерного випромінювання для досягнення точно контрольованої та ефективної безперервної полімеризації PLA з високою молекулярною масою в екструдере з подвійним шнеком. Крім того, значна економія енергії буде досягнута шляхом поєднання полімеризації, складання та формування на одній виробничій стадії.

UIP2000hd – 2кВт ультразвуковий процесор, що використовується в R&D етап InnoREX
Ультразвукова сила високої потужності
Три альтернативні джерела енергії - ультразвукове, мікрохвильове та лазерне опромінення - об'єднуються, щоб спонукати до полімеризації, що відкриває кільце, для забезпечення високомолекулярної полімеризації. Під час обмеженого часу перебування в реакторній камері альтернативні джерела енергії вводять необхідний реакційний руховий вплив у вбудовану стільникову мережу (див. Рис.2) на високо цільовому рівні. Таким чином, можна уникати каталізаторів, що містять метал, таких як олово (II) 2-етилгексаноат, який присутній у звичайних процесах екструзії, необхідних для підвищення швидкості полімеризації лактонів до прийнятного ефективного рівня.
Для системи випробувальної установки InnoREX - високопродуктивний ультразвуковий процесор UIP1000hd, який здатний забезпечити 1 кВт потужності ультразвуку, був інтегрований. Ультразвук високої потужності добре відомий своїм позитивним впливом на хімічні реакції, що є явищем сонохімії. Коли ультразвукові хвилі високої потужності вводять у рідке середовище, хвилі створюють цикли високого тиску (стиснення) і низького тиску (розрідження), що приводить до ультразвукового дослідження кавітація. Кавітація описує "утворення, ріст і імпосивне колапсу бульбашок в рідині. Кавітаційного краху виробляє інтенсивне місцеве опалення (~ 5000K), високий тиск (~ 1000 атм), і величезні нагрівання і охолодження ставки (>109 к/сек) «така рідина з рідиною потокова з рідинного струменя ~ 400 км/год. (K.S. Suslick 1998)
Ультразвукові кавітаційні сили забезпечують кінетичну енергію, розсіюють частинки і створюють радикали, що підтримують реакцію хімічної полімеризації.
Загальні позитивні ефекти ультразвукової обробки під час реакції полімеризації:
- ініціювання полімеризації через сонохімічно створені радикали (кінетика полімеризації)
- прискорення швидкості полімеризації
- вужчі полі-дисперсії, але більш висока молекулярна маса полімерів
- більш однорідна реакція і, отже, менша розподіл довжин ланцюга

Малюнок 2: Налагодження процесу з ультразвуком, мікрохвильовою піччю та лазером для досягнення полімеризації, що відкривається кільцем, уникаючи використання металевих каталізаторів (Джерело: InnoREX)
Література / Довідники
- К. С. Суслик (1998): Кірк-Отмер Енциклопедія хімічної технології; 4-е Ред. Дж. Вілей & Сини: Нью-Йорк, 1998 р., Т. 26, 517-541.