InnoREX – Ultratovush yordamida takomillashtirilgan PLA ekstruziyasi

Ultratovush yordamida aralashtirish, dispersiyalash va emulsiyalash polis sut kislotalari (PLA) ekstruziyasini yaxshilaydi. Ekstruziya liniyalariga ultratovush bilan ishlov berishni joriy etish ishlab chiqariladigan PLA unumini va sifatini oshiradi.

Polilaktid sintezi

Polis sut kislotalari yoki polilaktid (PLA) sut kislotasi va laktid monomerlaridan sintez qilinadigan termoplastik alifatik poliesterdir. Laktid fermentatsiyalangan oʻsimlik kraxmalidan (masalan, makkajoʻxori kraxmali, shakarqamish) olinadigan siklik diester boʻlib, plastmassalar oʻrniga oʻsimlik asosidagi muqobil sifatida ishlatiladi. Shu sababli PLA sintezi yashil kimyo yoʻnalishiga mukammal mos keladi. PLA anʼanaviy neft-kimyo asosidagi plastmassalarga biologik manbalardan olinadigan, biologik parchalanadigan muqobil boʻlgani uchun tezda katta qiziqish uygʻotdi.
PLA haqida maʼlumotlar: PLA (C₃H₄O₂)n ning zichligi 1210-1430 kg/m³, u suvda erimaydi, PTFE dan qattiqroq va 150degC bilan 220degC orasidagi haroratlarda eriydi.

InnoREX – Innovatsion polimerlanish jarayoni

PLA ishlab chiqarishning hozirgi jarayonida laktonlarning polimerlanish tezligini oshirish uchun salomatlik va atrof-muhitga xavf tugʻdiradigan metall saqlovchi katalizatorlar talab etiladi. Katalizatorlardan foydalanish bilan bogʻliq muammolar va biologik manbalardan olinadigan polimerlarga talabning ortib borishini hisobga olib, InnoREX loyihasi anʼanaviy metall saqlovchi katalizatorlar organik katalizator bilan almashtiriladigan hamda yuqori quvvatli ultratovush, mikrotoʻlqin va lazer kabi muqobil energiya manbalari yordamida qoʻllab-quvvatlanadigan polimerlanish jarayonini ishlab chiqishga qaratilgan.

Organik katalizatorlar laktidning polimerlanishini samarali boshqarishi koʻrsatilgan, biroq sanoat standartlariga javob berishi uchun ularning faolligini hali ham oshirish kerak. Bunga muqobil energiya manbalari – ultratovush, mikrotoʻlqinlar va lazer nuri – joriy etilishi orqali erishiladi, chunki ular katalizator faolligini oshiradi va reaksiya aralashmasining faqat kichik qismlarini javob kechikishisiz qoʻzgʻatish orqali reaksiyani aniq boshqarish imkonini beradi.
Shu sababli loyiha reaktiv ekstruziya jarayonida metall saqlamaydigan PLA olish uchun muqobil energiya manbalari muhitga kiritiladigan yangi reaktor tizimini organik katalizator bilan birlashtiradi. (1-rasmga qarang)
Shuning uchun InnoREX loyihasi ikki shnekli ekstruderda yuqori molekulyar massali PLA ning aniq boshqariladigan va samarali uzluksiz polimerlanishiga erishish uchun mikrotoʻlqinlar, ultratovush va lazer nurining tezkor javob berishidan foydalanadi. Bundan tashqari, polimerlanish, kompaundlash va shakllantirishni bitta ishlab chiqarish bosqichida birlashtirish orqali energiya sezilarli darajada tejaladi.

Yuqori quvvatli ultratovush

Uchta muqobil energiya manbai – ultratovush, mikrotoʻlqin va lazer nurlanishi – yuqori molekulyar massali polimer hosil boʻlishini taʼminlash uchun halqa ochilishi orqali polimerlanishni boshlash maqsadida birlashtiriladi. Reaktor kamerasida boʻlish vaqti cheklangan sharoitda muqobil energiya manbalari reaksiyani harakatga keltirish uchun zarur taʼsirni liniyaga oʻrnatilgan oqim hujayrasiga (2-rasmga qarang) juda aniq yoʻnaltirilgan tarzda yetkazadi. Shu orqali anʼanaviy ekstruziya jarayonlarida laktonlarning polimerlanish tezligini maqbul samaradorlik darajasiga koʻtarish uchun talab etiladigan qalay (II) 2-etilgeksanoat kabi metall saqlovchi katalizatorlardan foydalanmaslik mumkin.
InnoREX tajriba-sanoat qurilmasi tizimiga yuqori quvvatli ultratovushli protsessor UIP1000hd, 1kW ultratovush quvvatini taʼminlay oladigan qurilma, integratsiya qilingan. Yuqori quvvatli ultratovush kimyoviy reaksiyalarga ijobiy taʼsiri bilan yaxshi maʼlum boʻlib, bu sonokimyo hodisasidir. Yuqori quvvatli ultratovush toʻlqinlari suyuq muhitga kiritilganda, ular yuqori bosim (siqilish) va past bosim (siyraklashish) sikllarini hosil qiladi, buning natijasida ultratovush kavitatsiyasi yuzaga keladi. Kavitatsiya «suyuqlikda pufakchalarning hosil boʻlishi, oʻsishi va ichkariga qarab keskin qulashi»ni anglatadi. «Kavitatsion qulash kuchli mahalliy qizish (~5000K), yuqori bosimlar (~1000 atm) va nihoyatda yuqori qizish hamda sovish tezliklarini (>109 K/sec)» hosil qiladi, shuningdek, ~400 km/h tezlikdagi suyuqlik oqimchalari bilan suyuqlik oqishini yuzaga keltiradi. (K.S. Suslick 1998)
Ultratovush yordamida hosil qilingan kavitatsion kuchlar kinetik energiya beradi, zarrachalarni dispersiyalaydi va kimyoviy polimerlanish reaksiyasini qoʻllab-quvvatlovchi radikallarni hosil qiladi.
Polimerlanish reaksiyasi davomida ultratovush bilan ishlov berishning umumiy ijobiy taʼsirlari quyidagilardan iborat:

• sonokimyoviy yoʻl bilan hosil qilingan radikallar tufayli polimerlanishning boshlanishi (polimerlanish kinetikasi)
• polimerlanish tezligining oshishi
• torroq polidisperslik taqsimotlari, biroq polimerlarning yuqoriroq molekulyar massasi
• bir jinsliroq reaksiya va natijada zanjir uzunliklarining torroq taqsimoti

Adabiyotlar/Manbalar

• K.S. Suslick (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, 517-541.