Çətənə liflərinin ultrasəslə emalı
- Çətənə və kətan lifləri kimi lifli materialların ultrasəslə çürüdülməsi liflərin sürətli və səmərəli modifikasiyasına imkan verir.
- Ultrasəslə emal olunmuş qabıq lifləri fibrilləşir və əhəmiyyətli dərəcədə daha yüksək xüsusi səth sahəsinə, artmış dartılma möhkəmliyinə və elastikliyə malik olur.
- Liflərin ultrasəslə emalı sənaye istehsalı üçün sürətli və istifadəsi asan emal texnologiyasıdır.
Ultrasəslə çürütmə
Ultrasəslə çürütmə ənənəvi suda və ya şeh altında çürütməyə sürətli, səmərəli və ekoloji alternativdir. Yüksək intensivlikli, aşağı tezlikli ultrasəsin yaratdığı akustik kavitasiya oduncaq mənşəli olmayan bitki lifləri kimi biomaterialların hüceyrə strukturlarını parçalayır. Bu liflərə kətan, çətənə, gicitkən, buğda samanı, düyü samanı və cut kimi qabıq lifləri, eləcə də yarpaqlardan alınan liflər (məsələn, sizal, Manila çətənəsi, abaka) və kokos qabığından alınan kokos lifi kimi meyvə mənşəli liflər daxildir.
Ultrasəslə liflərin bir-birindən ayrılması mikrolifləri (təqribən 3–5µm) nanoliflərə (≥100nm) çevirir. Bundan əlavə, ultrasəslə emal məhluldakı təmiz ksiloqlükanın və ksilanın parçalanmasına səbəb olmuş və ultrasəsin hemisellülozanı parçalamaq qabiliyyətini göstərmişdir.
Ultrasəslə çürütmə əsasən sulu məhlulda aparılsa da, xammaldan və hədəflənən nəticədən asılı olaraq ultrasəs prosesini qələvi emalı ilə birləşdirmək mümkündür. NaOH, H2O2 və H2SO4 məhlulları qısa emal müddətində sellüloza nanolifləri əldə etmək üçün qələviləşdirmədə istifadə oluna bilər. Ultrasəslə emal vasitəsilə sellüloza mikroliflərinin fibrilləşməsinə asanlıqla nail olmaq mümkündür. Ultrasəslə istehsal olunan liflər xüsusi morfologiyaya malikdir: nanoliflər (≥ 100nm) mikroliflərin (3–5µm) bütün səthi boyunca paylanır.
Ultrasəslə emal olunmuş və olunmamış kətan, çətənə və kokos liflərinin skanedici elektron mikroskopiya ilə təhlili.
mənbə: Renouard et al. 2014
UIP4000hdT (4kW) liflərin emalı üçün sənaye ultrasəs prosessoru
Çətənə liflərinin ultrasəslə emalı
Çətənə toxumları və fitokannabinoidlər bazarının böyüməsi ilə çətənə samanının istehsalı da artır. Əlavə məhsul kimi çətənə samanı və onun lifləri əsasən kağız və ya geotekstil istehsalında, kompozit materialların möhkəmləndirilməsində, eləcə də tikinti materialı kimi istifadə olunur.
Qurudulmuş və doğranmış qabıq lifli saman ultrasəslə emal üçün xammal kimi istifadə oluna bilər, lakin ultrasəs prosesində daha üstün nəticə əldə etmək üçün (qismən) qabıqdan ayrılmış oduncaq özəyi qırıntılarından istifadə tövsiyə olunur. Qabıq lifli material suda (sulu məhlulda) isladılaraq nasosla nəql oluna bilən və ultrasəs axın hüceyrəsindən keçə bilən suspenziya əldə edilir. Ultrasəslə emal prosesi yalnız qısa müddət (təqribən 30–60 san.) çəkir. Elmi tədqiqatlar göstərmişdir ki, ultrasəslə emal liqnosellülozalı materiallardan hemisellüloza və liqninin ekstraksiyasını yaxşılaşdırır. Bundan əlavə, ultrasəslə emal sellüloza və pektini parçalayır. Çətənə və kətanın ultrasəslə emalı liflərin elastikliyini və dartılma möhkəmliyini də artırır; bunlar tekstil və kompozit istehsalı üçün dəyərli xüsusiyyətlərdir.
- liqninin miqdarının azalması
- mikro və nano səviyyədə fibrilləşmiş liflər
- liflərin artmış elastikliyi
- daha yüksək dartılma möhkəmliyi
- sürətli proses
- idarə edilməsi asandır
Çətənə lifinin ultrasəs və qələvi ilə emalı (Ferreira et al. 2019)
Ultrasəslə modifikasiya olunmuş çətənə lifi
Ultrasəslə fibrilləşmiş qabıq lifi (məsələn, çətənə, kətan) polimer qatranlar, termoplastik və termoreaktiv kompozitlər üçün möhkəmləndirici material kimi xüsusilə uyğundur.
Çətənə qabıq lifləri sellüloza nanokristallarının (CNCs) ekstraksiya oluna bildiyi dəyərli mənbədir. Sellüloza nanokristalları böyük səth sahəsi, qeyri-adi sərtlik və dartılma möhkəmliyi ilə səciyyələnir. CNCs-in dartılma möhkəmliyi şüşənin və ya alüminiumun möhkəmliyindən üstündür. Sellüloza nanokristalları kifayət qədər ucuzdur və buna görə qiymət, əlçatanlıq, toksiklik və davamlılıq baxımından rəqabətqabiliyyətli nanoəlavədir.
Ultrasəslə emal yüksək keyfiyyətli sellüloza nanokristalları istehsal etməyə imkan verən, istifadəsi asan, sürətli və ekoloji üsuldur.
Sosiati et al. 2014 ultrasəslə emalın liflərin emalına faydalı təsirlərini göstərir.
Liflərin emalı üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazları
Hielscher Ultrasonics ağır iş şəraiti tələb edən tətbiqlər üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs avadanlığı istehsal edir. Ultrasəs sistemlərimiz partiyalı və ya fasiləsiz axın xəttində emal üçün istifadə oluna bilər. Hielscher şirkətinin bütün sənaye ultrasəs prosessorları çox yüksək amplitudalar təmin edə bilir. 200µm-ə qədər amplitudalarla 24/7 rejimində fasiləsiz işləmək asanlıqla mümkündür. Daha da yüksək amplitudalar üçün xüsusi sifarişlə hazırlanmış ultrasəs sonotrodları mövcuddur. Lakin təkcə çox yüksək amplitudaları təmin etmək qabiliyyəti çürütmə və ya fibrilləşmə kimi liflərin ultrasəslə emalı prosesini uğurla aparmaq üçün kifayət etmir. Xammaldan və hədəflənən nəticədən asılı olaraq proses parametrləri – yəni amplituda, təzyiq, temperatur və müddət – dəqiq idarə oluna və tənzimlənə bilməlidir.
Hielscher şirkətinin rəqəmsal ultrasəs prosessorları bütün proses məlumatlarını inteqrasiya olunmuş SD-karta avtomatik qeyd edir ki, proses nəticələri təkrar əldə oluna bilsin. Amplituda və emal intensivliyi çox yumşaq ultrasəs emalı şəraitindən yüksək intensivlikli şəraitə qədər dəqiq tənzimlənə və idarə oluna bilər. Bu, müxtəlif materialları optimal nəticə əldə etmək üçün emal etməyə imkan verir.
Hielscher şirkətinin ultrasəs avadanlığının möhkəmliyi ağır iş şəraitində və yüksək tələblər qoyan mühitlərdə 24/7 rejimində işləməyə imkan verir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə məlumat verir:
| Partiyanın həcmi | Axın sürəti | Tövsiyə olunan cihazlar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksək | cihazlar qrupu: UIP16000 |
Bizimlə əlaqə saxlayın! / Bizə sual verin!
Laboratoriya miqyasından pilot və sənaye miqyasına qədər yüksək güclü ultrasəs prosessorları.
Ədəbiyyat/İstinadlar
- Diana P.Ferreira, Juliana Cruz, Raul Fangueiro (2019): Fəsil 1 – Polimer kompozitlərdə təbii liflərin səthinin modifikasiyası. Avtomobil tətbiqləri üçün ekoloji kompozitlər. Woodhead Publishing-in kompozitlər elmi və mühəndisliyi seriyası 2019, Səhifələr 3–41.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014): Ultrasəsin kokos, kətan və çətənə liflərinə təsirinin səciyyələndirilməsi. Materials Letters 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014): Kimyəvi emalların təbii sellülozanın
xüsusiyyətlərinə təsiri. AIP Conference Proceedings 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska , R. Kozłowski, J. Batog (2008): Çoxfunksiyalı məhsul kimi nanoliqninlə modifikasiya olunmuş kətan parça. Molecular Crystals and Liquid Crystals Cild 484, Buraxılış 1, 2008.
Bilməyə dəyər faktlar
Çətənə lifi
Çətənə toxumları və onlardan əldə olunan toxum yağı, terpenoidlər və kannabinoidlər (yəni CBD, CBG və s.), eləcə də dəyərli lifli materiala çevrilə bilən çətənə samanı üçün istifadə olunan çoxməqsədli bitkidir. Çətənə lifinin keyfiyyəti baxımından istiqamətlənməmiş qısa lif dəstələri olan didik lifləri ilə uzun (uzununa istiqamətlənmiş) liflər olan uzun liflər fərqləndirilir.
Qısa lif dəstələri texniki lif də adlanır və əsasən avtomobil sənayesində, kağız istehsalında və bioloji əsaslı kompozitlər üçün istifadə olunur. Uzun çətənə lifləri tekstildə və yüksək məhsuldarlıqlı kompozitlər və biokompozitlər kimi yüksək dəyərli tətbiqlərdə istifadə olunur.
Çətənə lifi istehsalı:
Liflik çətənənin (lif istehsalı üçün yetişdirilən çətənənin) ideal olaraq çiçəklənmədən əvvəl yığılması məqsədəuyğundur. Bu erkən yığım daha yüksək lif keyfiyyəti ilə nəticələnir, çünki çiçəklənməyə imkan verildikdə keyfiyyət azalır. Ümumiyyətlə, liflik çətənə səpindən 70–90 gün sonra yığılır. Çətənəni yığmaq üçün bitkilər torpaqdan 2–3cm hündürlükdə kəsilir və sonra bir neçə gün qurudulur. Yığımdan sonra çətənə çürüdülür. Çürütmə çətənə gövdəsini kimyəvi olaraq bir yerdə saxlayan bitki pektinlərini parçalamaq üçün rütubətdən və mikroorqanizmlərdən istifadə edən prosesdir. Ənənəvi olaraq, liflər çırpılaraq ayrılmazdan əvvəl çətənə gövdələri suda və ya şeh altında çürüdülürdü. Çürütmə prosesi qabıq liflərinin çətənə gövdələrinin oduncaq özəyi olan və hurd və ya shiv adlandırılan hissədən sonrakı ayrılmasını asanlaşdırır. Çürütmədən sonra çətənə gövdələri qurudulur (rütubət miqdarı 15%-dən aşağı olana qədər) və tayalanır.
İstehsalda və əlavə kimi istifadə oluna bilən çətənə liflərini əldə etmək üçün liflər «çırpma» adlanan proseslə ayrılmalıdır. Çırpma prosesində çətənə bitkisini parçalamaq üçün çətənə samanı, məsələn, çəkicli dəyirmandan istifadə etməklə mexaniki emal olunur. Bu mexaniki prosesdə oduncaq özəyi qırıntıları, daha kiçik qabıq lifləri və toz ələkdən keçənə qədər çətənə ələyə qarşı döyülür. Müasir yüksək sürətli kinematik qabıqayırma maşınları çətənəni üç axına ayıra bilir: qabıq lifi, oduncaq özəyi qırıntıları və yaşıl mikrolif.
Çətənədə sellülozanın miqdarı təqribən 70–77%-dir. Çətənə lifləri oduncaq sellüloza liflərinin əla əvəzedicisidir
Çətənə liflərinin üstünlükləri
- iqtisadi cəhətdən sərfəlidir
- yüksək dartılma möhkəmliyi və sərtlik
- iynə ilə bərkidilmiş toxunmamış məhsullar üçün ideal dərəcədə uyğundur
- şüşə lifinin səmərəli əvəzedicisidir
- qəlibləmə müddətini azaldır
- hazır hissənin çəkisinin azalması
- emalı və təkrar emalı asandır
- müxtəlif spesifikasiyalara və fərqli istehsal sistemlərinə uyğunlaşdırıla bilər
- sabit keyfiyyət və təchizatın əlçatanlığı mümkündür
Lifli biomateriallar
Kətan samanından saman lifləri ayrıldıqda, toxum istisna olmaqla gövdənin lifsiz hissələri adətən shives və ya hurds, yəni oduncaq özəyi qırıntıları adlandırılır. Məsələn, yağlıq kətanda oduncaq özəyi qırıntıları ümumi saman çəkisinin təqribən 70–85%-ni təşkil edir və bu, onları kətan samanının emalının əsas əlavə məhsuluna çevirir.
Ultrasəslə istehsal olunan nanostrukturlu liqnin çoxfunksiyalı kətan parçalar hazırlamaq üçün istifadə olunur. Kətan tekstil materiallarını nanoliqninlə hopdurub sıxmaqla çoxfunksiyalı tekstil materialları yaratmaq mümkündür. Bu çoxfunksiyalı tekstil materialları UV şüalarına qarşı maneə, antibakterial və antistatik xüsusiyyətlər kimi əlavə xüsusiyyətlər təmin edir.