Ultrazvučna proizvodnja nano-strukturirane celuloze

Nanoceluloza, izvanredan aditiv visokih performansi, stekao je istaknutost zbog svoje raznovrsne primjene kao modifikator reologije, sredstvo za pojačanje i ključna komponenta u raznim naprednim materijalima. Ova nanostrukturirana vlakna, izvedena iz bilo kojeg izvora koji sadrži celulozu, mogu se efikasno izolovati ultrazvučnom homogenizacijom i mlevenjem velike snage. Ovaj proces, poznat kao sonikacija, značajno poboljšava fibrilaciju, što rezultira većim prinosom nanoceluloze i proizvodnjom finijih, tanjih vlakana. Ultrazvučna tehnologija nadmašuje konvencionalne metode proizvodnje, zahvaljujući svojoj sposobnosti da generiše ekstremne kavitacione velike sile smicanja, što je čini izuzetnim alatom za proizvodnju nanoceluloze.

Ultrazvučna proizvodnja nanoceluloze

Ultrazvuk velike snage doprinosi ekstrakciji i izolaciji mikro- i nanoceluloze iz različitih izvora celuloznih materijala kao što su drvo, lignocelulozna vlakna (pulpna vlakna) i ostaci koji sadrže celulozu.
Za oslobađanje biljnih vlakana od izvornog materijala, ultrazvučno brušenje i homogenizacija je moćna i pouzdana metoda koja omogućava obradu vrlo velikih količina. Pulpa se dovodi u inline sonoreaktor, gdje ultrazvučne sile visokog smicanja razbijaju ćelijsku strukturu biomase tako da fibrilna materija postaje dostupna.

Slika 1 ispod prikazuje TEM sliku “Nikad sušeni pamuk” (NDC) podvrgnuti enzimskoj hidrolizi i sonicirani sa a Hielscher sonicator tipa sonde UP400S 20 minuta.
[Bittencourt et al. 2008]

Slika 2 ispod prikazuje SEM sliku filma od viskoze, podvrgnutog enzimskoj hidrolizi, nakon čega slijedi sonikacija sa model Hielscher sonicator UP400S.
[Bittencourt et al. 2008]

Ultrazvučna obrada nanoceluloze se također može uspješno kombinirati s TEMPO-oksidiranim tretmanom vlakana. U TEMPO-procesu, celulozna nanovlakna se proizvode oksidacionim sistemom koristeći 2,2,6,6-tetrametilpiperidinil-1-oksil (TEMPO) kao katalizator, i natrijum bromid (NaBr) i natrijum hipohlorit (NaOCl). Istraživanja su pokazala da je efikasnost oksidacije značajno poboljšana kada se oksidacija provodi pod ultrazvučnim zračenjem.

Ultrazvučna disperzija nanoceluloze

Nanocelulozne disperzije pokazuju izvanredno reološko ponašanje zbog visokog viskoziteta pri niskim koncentracijama nanoceluloze. To čini nanocelulozu vrlo zanimljivim aditivom kao reološkim modifikatorom, stabilizatorom i gelantom za različite primjene, npr. u industriji premaza, papiru ili prehrambenoj industriji. Da bi izrazila svoja jedinstvena svojstva, nanoceluloza mora biti
Ultrazvučno raspršivanje je idealna metoda za dobivanje nanoceluloze fine veličine jednostruke disperzije. Kako se nanoceluloza jako razrjeđuje smicanjem, ultrazvuk snage je poželjna tehnologija za formuliranje nanoceluloznih suspenzija jer spajanje ultrazvuka velike snage u tekućine stvara ekstremne sile smicanja.
Kliknite ovdje da saznate više o ultrazvučnoj kavitaciji u tekućinama!
Nakon sinteze nanokristalne celuloze, nanoceluloza se često ultrazvučno raspršuje u tečni medij, npr. u nepolarno ili polarno otapalo kao što je dimetilformamid (DMF), kako bi se formulirao konačni proizvod (npr. nanokompoziti, reološki modifikator itd.) Kao CNFs su CNFs. koji se koriste kao aditivi u višestrukim formulacijama, pouzdano dispergiranje je ključno. Ultrasonication proizvodi stabilne i jednolično dispergirane fibrile.

Ultrazvučno poboljšano odvodnjavanje celuloznih nanovlakna

Ultrazvučno poboljšano odvodnjavanje celuloznih nanovlakna je vrhunska tehnika koja značajno poboljšava efikasnost uklanjanja vode – čineći celulozna nanovlakna veoma atraktivnim dodatkom za proizvodnju nanopapira. Nanocelulozna vlakna obično zahtijevaju dugotrajno odvodnjavanje zbog visokog kapaciteta zadržavanja vode. Primjenom ultrazvučnih valova, ovaj proces se ubrzava stvaranjem intenzivnih kavitacijskih sila, koje remete vodeni matriks i omogućavaju brže i ravnomjernije izbacivanje vode. Ovo ne samo da smanjuje vrijeme sušenja, već i poboljšava strukturni integritet i mehanička svojstva rezultirajućih celuloznih nanovlakna, što ga čini vrlo efikasnom metodom u proizvodnji visokokvalitetnih nanopapira i drugih nanomaterijala.
Saznajte više o ultrazvučnom odvodnjavanju nanopapira!

Industrijska proizvodnja nanoceluloze uz pomoć ultrazvuka

Hielscher Ultrasonics nudi sveobuhvatan raspon moćnih i pouzdanih ultrazvučnih rješenja, od malih laboratorijskih ultrasonikatora do velikih industrijskih sistema, idealnih za komercijalnu obradu nanoceluloze. Ključna prednost Hielscher industrijskih sonikatora tipa sonde leži u njihovoj sposobnosti da isporuče optimalne ultrazvučne uslove kroz svoje protočne sonoreaktore, koji dolaze u različitim veličinama i geometrijama. Ovi reaktori osiguravaju da se ultrazvučna energija dosljedno i ujednačeno primjenjuje na celulozni materijal, što dovodi do vrhunskih rezultata obrade.

Hielscher stoni sonikatori, kao što su UIP1000hdT, UIP2000hdT i UIP4000hdT, sposobni su proizvesti nekoliko kilograma nanoceluloze dnevno, što ih čini pogodnim za potrebe srednje proizvodnje. Za komercijalnu proizvodnju velikih razmjera, pune industrijske jedinice poput UIP10000 i UIP16000hdT mogu podnijeti velike tokove mase, omogućavajući efikasnu proizvodnju velikih količina nanoceluloze.

Jedna od najznačajnijih prednosti Hielscher ultrazvučnih sistema je njihova linearna skalabilnost. I stolni i industrijski ultrasonikatori mogu se instalirati u klasterima, pružajući gotovo neograničen kapacitet obrade, što ih čini idealnim izborom za operacije koje zahtijevaju visoku propusnost i pouzdane performanse u proizvodnji nanoceluloze.