Ултразвуково производство на наноструктурирана целулоза

Наноцелулозата, забележителна високоефективна добавка, придоби известност със своите многостранни приложения като модификатор на реологията, подсилващ агент и ключов компонент в различни усъвършенствани материали. Тези наноструктурирани фибрили, получени от всеки източник, съдържащ целулоза, могат да бъдат ефективно изолирани чрез високомощна ултразвукова хомогенизация и фрезоване. Този процес, известен като ултразвук, значително подобрява фибрилацията, което води до по-висок добив на наноцелулоза и произвежда по-фини, по-тънки влакна. Ултразвуковата технология превъзхожда конвенционалните производствени методи, благодарение на способността си да генерира екстремни кавитационни високи сили на срязване, което я прави изключителен инструмент за производство на наноцелулоза.

Ултразвуково производство на наноцелулоза

Ултразвукът с висока мощност допринася за извличането и изолирането на микро- и наноцелулоза от различни източници на целулозни материали като дърво, лигноцелулозни влакна (целулозни влакна) и остатъци, съдържащи целулоза.
За освобождаване на растителните влакна от изходния материал, ултразвуков Смилане и Хомогенизиране е мощен и надежден метод, който позволява да се обработват много големи обеми. Пулпата се подава във вграден сонореактор, където ултразвуковите сили с високо срязване нарушават клетъчната структура на биомасата, така че фибрилната материя да стане достъпна.

На фигура 1 по-долу е показано изображение на TEM на “Никога не изсушен памук” (NDC), подложени на ензимна хидролиза и ултразвук с Сондиран ултразвук тип Hielscher UP400S за 20 минути.
[Bittencourt et al. 2008]

Фигура 2 по-долу показва SEM изображение на филм от вискоза, подложен на ензимна хидролиза, последвано от ултразвук с Хилшер соникатор модел UP400S.
[Bittencourt et al. 2008]

Ултразвуковата обработка на наноцелулоза може успешно да се комбинира и с обработката с окислени влакна TEMPO. В процеса TEMPO целулозните нановлакна се произвеждат чрез система за окисление, като се използва 2,2,6,6-тетраметилпиперидинил-1-оксил (TEMPO) като катализатор и натриев бромид (NaBr) и натриев хипохлорит (NaOCl). Изследванията доказват, че ефективността на окисляване се подобрява значително, когато окисляването се извършва под ултразвуково облъчване.

Ултразвукова дисперсия на наноцелулоза

Наноцелулозните дисперсии демонстрират изключително реологично поведение поради високия си вискозитет при ниски концентрации на наноцелулоза. Това прави наноцелулозата много интересна добавка като реологичен модификатор, стабилизатор и гелант за различни приложения, например в покритията, хартиената или хранително-вкусовата промишленост. За да изрази своите уникални свойства, наноцелулозата трябва да бъде
Ултразвуковото диспергиране е идеалният метод за получаване на фина еднодиспергирана наноцелулоза. Тъй като наноцелулозата е силно изтъняваща при срязване, силовият ултразвук е предпочитаната технология за формулиране на наноцелулозни суспензии, тъй като свързването на ултразвук с висока мощност в течности създава екстремни сили на срязване.
Кликнете тук, за да научите повече за ултразвуковата кавитация в течности!
След синтеза на нанокристална целулоза наноцелулозата често се диспергира ултразвуково в течна среда, например неполярен или полярен разтворител като диметилформамид (DMF), за да се получи краен продукт (напр. нанокомпозити, реологичен модификатор и др.) Тъй като CNF се използват като добавки във формулировките на колекторите, надеждното диспергиране е от решаващо значение. Ултразвукът произвежда стабилни и равномерно диспергирани фибрили.

Ултразвуково подобрено обезводняване на целулозни нановлакна

Ултразвуковото обезводняване на целулозни нановлакна е авангардна техника, която значително подобрява ефективността на отстраняването на водата – превръщайки целулозните нановлакна в изключително атрактивна добавка за производството на нанохартия. Наноцелулозните влакна обикновено изискват времеемко обезводняване поради високия си капацитет за задържане на вода. Чрез прилагане на ултразвукови вълни този процес се ускорява чрез генериране на интензивни кавитационни сили, които нарушават водната матрица и улесняват по-бързото и по-равномерно изхвърляне на водата. Това не само намалява времето за сушене, но също така подобрява структурната цялост и механичните свойства на получените целулозни нановлакна, което го прави високоефективен метод при производството на висококачествени нанохартии и други наноматериали.
Научете повече за ултразвуковото обезводняване на нанохартия!

Индустриално производство на наноцелулоза с помощта на мощен ултразвук

Hielscher Ultrasonics предлага широка гама от мощни и надеждни ултразвукови решения, от малки лабораторни ултразвукови апарати до широкомащабни промишлени системи, идеални за търговска обработка на наноцелулоза. Основното предимство на промишлените сондови ултразвукови уреди Hielscher се крие в способността им да осигуряват оптимални ултразвукови условия чрез своите проточни сонатори, които се предлагат в различни размери и геометрии. Тези реактори гарантират, че ултразвуковата енергия се прилага последователно и равномерно към целулозния материал, което води до превъзходни резултати от обработката.

Настолните ултразвукови апарати на Hielscher, като UIP1000hdT, UIP2000hdT и UIP4000hdT, са в състояние да произвеждат няколко килограма наноцелулоза дневно, което ги прави подходящи за производствени нужди в среден мащаб. За широкомащабно търговско производство пълните индустриални единици като UIP10000 и UIP16000hdT могат да се справят с обширни масови потоци, което позволява ефективно производство на големи количества наноцелулоза.

Едно от най-значимите предимства на ултразвуковите системи Hielscher е тяхната линейна мащабируемост. Както настолните, така и индустриалните ултразвукови уреди могат да бъдат инсталирани в клъстери, осигурявайки практически неограничен капацитет за обработка, което ги прави идеален избор за операции, изискващи висока производителност и надеждна производителност при производството на наноцелулоза.