Ultralyd hamp fiber behandling
- Ultralydsrødning af fibrøse materialer såsom hamp og hørfibre giver mulighed for en hurtig og effektiv fibermodifikation.
- Ultralydsbehandlede bastfibre er fibrillerede og viser en betydeligt højere specifik overflade, øget trækstyrke og fleksibilitet.
- Ultralydsfiberbehandling er en hurtig og brugervenlig behandlingsteknologi til industriel produktion.
Ultralyd rødning
Ultralydsrødning er et hurtigt, effektivt og grønt alternativ til traditionel våd- eller dugrødning. Akustisk kavitation, der genereres af højintensiv, lavfrekvent ultralyd, nedbryder cellulære strukturer af biomaterialer såsom ikke-træ, vegetabilske fibre, der omfatter bastfibre såsom hør, hamp, brændenælde, hvedehalm, rishalm, jute samt bladafledte fibre (f.eks. sisal, manillahamp, abacá) og frugtafledte fibre som kokos fra kokosnøddeskaller.
Ultralydsudfiltring omdanner mikrofibre (ca. 3-5 μm) til nanofibre (≥100 nm). Desuden inducerede ultralydsbehandling nedbrydning af ren xyloglucan og xylan i opløsning, hvilket demonstrerer ultralydsevnen til at nedbryde hemicellulose.
Selvom ultralydsretting hovedsageligt bruges i en vandig opløsning, er det muligt – afhængigt af råmaterialet og det tilsigtede resultat – at kombinere ultralydsprocessen med en alkalibehandling. Løsninger af NaOH, H2O2 og H2SÅ4 Kan bruges til alkalisering for at opnå cellulosenanofibre på kort behandlingstid. Ved ultralydsbehandling kan der let opnås en fibrillering af cellulosemikrofibre. De ultralydsproducerede fibre viser en specifik morfologi, hvor nanofibrene (≥ 100nm) er fordelt over hele overfladen af mikrofibrene (3-5μm).
Scanning elektronisk mikroskopianalyse på hør-, hamp- og kokosfibre med eller uden ultralydsbehandling.
kilde: Renouard et al. 2014
UIP4000hdT (4kW) Industriel ultralydsprocessor til fiberbehandling
Ultralyd hamp fiber behandling
Med det voksende marked for hampefrø og phyto-cannabinoider følger en stigende produktion af hampehalm. Som et biprodukt bruges hampehalm og dets fibre hovedsageligt til fremstilling af papir eller geotekstiler, forstærkning i kompositmaterialer samt byggemateriale.
Tørret og skåret basthalm kan bruges som råmateriale til ultralydsbehandling, men for overlegen ultralydsprocesoutput anbefales brugen af (delvist) afskallede skib. Bastmaterialet fugtes i vand (vandig opløsning), så der opnås en pumpbar opslæmning, som kan passere ultralydsgennemstrømningscellen. Sonikeringsprocessen tager kun en kort periode (ca. 30-60 sek.). Videnskabelig forskning har vist, at ultralydbehandling forbedrer ekstraktionen af hemicellulose og lignin fra lignocellulosematerialer. Derudover nedbryder sonikering cellulose og pektin. Ultralydsbehandling af hamp og hør forbedrer også fibrenes fleksibilitet og trækstyrke, som er værdifulde egenskaber til tekstil- og kompositfremstilling.
- reduktion af ligninindhold
- mikro- og nanofibrillerede fibre
- Øget fiberfleksibilitet
- højere trækstyrke
- hurtig proces
- nem at betjene
Ultralyds-alkali behandling af hampefibre (Ferreira et al. 2019)
Ultralyd modificeret hampefiber
Ultralydsfibrilleret bastfiber (f.eks. hamp, hør) er særligt velegnet som forstærkning til polymerharpikser, termoplast og termohærdende kompositter.
Hampbastfibre er en værdifuld kilde, hvorfra cellulosenanokrystaller (CNC'er) kan udvindes. Cellulose nanokrystaller er kendetegnet ved deres høje overfladeareal og deres ekstraordinære stivhed og trækstyrke. CNC'er’ Trækstyrke udmærker sig ved styrken af glas eller aluminium. Cellulose nanokrystaller er et ganske billigt og er dermed et konkurrencedygtigt nano-additiv, når det kommer til pris, tilgængelighed, toksicitet samt bæredygtighed.
Sonikering er en brugervenlig, hurtig og grøn teknik, der gør det muligt at producere cellulose nanokrystaller af høj kvalitet.
Sosiati et al. 2014 viser de gavnlige virkninger af sonikering på fiberbehandling.
Højtydende ultralydapparater til fiberbehandling
Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydsudstyr til tunge applikationer. Vores ultralydssystemer kan bruges til batch eller kontinuerlig inline-behandling. Alle Hielscher industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200 μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydssonotroder tilgængelige. Evnen til meget høje amplituder alene er dog ikke nok til at køre en vellykket ultralydsfiberproces, såsom rødning eller flimmer. Afhængigt af råmaterialet og det tilsigtede resultat er procesparametrene – nemlig amplitude, tryk, temperatur og tid – skal være nøjagtigt kontrollerbare og justerbare.
Hielschers digitale ultralydsprocessorer registrerer automatisk alle procesdata på et integreret SD-kort, så procesresultaterne er reproducerbare. Amplitude og behandlingsintensitet kan justeres og kontrolleres præcist fra meget milde til meget intense sonikeringsforhold. Dette giver dig mulighed for at bearbejde forskellige materialer til optimal ydelse.
Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift ved tunge og krævende miljøer.
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater:
| Batch volumen | Flowhastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 1 til 500 ml | 10 til 200 ml/min | UP100H |
| 10 til 2000 ml | 20 til 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 til 20L | 0.2 til 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 til 100L | 2 til 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 til 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Større | klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg os!
Ultralydsprocessorer med høj effekt fra laboratorie til pilot og industriel skala.
Litteratur/Referencer
- Diana P.Ferreira, Juliana Cruz, Raul Fangueiro (2019): Kapitel 1 – Overflademodifikation af naturlige fibre i polymerkompositter. Grønne kompositter til bilapplikationer. Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering 2019, side 3-41.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014): Karakterisering af ultralydspåvirkning på kokos-, hør- og hampfibre. Materialer Breve 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014): Effekt af de kemiske behandlinger på
Egenskaber ved naturlig cellulose. AIP-konferencedokumenter 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska, R. Kozłowski, J. Batog (2008): Nanoligninmodificeret linnedstof som et multifunktionelt produkt. Molekylære krystaller og flydende krystaller Vol. 484, udgave 1, 2008.
Fakta, der er værd at vide
hamp fiber
Hamp er en multifunktionel afgrøde, der bruges til hampefrø og efterfølgende frøolie, terpenoider og cannabinoider (dvs. CBD, CBG osv.) og hampehalm, som kan forarbejdes til værdifuldt fibermateriale. Med hensyn til hampfiberkvalitet skelnes der mellem de såkaldte towfibre, som ikke er justerede, korte fiberbundter og de såkaldte linjefibre, som er lange (langsgående justerede) fibre.
De korte fiberbundler kaldes også tekniske fibre og bruges hovedsageligt i bilindustrien, til produktion af papir og til biobaserede kompositter. Lange hampfibre bruges til tekstil- og højværdiapplikationer såsom højtydende kompositter og biokompositter.
Produktion af hampefibre:
Fiberhamp (hamp, der dyrkes til fiberproduktion) høstes ideelt før blomstring. Denne tidlige beskæring resulterer i højere fiberkvalitet, fordi kvaliteten falder, hvis blomstring tillades. Generelt høstes fiberhamp 70-90 dage efter såning. For at høste hampen skæres planterne 2-3 cm over jorden og tørres derefter i et par dage. Efter høst rødnes hampen. Rødning er en proces, der bruger fugt og mikrober til at nedbryde plantens pektiner, som kemisk binder hampstammen sammen. Traditionelt ville hampstængler blive vandrødet eller dugrødet, før fibrene skæres. Rødningsprocessen letter den efterfølgende adskillelse af basten fra den såkaldte hamp hurd eller shiv (som er den træagtige kerne af hampstænglerne). Efter rødning tørres hampstænglerne (til et fugtindhold på mindre end 15% og reddes.
For at opnå hampfibre, der kan bruges til fremstilling og som tilsætningsstoffer, skal fibrene adskilles i en proces, der kaldes “skætning”. Under skætningsprocessen forarbejdes hampestrået mekanisk for at næbbe hampplanten, f.eks. ved hjælp af en hammermølle. I denne mekaniske proces bankes hampen mod en skærm, indtil der falder mindre bastfibre og støv gennem skærmen. Moderne højhastigheds kinematiske afkortikationsmaskiner er i stand til at adskille hamp i tre vandløb; Bastfiber, Hurd og grøn mikrofiber.
Celluloseindholdet i hamp er ca. 70-77%. Hampefibre er en glimrende erstatning for træcellulosefibre
Fordele ved hampefibre
- Omkostningseffektiv
- Høj trækstyrke og stivhed
- Ideel til nålestansede nonwoven-produkter
- effektiv erstatning for glasfiber
- Reducerer støbetiden
- vægtreduktion i færdig del
- Nem at behandle og genbruge
- kan tilpasses til at opfylde en række specifikationer og forskellige fremstillingssystemer
- ensartet kvalitet og tilgængelighed af forsyninger er mulig
Fiberholdige biomaterialer
Når stråfibre udvindes af hørhalm, betegnes de ikke-fiberholdige dele af stænglen, bortset fra frøene, normalt som skæver eller hjorte. For eksempel i oliefrøhør udgør skæn ca. 70 – 85 % af den samlede halmvægt, hvilket gør skæv til det vigtigste biprodukt ved forarbejdning af hørhalm.
Ultralydsproduceret, nanostruktureret lignin bruges til at fremstille multifunktionelle hørstoffer. Ved at poltre hørtekstiler med nanolignin kan der skabes multifunktionelle tekstiler. Disse multifunktionelle tekstiler tilbyder de ekstra egenskaber ved UV-barriere, antibakterielle og antistatiske egenskaber.