InnoREX - Siêu âm cải tiến PLA đùn

Trộn siêu âm, phân tán và nhũ hóa cải thiện quá trình đùn axit polylactic (PLA). Thực hiện siêu âm vào dây chuyền đùn làm tăng năng suất và chất lượng của PLA được sản xuất.

Tổng hợp Polylactide

Axit polylactid hoặc polylactide (PLA) là một polyester béo nhiệt dẻo, được tổng hợp từ axit lactid và monome lactide. Lactide là một diester tuần hoàn, có nguồn gốc từ tinh bột thực vật lên men (ví dụ như tinh bột ngô, mía) và được sử dụng làm chất thay thế có nguồn gốc thực vật cho nhựa. Qua đó, tổng hợp PLA hoàn toàn phù hợp với phạm vi hóa học xanh. PLA nhanh chóng thu hút được sự quan tâm cao vì nó là một chất thay thế sinh học, có thể phân hủy sinh học cho các loại nhựa hóa dầu thông thường.
Sự kiện về PLA: PLA (C₃H₄O₂)n có mật độ 1210-1430 kg / m³, không hòa tan trong nước, cứng hơn PTFE và nóng chảy ở nhiệt độ từ 150 độ C đến 220 độ C.

InnoREX – Quy trình trùng hợp sáng tạo

Quy trình sản xuất PLA hiện nay yêu cầu chất xúc tác chứa kim loại để cải thiện tốc độ trùng hợp của lactone, gây nguy hiểm cho sức khỏe và môi trường. Liên quan đến bản chất có vấn đề của việc sử dụng chất xúc tác và nhu cầu ngày càng tăng đối với polyme dựa trên sinh học, dự án InnoREX tập trung vào việc phát triển quy trình trùng hợp, trong đó kim loại thông thường có chứa chất xúc tác được thay thế bằng chất xúc tác hữu cơ và được hỗ trợ bởi các nguồn năng lượng thay thế là siêu âm, vi sóng và laser công suất cao.

Chất xúc tác hữu cơ đã được chứng minh là kiểm soát hiệu quả quá trình trùng hợp lactide, nhưng hoạt tính của chúng vẫn phải được cải thiện để đáp ứng các tiêu chuẩn công nghiệp. Điều này sẽ đạt được bằng cách giới thiệu các năng lượng thay thế của siêu âm, vi sóng và ánh sáng laser vì chúng làm tăng hoạt động của chất xúc tác và cho phép kiểm soát chính xác phản ứng bằng cách chỉ kích thích các phần nhỏ của hỗn hợp phản ứng mà không có thời gian phản hồi.
Do đó, dự án kết hợp một hệ thống lò phản ứng mới, nơi các nguồn năng lượng thay thế được đưa vào môi trường, với chất xúc tác hữu cơ để thu được PLA không có kim loại trong quá trình đùn phản ứng. (xem hình 1)
Do đó, dự án InnoREX sử dụng thời gian phản hồi nhanh của vi sóng, siêu âm và ánh sáng laser để đạt được sự trùng hợp liên tục được kiểm soát chính xác và hiệu quả của PLA trọng lượng phân tử cao trong máy đùn trục vít đôi. Ngoài ra, tiết kiệm năng lượng đáng kể sẽ đạt được bằng cách kết hợp trùng hợp, kết hợp và tạo hình trong một bước sản xuất.

siêu âm công suất cao

Ba nguồn năng lượng thay thế - siêu âm, vi sóng và chiếu xạ laser - được kết hợp để tạo ra quá trình trùng hợp mở vòng để đảm bảo quá trình trùng hợp trọng lượng phân tử cao. Trong thời gian lưu trú hạn chế trong buồng lò phản ứng, các nguồn năng lượng thay thế đưa tác động thúc đẩy phản ứng cần thiết vào một tế bào dòng chảy nội tuyến (xem hình 2) ở mức mục tiêu cao. Qua đó, có thể tránh được các chất xúc tác chứa kim loại như thiếc (II) 2-ethylhexanoate, trong các quy trình đùn thông thường cần thiết để nâng tốc độ trùng hợp của lactone lên mức hiệu quả chấp nhận được.
Đối với hệ thống nhà máy thí điểm InnoREX, bộ xử lý siêu âm công suất cao UIP1000hd, có khả năng cung cấp công suất siêu âm 1kW, đã được tích hợp. Siêu âm công suất cao nổi tiếng với tác động tích cực đến các phản ứng hóa học, đây là hiện tượng của siêu âm. Khi sóng siêu âm công suất cao được đưa vào môi trường lỏng, sóng tạo ra các chu kỳ áp suất cao (nén) và áp suất thấp (hiếm gặp) dẫn đến siêu âm Cavitation. Cavitation mô tả "sự hình thành, tăng trưởng và sụp đổ nổ của các bong bóng trong chất lỏng. Sự sụp đổ hang động tạo ra nhiệt độ cục bộ mạnh (~ 5000K), áp suất cao (~ 1000 atm) và tốc độ sưởi ấm và làm mát rất lớn (>109 K/giây)" một dòng chất lỏng như vậy với các tia chất lỏng ~400 km/h. (K.S. Suslick 1998)
Các lực xâm thực được tạo ra bằng siêu âm cung cấp động năng, phân tán các hạt và tạo ra các gốc hỗ trợ phản ứng trùng hợp hóa học.
Tác dụng tích cực chung của quá trình siêu âm trong phản ứng trùng hợp là:

• bắt đầu trùng hợp do các gốc được tạo ra bằng sóng âm (động học trùng hợp)
• tăng tốc độ trùng hợp
• độ phân tán đa hẹp hơn, nhưng trọng lượng phân tử cao hơn của polyme
• phản ứng đồng nhất hơn và do đó phân bố chiều dài chuỗi thấp hơn