InnoREX-Ultrasonically cải thiện PLA đùn

Siêu âm trộn, phân tán và nhũ tương cải thiện sự đùn của axit polylactic (PLA). Thực hiện ultrasonication vào dây chuyền đùn làm tăng năng suất và chất lượng của PLA sản xuất.

Tổng hợp Polylactide

Polylactid axit hoặc polylactide (PLA) là một polyester béo nhựa nhiệt dẻo, được tổng hợp từ lactid acid và lactide monomers. Lactide là một diester cyclic, có nguồn gốc từ tinh bột thực vật lên men (ví dụ như tinh bột ngô, mía) và được sử dụng như là thay thế dựa trên thực vật cho nhựa. Qua đó, tổng hợp PLA phù hợp hoàn hảo vào phạm vi của hóa học xanh. PLA đã đạt được một cách nhanh chóng lãi suất cao vì nó là một sinh học dựa trên, thay thế phân hủy cho các loại nhựa thông thường dựa trên hóa chất.
Sự kiện trên PLA: PLA (C₃H₄các₂) n có mật độ 1210-1430 kg/m³, không hòa tan trong nước, khó hơn so với PTFE và tan chảy ở nhiệt độ giữa 150degC và 220degC.

Của InnoREX – Quá trình trùng hợp sáng tạo

Quá trình sản xuất hiện tại của PLA đòi hỏi các chất xúc tác có chứa kim loại để cải thiện tốc độ trùng hợp của các lacton, đó là 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 các polyme sinh học, dự án InnoREX tập trung vào sự phát triển của một quá trình trùng hợp, trong đó kim loại thông thường có chứa các xúc tác được thay thế bằng một chất hữu cơ chất xúc tác và hỗ trợ bởi các nguồn năng lượng thay thế của siêu âm công suất cao, lò vi sóng và laser.

Các chất xúc tác hữu cơ đã được hiển thị để kiểm soát hiệu quả sự trùng hợp của lactide, nhưng hoạt động 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 nguồn năng lượng thay thế Ultrasonics, lò vi sóng và ánh sáng laser vì chúng làm tăng hoạt động chất xúc tác và cho phép kiểm soát chính xác phản ứng bằng cách chỉ các bộ phận nhỏ thú vị của hỗn hợp phản ứng mà không có thời gian phản ứng.
Dự án kết hợp do đó một hệ thống lò phản ứng tiểu thuyết, nơi mà các nguồn năng lượng thay thế được đưa vào môi trường, với một chất xúc tác hữu cơ để lấy một PLA kim loại miễn phí trong một quá trình đùn phản ứng. (xem pic. 1)
Vì vậy, dự án InnoREX sử dụng thời gian phản ứng nhanh chóng của vi sóng, siêu âm và ánh sáng laser để đạt được một sự trùng hợp liên tục kiểm soát chính xác và hiệu quả của trọng lượng phân tử cao PLA trong một máy đùn đôi vít. Ngoài ra, tiết kiệm năng lượng đáng kể sẽ đạt được bằng cách kết hợp polymer hóa, kép và hình thành trong một bước sản xuất.

Ultrasonics công suất cao

Ba nguồn năng lượng thay thế – siêu âm, lò vi sóng và chiếu xạ laser – được kết hợp để tạo ra sự Polymer hóa vòng mở để đảm bảo trùng hợp trọng lượng phân tử cao. Trong thời gian cư trú hạn chế trong buồng lò phản ứng, các nguồn năng lượng thay thế giới thiệu các phản ứng yêu cầu lái xe tác động vào một tế bào dòng chảy nội tuyến (xem pic. 2) ở một mức độ cao nhắm mục tiêu. Qua đó, các chất xúc tác có chứa kim loại như thiếc (II) 2-ethylhexanoate, mà là trong quá trình đùn thông thường cần thiết để tăng tỷ lệ trùng hợp của lacton đến một mức độ hiệu quả chấp nhận được, có thể tránh.
Đối với hệ thống nhà máy thí điểm InnoREX, bộ xử lý siêu âm công suất cao UIP1000hd, có khả năng cung cấp 1kW của điện siêu âm, đã được tích hợp. Siêu âm công suất cao là nổi tiếng với những tác động tích cực của nó trên phản ứng hóa học, đó là hiện tượng của sonochemistry. Khi sóng siêu âm công suất cao được đưa vào một môi trường lỏng, các sóng tạo ra áp suất cao (nén) và chu kỳ áp suất thấp (rarefaction) dẫn đến siêu âm Cavitation. Cavitation mô tả "sự hình thành, tăng trưởng và sự sụp đổ implosive của bong bóng trong một chất lỏng. Cavitational sự sụp đổ tạo ra nhiệt địa phương mạnh mẽ (~ 5000K), áp suất cao (~ 1000 ATM), và tỷ lệ sưởi ấm và làm mát rất lớn (>109 K/giây) "như một chất lỏng streaming với máy bay phản lực chất lỏng của ~ 400 km/h. (KS Suslick 1998)
Các lực cavitational ultrasonically tạo ra cung cấp năng lượng động, phân tán các hạt và tạo ra các gốc tự do hỗ trợ các phản ứng hóa học trùng hợp.
Các hiệu ứng tích cực chung của sonication trong một phản ứng trùng hợp là:

• bắt đầu trùng hợp do sonohóa tạo ra các gốc tự do (động học trùng hợp)
• tăng tốc của tỷ lệ trùng hợp
• hẹp Poly-dispersities, nhưng trọng lượng phân tử cao hơn của các polyme
• phản ứng đồng nhất nhiều hơn và do đó một phân phối thấp hơn chiều dài chuỗi

Văn học / Tài liệu tham khảo

• KS Suslick (1998): Encyclopedia of công nghệ hóa học Kirk-Othmer; Ed. J. Wiley thứ 4 & Con trai: New York, 1998, vol. 26, 517-541.