Ultrazvučna obrada vlakana konoplje
- Ultrazvučno nanošenje vlaknastih materijala kao što su konopljina i lanena vlakna omogućava brzu i efikasnu modifikaciju vlakana.
- Ultrazvučno obrađena lička vlakna su fibrilirana i pokazuju značajno veću specifičnu površinu, povećanu vlačnu čvrstoću i fleksibilnost.
- Ultrazvučna obrada vlakana je brza i laka za korištenje tehnologija obrade za industrijsku proizvodnju.
Ultrasonic Retting
Ultrazvučno hlađenje je brza, efikasna i zelena alternativa tradicionalnom vlažnom ili vlažnom sušenju. Akustična kavitacija, nastala ultrazvukom visokog intenziteta, niske frekvencije, razbija ćelijske strukture biomaterijala kao što su nedrvo, biljna vlakna koja uključuju likova vlakna kao što su lan, konoplja, kopriva, pšenična slama, pirinčana slama, juta, kao i vlakna iz listova (npr. sisal, manila konoplja, abaka) i vlakna iz voća poput kokosovog vlakna iz ljuske kokosa.
Ultrazvučno raspletanje pretvara mikrovlakna (otprilike 3-5 µm) u nanovlakna (≥100 nm). Nadalje, ultrazvučna obrada izazvala je razgradnju čistog ksiloglukana i ksilana u otopini, demonstrirajući sposobnost ultrazvuka da razgradi hemicelulozu.
Iako se ultrazvučno retting uglavnom koristi u vodenom rastvoru, moguće je – zavisno od sirovine i ciljanog ishoda – kombinirati ultrazvučni proces sa alkalnim tretmanom. Otopine NaOH, H2O2 i H2SO4 može se koristiti za alkalizaciju za dobijanje celuloznih nanovlakna u kratkom vremenu obrade. Ultrazvučnim tretmanom lako se može postići fibrilacija celuloznih mikrovlakana. Ultrazvučno proizvedena vlakna pokazuju specifičnu morfologiju u kojoj su nanovlakna (≥ 100 nm) raspoređena po cijeloj površini mikrovlakana (3-5 µm).
Skenirajuća elektronska mikroskopska analiza na vlaknima lana, konoplje i kokosa sa ili bez ultrazvučne obrade.
izvor: Renouard et al. 2014
UIP4000hdT (4kW) industrijski ultrazvučni procesor za obradu vlakana
Ultrazvučna obrada vlakana konoplje
Sa rastućim tržištem sjemena konoplje i fito-kanabinoida dolazi i do sve veće proizvodnje slame konoplje. Kao nusproizvod, slama konoplje i njena vlakna uglavnom se koriste za proizvodnju papira ili geotekstila, armature u kompozitnim materijalima, kao i građevinskog materijala.
Osušena i izrezana lična slama može se koristiti kao sirovina za ultrazvučnu obradu, međutim za vrhunski učinak ultrazvučnog procesa preporučuje se upotreba (djelomično) ukrašenih šipova. Materijal limena se navlaži u vodi (vodeni rastvor) tako da se dobije suspenzija koja se može pumpati, koja može proći kroz ultrazvučnu protočnu ćeliju. Proces obrade ultrazvukom traje samo kratak vremenski period (približno 30-60 sekundi). Naučna istraživanja su pokazala da ultrazvuk poboljšava ekstrakciju hemiceluloze i lignina iz lignoceluloznih materijala. Uz to, ultrazvuk razgrađuje celulozu i pektin. Ultrazvučna obrada konoplje i lana također poboljšava fleksibilnost i vlačnu čvrstoću vlakana, koja su vrijedne karakteristike za proizvodnju tekstila i kompozita.
- smanjenje sadržaja lignina
- mikro- i nano-fibrilirana vlakna
- povećana fleksibilnost vlakana
- veća vlačna čvrstoća
- Brzi proces
- jednostavan za rukovanje
Ultrazvučno-alkalni tretman vlakana konoplje (Ferreira et al. 2019.)
Ultrazvučno modifikovano vlakno konoplje
Ultrazvučno fibrilirano ličko vlakno (npr. konoplja, lan) posebno je pogodno kao pojačanje za polimerne smole, termoplastične i termoreaktivne kompozite.
Vlakna konoplje su vrijedan izvor iz kojeg se mogu ekstrahirati nanokristali celuloze (CNC). Nanokristali celuloze odlikuju se svojom velikom površinom i svojom izvanrednom krutošću i vlačnom čvrstoćom. CNC-ovi’ vlačna čvrstoća je veća od čvrstoće stakla ili aluminija. Nanokristali celuloze su prilično jeftini i stoga su konkurentni nano-aditiv, kada je u pitanju cijena, dostupnost, toksičnost kao i održivost.
Sonikacija je laka za korištenje, brza i zelena tehnika, koja omogućava proizvodnju visokokvalitetnih nanokristala celuloze.
Sosiati et al. 2014. pokazuju korisne efekte sonikacije na obradu vlakana.
Ultrasonikatori visokih performansi za obradu vlakana
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučnu opremu visokih performansi za teške primjene. Naši ultrazvučni sistemi se mogu koristiti za serijsku ili kontinuiranu inline obradu. Svi Hielscher industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200 µm mogu se lako raditi kontinuirano u radu 24 sata dnevno. Za još veće amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Međutim, sposobnost vrlo velikih amplituda sama po sebi nije dovoljna da se pokrene uspješan proces ultrazvučnih vlakana, kao što je retting ili fibrilacija. U zavisnosti od sirovine i ciljanog ishoda, parametri procesa – naime, amplituda, pritisak, temperatura i vrijeme – mora biti precizno kontrolisan i podesiv.
Hielscherovi digitalni ultrazvučni procesori automatski snimaju sve procesne podatke na integriranu SD karticu, tako da su rezultati procesa ponovljivi. Amplituda i intenzitet obrade mogu se precizno podesiti i kontrolirati od vrlo blagih do vrlo intenzivnih uvjeta sonikacije. Ovo vam daje priliku da obrađujete različite materijale do optimalnog učinka.
Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućava 24/7 rad u teškim uslovima iu zahtjevnim okruženjima.
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni procesori velike snage od laboratorijskih do pilotskih i industrijskih razmjera.
Literatura/Reference
- Diana P.Ferreira, Juliana Cruz, Raul Fangueiro (2019): Poglavlje 1 – Površinska modifikacija prirodnih vlakana u polimernim kompozitima. Zeleni kompoziti za automobilske aplikacije. Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering 2019, stranice 3-41.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014): Karakterizacija ultrazvučnog utjecaja na vlakna kokosa, lana i konoplje. Građa Pisma 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, DA Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014): Efekat hemijskih tretmana na
karakteristike prirodne celuloze. AIP Conference Proceedings 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska, R. Kozłowski, J. Batog (2008): Nanolignin modificirana lanena tkanina kao multifunkcionalni proizvod. Molecular Crystals and Liquid Crystals Vol. 484, broj 1, 2008.
Činjenice koje vrijedi znati
konopljino vlakno
Konoplja je višenamjenska kultura koja se koristi za sjeme konoplje, a potom i sjemensko ulje, terpenoide i kanabinoide (tj. CBD, CBG, itd.) i slamu konoplje, koja se može preraditi u vrijedan materijal od vlakana. Što se tiče kvaliteta vlakana konoplje, razlikuju se takozvana vučna vlakna, koja nisu poravnata, kratki snopovi vlakana i tzv. linijska vlakna, koja su duga (uzdužno poravnata) vlakna.
Snopovi kratkih vlakana nazivaju se i tehničkim vlaknima i uglavnom se koriste u automobilskoj industriji, za proizvodnju papira i za kompozite na biološkoj bazi. Duga vlakna konoplje koriste se za tekstilne i visokovrijedne aplikacije kao što su kompoziti visokih performansi i biokompoziti.
Proizvodnja vlakana konoplje:
Vlaknasta konoplja (konoplja koja se uzgaja za proizvodnju vlakana) idealno se bere prije cvatnje. Ovaj rani usjev rezultira većim kvalitetom vlakana jer kvalitet opada ako je cvjetanje dozvoljeno. U principu, vlaknasta konoplja se bere 70-90 dana nakon sjetve. Za berbu konoplje, biljke se režu 2-3 cm iznad zemlje, a zatim se suše nekoliko dana. Nakon berbe, konoplja se odmara. Retting je proces koji koristi vlagu i mikrobe za razgradnju biljnih pektina, koji kemijski spajaju stabljiku konoplje. Tradicionalno, stabljike konoplje bi se vlažile vodom ili rosile prije nego što se vlakna razrežu. Proces držanja olakšava naknadno odvajanje lišća od takozvanog konopljinog hurda ili šiva (što je drvenasto jezgro stabljika konoplje). Nakon odležavanja, stabljike konoplje se suše (do sadržaja vlage manje od 15% i stavljaju u kauciju).
Da bi se dobila vlakna konoplje, koja se mogu koristiti za proizvodnju i kao aditivi, vlakna se moraju odvojiti u procesu poznatom kao “scutching”. Tokom procesa sečenja, slama konoplje se mehanički obrađuje kako bi se srušila biljka konoplje, npr. pomoću mlina s čekićem. U ovom mehaničkom procesu konoplja se tuče o sito sve dok hrska, manja vlakna lika i prašina ne padnu kroz sito. Moderne kinematičke mašine za ukrašavanje velike brzine sposobne su da odvoje konoplju u tri toka; likova vlakna, hurd i zelena mikrovlakana.
Sadržaj celuloze u konoplji je cca. 70-77%. Vlakna konoplje odlična su zamjena za vlakna drvene celuloze
Prednosti vlakana konoplje
- Isplativo
- visoka vlačna čvrstoća i krutost
- idealno za iglobušene netkane proizvode
- efikasna zamjena za staklena vlakna
- smanjuje vrijeme oblikovanja
- smanjenje težine gotovog dela
- laka za obradu i recikliranje
- može se prilagoditi kako bi zadovoljio različite specifikacije i različite proizvodne sisteme
- moguć je dosljedan kvalitet i dostupnost ponude
Vlaknasti bio-materijali
Kada se slamna vlakna ekstrahuju iz lanene slame, nevlaknasti dijelovi stabljike, ne uključujući sjeme, obično se nazivaju šiljama ili ljuskama. Na primjer, kod uljarica lana, šišci sadrže cca. 70 – 85% ukupne mase slame, što čini šiblje glavnim nusproizvodom prerade lanene slame.
Ultrazvučno proizveden, nanostrukturirani lignin koristi se za izradu multifunkcionalnih lanenih tkanina. Postavljanjem lanenog tekstila nano-ligninom može se stvoriti multifunkcionalni tekstil. Ovaj multifunkcionalni tekstil nudi dodatna svojstva UV barijere, antibakterijska i antistatička svojstva.