معالجة ألياف القنب بالموجات فوق الصوتية
- يسمح إعادة التغذية بالموجات فوق الصوتية للمواد الليفية مثل ألياف القنب والكتان بتعديل الألياف بسرعة وكفاءة.
- ألياف اللحاء المعالجة بالموجات فوق الصوتية هي الرجفان وتظهر سطحا محددا أعلى بكثير ، وزيادة قوة الشد والمرونة.
- معالجة الألياف بالموجات فوق الصوتية هي تقنية معالجة سريعة وسهلة الاستخدام للإنتاج الصناعي.
ريتينج بالموجات فوق الصوتية
يعد العلاج بالموجات فوق الصوتية بديلا سريعا وفعالا وأخضرا للترطيب التقليدي أو الندى. يعمل التجويف الصوتي ، الناتج عن الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة ومنخفضة التردد ، على تفتيت الهياكل الخلوية للمواد الحيوية مثل الألياف النباتية غير الخشبية التي تشمل ألياف اللحاء مثل الكتان والقنب والقراص وقش القمح وقش الأرز والجوت ، وكذلك الألياف المشتقة من الأوراق (على سبيل المثال ، السيزال ، قنب مانيلا ، أباكا) والألياف المشتقة من الفاكهة مثل جوز الهند من قشور جوز الهند.
فك التشابك بالموجات فوق الصوتية يحول الألياف الدقيقة (حوالي 3-5 ميكرومتر) إلى ألياف نانوية (≥100 نانومتر). علاوة على ذلك ، تسببت المعالجة بالموجات فوق الصوتية في تدهور الزيلوجلوكان النقي والزيلان في المحلول ، مما يدل على قدرة الموجات فوق الصوتية على تحلل الهيميسيلولوز.
على الرغم من أن إعادة التغذية بالموجات فوق الصوتية تستخدم بشكل أساسي في محلول مائي ، إلا أنه من الممكن – اعتمادا على المواد الخام والنتيجة المستهدفة – للجمع بين عملية الموجات فوق الصوتية مع العلاج القلوي. حلول هيدروكسيد الصوديوم ، H2O2 و ح2حتي4 يمكن استخدامها للقلوية للحصول على ألياف السليلوز النانوية في وقت معالجة قصير. عن طريق العلاج بالموجات فوق الصوتية ، يمكن تحقيق الرجفان من ألياف السليلوز بسهولة. تظهر الألياف المنتجة بالموجات فوق الصوتية مورفولوجيا محددة يتم فيها توزيع الألياف النانوية (≥ 100 نانومتر) عبر كامل سطح الألياف الدقيقة (3-5 ميكرومتر).
مسح التحليل المجهري الإلكتروني على ألياف الكتان والقنب وجوز الهند مع أو بدون معالجة بالموجات فوق الصوتية.
المصدر: Renouard et al. 2014
UIP4000hdT (4kW) معالج بالموجات فوق الصوتية الصناعية لمعالجة الألياف
معالجة ألياف القنب بالموجات فوق الصوتية
مع تزايد السوق لبذور القنب والقنب النباتي يأتي إنتاج متزايد من قش القنب. كمنتج ثانوي ، يستخدم قش القنب وأليافه بشكل أساسي لإنتاج الورق أو المنسوجات الجغرافية ، والتعزيز في المواد المركبة وكذلك مواد البناء.
يمكن استخدام قش اللحاء المجفف والمقطوع كمواد خام للمعالجة بالموجات فوق الصوتية ، ولكن من أجل إخراج عملية الموجات فوق الصوتية الفائقة ، يوصى باستخدام القشور المقشرة (جزئيا). يتم ترطيب مادة اللحاء في الماء (محلول مائي) بحيث يتم الحصول على ملاط قابل للضخ ، والذي يمكن أن يمر عبر خلية التدفق بالموجات فوق الصوتية. تستغرق عملية الصوتنة فترة زمنية قصيرة فقط (حوالي 30-60 ثانية). وقد أظهرت الأبحاث العلمية أن الموجات فوق الصوتية يحسن استخراج الهيميسيلولوز واللجنين من المواد lignocellulosic. بالإضافة إلى ذلك ، صوتنة يحط من السليلوز والبكتين. تعمل المعالجة بالموجات فوق الصوتية للقنب والكتان أيضا على تحسين مرونة وقوة شد الألياف ، وهي خصائص قيمة لتصنيع المنسوجات والمركبات.
- الحد من محتوى اللجنين
- الألياف الليفية الدقيقة والنانوية
- زيادة مرونة الألياف
- قوة شد أعلى
- عملية سريعة
- سهل التشغيل
العلاج بالموجات فوق الصوتية القلوية لألياف القنب (Ferreira et al. 2019)
ألياف القنب المعدلة بالموجات فوق الصوتية
ألياف اللحاء الليفية بالموجات فوق الصوتية (على سبيل المثال ، القنب والكتان) مناسبة بشكل خاص كتعزيز للراتنجات البوليمرية واللدائن الحرارية والمركبات الحرارية.
تعتبر ألياف لحاء القنب مصدرا قيما يمكن من خلاله استخراج بلورات السليلوز النانوية (CNCs). تتميز بلورات السليلوز النانوية بمساحة سطحها العالية وصلابتها غير العادية وقوة شدها. باستخدام الحاسب الآلي’ قوة الشد تتفوق على قوة الزجاج أو الألومنيوم. بلورات السليلوز النانوية رخيصة جدا وبالتالي فهي مادة مضافة نانوية تنافسية ، عندما يتعلق الأمر بالسعر والتوافر والسمية وكذلك الاستدامة.
Sonication هي تقنية سهلة الاستخدام وسريعة وخضراء ، والتي تسمح بإنتاج بلورات السليلوز النانوية عالية الجودة.
Sosiati et al. 2014 تظهر الآثار المفيدة للصوتنة على معالجة الألياف.
الموجات فوق الصوتية عالية الأداء لمعالجة الألياف
Hielscher Ultrasonics بتصنيع معدات الموجات فوق الصوتية عالية الأداء للتطبيقات الشاقة. يمكن استخدام أنظمة الموجات فوق الصوتية الخاصة بنا للمعالجة المجمعة أو المضمنة. جميع المعالجات بالموجات فوق الصوتية الصناعية Hielscher يمكن أن تقدم السعات عالية جدا. يمكن تشغيل السعات التي تصل إلى 200 ميكرومتر بسهولة بشكل مستمر في عملية 24/7. للحصول على سعات أعلى ، تتوفر سونوتروديس بالموجات فوق الصوتية المخصصة. ومع ذلك ، فإن قدرة السعات العالية جدا وحدها لا تكفي لتشغيل عملية ألياف بالموجات فوق الصوتية ناجحة ، مثل إعادة التشكيل أو الرجفان. اعتمادا على المواد الخام وعلى النتيجة المستهدفة ، معلمات العملية – وهي السعة والضغط ودرجة الحرارة والوقت – يجب أن تكون قابلة للتحكم والتعديل بالضبط.
Hielscher's المعالجات الرقمية بالموجات فوق الصوتية تسجيل تلقائيا جميع البيانات عملية على بطاقة SD متكاملة، بحيث نتائج العملية قابلة للتكرار. يمكن ضبط السعة وكثافة المعالجة بدقة والتحكم فيها من ظروف صوتنة خفيفة جدا إلى شديدة الكثافة. يمنحك هذا الفرصة لمعالجة المواد المختلفة لتحقيق الإخراج الأمثل.
متانة معدات الموجات فوق الصوتية Hielscher يسمح لعملية 24/7 في الخدمة الشاقة وفي البيئات الصعبة.
يمنحك الجدول أدناه مؤشرا على قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة الموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500 مل | 10 إلى 200 مل / دقيقة | UP100H |
| 10 إلى 2000 مل | 20 إلى 400 مل / دقيقة | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20 لتر | 0.2 إلى 4 لتر / دقيقة | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100 لتر | 2 إلى 10 لتر / دقيقة | UIP4000hdT |
| ن.أ. | 10 إلى 100 لتر / دقيقة | UIP16000 |
| ن.أ. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
معالجات بالموجات فوق الصوتية عالية الطاقة من المختبر إلى النطاق التجريبي والصناعي.
الأدب / المراجع
- ديانا بي فيريرا ، جوليانا كروز ، راؤول فانغيرو (2019): الفصل 1 – تعديل سطح الألياف الطبيعية في مركبات البوليمر. المركبات الخضراء لتطبيقات السيارات. سلسلة وودهيد للنشر في علوم وهندسة المركبات 2019 ، الصفحات 3-41.
- سوليفان رينوار ، كريستوف هانو ، جويل دوسو ، جان فيليب بلوندو ، إريك لايني (2014): توصيف التأثير بالموجات فوق الصوتية على ألياف جوز الهند والكتان والقنب. رسائل المواد 129 ، 2014. 137–141.
- H. Sosiati، M. Muhaimin، P. Abdilah، D. A. Wijayanti، Harsojo، K. Triyana (2014): تأثير المعالجات الكيميائية على
خصائص السليلوز الطبيعي. وقائع مؤتمر AIP 1617 ، 105 (2014). - M. Zimniewska ، R. Kozłowski ، J. Batog (2008): نسيج الكتان المعدل Nanolignin كمنتج متعدد الوظائف. البلورات الجزيئية والبلورات السائلة المجلد 484 ، العدد 1 ، 2008.
حقائق تستحق المعرفة
ألياف القنب
القنب هو محصول متعدد الأغراض يستخدم لبذور القنب وبعد ذلك زيت البذور ، terpenoids والقنب (أي CBD ، CBG ، إلخ) وقش القنب ، والتي يمكن معالجتها إلى مواد ألياف قيمة. فيما يتعلق بجودة ألياف القنب ، هناك تمييز بين ما يسمى بألياف السحب ، وهي حزم ألياف قصيرة غير محاذاة وما يسمى بألياف الخط ، وهي ألياف طويلة (محاذاة طولية).
تسمى الكتل الليفية القصيرة أيضا بالألياف التقنية وتستخدم بشكل أساسي في صناعة السيارات ، لإنتاج الورق والمركبات الحيوية. تستخدم ألياف القنب الطويلة في المنسوجات والتطبيقات عالية القيمة مثل المركبات عالية الأداء والمركبات الحيوية.
إنتاج ألياف القنب:
يتم حصاد القنب الليفي (القنب الذي يزرع لإنتاج الألياف) بشكل مثالي قبل الإزهار. ينتج عن هذا الاقتصاص المبكر جودة ألياف أعلى لأن الجودة تنخفض إذا سمح بالإزهار. بشكل عام ، يتم حصاد قنب الألياف بعد 70-90 يوما من البذر. لحصاد القنب ، يتم قطع النباتات 2-3 سم فوق التربة ثم تجفيفها لبضعة أيام. بعد الحصاد ، يتم إعادة القنب. Retting هي عملية تستخدم الرطوبة والميكروبات لتحطيم البكتين النباتي ، الذي يربط جذع القنب كيميائيا معا. تقليديا ، كانت سيقان القنب معاد تدويرها بالماء أو الندى قبل أن يتم سحق الألياف. تسهل عملية إعادة التدوير الفصل اللاحق لللحاء عن ما يسمى ب hurd أو shiv (وهو النواة الخشبية لسيقان القنب). بعد إعادة التدوير ، يتم تجفيف سيقان القنب (إلى محتوى رطوبة أقل من 15٪ وكفالة).
للحصول على ألياف القنب ، والتي يمكن استخدامها للتصنيع وكإضافات ، يجب فصل الألياف في عملية تعرف باسم “سحق”. أثناء عملية التقطيع ، تتم معالجة قش القنب ميكانيكيا لمنقار نبات القنب ، على سبيل المثال ، باستخدام مطحنة المطرقة. في هذه العملية الميكانيكية ، يتم ضرب القنب على الشاشة حتى تسقط ألياف اللحاء الأصغر والغبار عبر الشاشة. آلات التقشير الحركية الحديثة عالية السرعة قادرة على فصل القنب إلى ثلاثة تيارات ؛ ألياف اللحاء ، هيرد ، والألياف الدقيقة الخضراء.
محتوى السليلوز في القنب حوالي 70-77٪. ألياف القنب هي بديل ممتاز لألياف السليلوز الخشب
مزايا ألياف القنب
- فعالة من حيث التكلفة
- قوة شد عالية وصلابة
- مناسب بشكل مثالي للمنتجات غير المنسوجة المثقوبة بالإبرة
- استبدال فعال للألياف الزجاجية
- يقلل من وقت التشكيل
- تخفيض الوزن في الجزء النهائي
- سهل المعالجة وإعادة التدوير
- يمكن تخصيصها لتلبية مجموعة متنوعة من المواصفات وأنظمة التصنيع المختلفة
- جودة ثابتة وتوافر العرض ممكن
المواد الحيوية الليفية
عندما يتم استخراج ألياف القش من قش الكتان ، يشار عادة إلى الأجزاء غير الليفية من الساق ، باستثناء البذور ، باسم الساق أو العقبات. على سبيل المثال في كتان البذور الزيتية ، تتكون اللشاقات من حوالي 70 – 85٪ من إجمالي وزن القش ، مما يجعل اللصوص المنتج الثانوي الرئيسي لمعالجة قش الكتان.
يتم استخدام اللجنين المنتج بالموجات فوق الصوتية والنانوي في صناعة أقمشة الكتان متعددة الوظائف. من خلال حشو منسوجات الكتان باللجنين النانوي ، يمكن إنشاء منسوجات متعددة الوظائف. توفر هذه المنسوجات متعددة الوظائف خصائص إضافية لحاجز الأشعة فوق البنفسجية والخصائص المضادة للبكتيريا والاستاتيكيه.