Υπερήχων επεξεργασία ινών κάνναβης
- Υπερήχων retting των ινωδών υλικών όπως κάνναβη και ίνες λίνου επιτρέπει μια γρήγορη και αποτελεσματική τροποποίηση ινών.
- Οι υπερηχητικά επεξεργασμένες ίνες φλοιού είναι ινώδεις και παρουσιάζουν σημαντικά υψηλότερη ειδική επιφάνεια, αυξημένη αντοχή σε εφελκυσμό και ευελιξία.
- Η επεξεργασία ινών υπερήχων είναι μια γρήγορη και εύχρηστη τεχνολογία επεξεργασίας για βιομηχανική παραγωγή.
Υπερήχων retting
Υπερήχων retting είναι μια γρήγορη, αποτελεσματική και πράσινη εναλλακτική λύση στην παραδοσιακή υγρή- ή δροσιά-retting. Η ακουστική σπηλαίωση, που παράγεται από υπερήχους υψηλής έντασης, χαμηλής συχνότητας, διασπά τις κυτταρικές δομές βιοϋλικών όπως το μη ξύλο, φυτικές ίνες που περιλαμβάνουν ίνες φλοιού όπως λινάρι, κάνναβη, τσουκνίδα, άχυρο σίτου, άχυρο ρυζιού, γιούτα, καθώς και ίνες που προέρχονται από φύλλα (π.χ. σιζάλ, κάνναβη μανίλας, άβακα) και ίνες που προέρχονται από φρούτα όπως κοκοφοίνικα από κελύφη καρύδας.
Η υπερηχητική αποσύνδεση μετατρέπει τις μικροΐνες (περίπου 3-5μm) σε νανοΐνες (≥100nm). Επιπλέον, η επεξεργασία με υπερήχους προκάλεσε αποικοδόμηση καθαρής ξυλογλυκάνης και ξυλάνης σε διάλυμα, αποδεικνύοντας την ικανότητα υπερήχων να αποικοδομεί την ημικυτταρίνη.
Αν και υπερήχων retting χρησιμοποιείται κυρίως σε ένα υδατικό διάλυμα, είναι δυνατόν – ανάλογα με την πρώτη ύλη και το επιδιωκόμενο αποτέλεσμα – Για να συνδυάσετε τη διαδικασία υπερήχων με μια αλκαλική θεραπεία. Διαλύματα NaOH, H2O2 και H2ΈΤΣΙ4 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αλκαλοποίηση για την απόκτηση νανοϊνών κυτταρίνης σε σύντομο χρόνο επεξεργασίας. Με υπερηχητική θεραπεία, μπορεί εύκολα να επιτευχθεί μαρμαρυγή μικροϊνών κυτταρίνης. Οι υπερηχητικά παραγόμενες ίνες παρουσιάζουν μια συγκεκριμένη μορφολογία στην οποία οι νανοΐνες (≥ 100nm) κατανέμονται σε ολόκληρη την επιφάνεια των μικροϊνών (3-5μm).
Σάρωση ηλεκτρονικής ανάλυσης μικροσκοπίας σε ίνες λίνου, κάνναβης και κοκοφοίνικα με ή χωρίς υπερηχητική επεξεργασία.
πηγή: Renouard et al. 2014
UIP4000hdT (4kW) βιομηχανικός υπερηχητικός επεξεργαστής για την επεξεργασία ινών
Υπερήχων επεξεργασία ινών κάνναβης
Με την αυξανόμενη αγορά σπόρων κάνναβης και φυτοκανναβινοειδών έρχεται μια αυξανόμενη παραγωγή άχυρου κάνναβης. Ως υποπροϊόν, το άχυρο κάνναβης και οι ίνες του χρησιμοποιούνται κυρίως για την παραγωγή χαρτιού ή γεωυφασμάτων, την ενίσχυση σε σύνθετα υλικά καθώς και οικοδομικό υλικό.
Αποξηραμένο και κομμένο άχυρο φλοιού μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρώτη ύλη για θεραπεία με υπερήχους, ωστόσο για ανώτερη υπερηχητική παραγωγή διαδικασίας συνιστάται η χρήση (μερικώς) αποκελυφωμένων συσσωματωμάτων. Το υλικό του στελέχους διαβρέχεται σε νερό (υδατικό διάλυμα) έτσι ώστε να ληφθεί ένας αντλήσιμος πολτός, ο οποίος μπορεί να περάσει το υπερηχητικό κύτταρο ροής. Η διαδικασία υπερήχων διαρκεί μόνο ένα σύντομο χρονικό διάστημα (περίπου 30-60 sec.). Η επιστημονική έρευνα έχει δείξει ότι η υπερήχους βελτιώνει την εκχύλιση της ημικυτταρίνης και της λιγνίνης από λιγνοκυτταρινούχα υλικά. Επιπλέον, κατεργασία με υπερήχους υποβαθμίζει την κυτταρίνη και την πηκτίνη. Η υπερηχητική επεξεργασία κάνναβης και λίνου βελτιώνει επίσης την ευελιξία και την αντοχή εφελκυσμού των ινών, τα οποία είναι πολύτιμα χαρακτηριστικά για την κλωστοϋφαντουργία και τη σύνθετη κατασκευή.
- μείωση της περιεκτικότητας σε λιγνίνη
- μικρο- και νανο-ινιδωτές ίνες
- αυξημένη ευελιξία ινών
- υψηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό
- ταχεία διαδικασία
- εύκολο στη χρήση
Υπερήχων-αλκάλια θεραπεία ινών κάνναβης (Ferreira et al. 2019)
Υπερηχητικά τροποποιημένες ίνες κάνναβης
Υπερήχων ινώδη ίνα φλοιού (π.χ., κάνναβη, λινάρι) είναι ιδιαίτερα κατάλληλη ως ενίσχυση για πολυμερείς ρητίνες, θερμοπλαστικό, και θερμοσκληρυνόμενα σύνθετα υλικά.
Οι ίνες φλοιού κάνναβης είναι μια πολύτιμη πηγή από την οποία μπορούν να εξαχθούν νανοκρύσταλλοι κυτταρίνης (CNC). Οι νανοκρύσταλλοι κυτταρίνης χαρακτηρίζονται από την υψηλή επιφάνειά τους και την εξαιρετική ακαμψία και αντοχή τους σε εφελκυσμό. CNC’ Η αντοχή σε εφελκυσμό υπερέχει της αντοχής του γυαλιού ή του αλουμινίου. Οι νανοκρύσταλλοι κυτταρίνης είναι αρκετά φθηνοί και ως εκ τούτου είναι ένα ανταγωνιστικό νανο-πρόσθετο, όσον αφορά την τιμή, τη διαθεσιμότητα, την τοξικότητα καθώς και τη βιωσιμότητα.
Κατεργασία με υπερήχους είναι μια εύχρηστη, γρήγορη και πράσινη τεχνική, η οποία επιτρέπει την παραγωγή υψηλής ποιότητας νανοκρυστάλλων κυτταρίνης.
Sosiati et al. 2014 δείχνουν τα ευεργετικά αποτελέσματα της υπερήχησης στην επεξεργασία ινών.
Υπερήχων υψηλής απόδοσης για την επεξεργασία ινών
Hielscher Υπέρηχοι κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων εξοπλισμό για βαρέως τύπου εφαρμογές. Τα συστήματα υπερήχων μας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για παρτίδα ή συνεχή ενσωματωμένη επεξεργασία. Όλοι οι βιομηχανικοί επεξεργαστές υπερήχων Hielscher μπορούν να προσφέρουν πολύ υψηλά πλάτη. Πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να λειτουργούν συνεχώς σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes. Ωστόσο, η ικανότητα πολύ υψηλού πλάτους από μόνη της δεν αρκεί για να τρέξει μια επιτυχημένη διαδικασία υπερηχητικών ινών, όπως retting ή μαρμαρυγή. Ανάλογα με την πρώτη ύλη και το επιδιωκόμενο αποτέλεσμα, οι παράμετροι της διαδικασίας – δηλαδή, πλάτος, πίεση, θερμοκρασία και χρόνος – πρέπει να είναι ακριβώς ελεγχόμενη και ρυθμιζόμενη.
Οι ψηφιακοί επεξεργαστές υπερήχων της Hielscher καταγράφουν αυτόματα όλα τα δεδομένα επεξεργασίας σε μια ενσωματωμένη κάρτα SD, έτσι ώστε τα αποτελέσματα της διαδικασίας να είναι αναπαραγώγιμα. Το πλάτος και η ένταση επεξεργασίας μπορούν να ρυθμιστούν με ακρίβεια και να ελεγχθούν από πολύ ήπιες έως πολύ έντονες συνθήκες υπερήχων. Αυτό σας δίνει την ευκαιρία να επεξεργαστείτε διάφορα υλικά για βέλτιστη απόδοση.
Η ευρωστία του υπερηχητικού εξοπλισμού Hielscher επιτρέπει 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία σε βαρέα καθήκοντα και σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Ροή | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 1 έως 500mL | 10 έως 200mL/min | UP100Η |
| 10 έως 2000mL | 20 έως 400mL / λεπτό | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 έως 20L | 0.2 έως 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 έως 100L | 2 έως 10L / λεπτό | UIP4000hdT |
| μ.δ. | 10 έως 100L / λεπτό | UIP16000 |
| μ.δ. | μεγαλύτερου | σύμπλεγμα UIP16000 |
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Επεξεργαστές υπερήχων υψηλής ισχύος από εργαστήριο σε πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα.
Βιβλιογραφία/Αναφορές
- Diana P.Ferreira, Juliana Cruz, Raul Fangueiro (2019): Κεφάλαιο 1 – Επιφανειακή τροποποίηση φυσικών ινών σε σύνθετα πολυμερή. Πράσινα σύνθετα υλικά για εφαρμογές αυτοκινήτων. Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering 2019, σελίδες 3-41.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014): Χαρακτηρισμός υπερηχητικών επιπτώσεων σε ίνες κοκοφοίνικα, λίνου και κάνναβης. Υλικά Γράμματα 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014): Επίδραση των χημικών επεξεργασιών στο
χαρακτηριστικά της φυσικής κυτταρίνης. Πρακτικά Συνεδρίου AIP 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska , R. Kozłowski, J. Batog (2008): Νανολιγνίνη τροποποιημένο λινό ύφασμα ως πολυλειτουργικό προϊόν. Μοριακοί κρύσταλλοι και υγροί κρύσταλλοι τόμος 484, τεύχος 1, 2008.
Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε
ίνες κάνναβης
Η κάνναβη είναι μια καλλιέργεια πολλαπλών χρήσεων που χρησιμοποιείται για τους σπόρους κάνναβης και στη συνέχεια για το σπορέλαιο, τα τερπενοειδή και τα κανναβινοειδή (δηλαδή CBD, CBG κ.λπ.) και το άχυρο κάνναβης, το οποίο μπορεί να μεταποιηθεί σε πολύτιμο υλικό ινών. Όσον αφορά την ποιότητα των ινών κάνναβης, γίνεται διάκριση μεταξύ των λεγόμενων ινών ρυμούλκησης, οι οποίες δεν είναι ευθυγραμμισμένες, κοντές δέσμες ινών και των λεγόμενων ινών γραμμής, οι οποίες είναι μακριές (διαμήκεις ευθυγραμμισμένες) ίνες.
Τα κοντές ίνες bundels ονομάζονται επίσης τεχνικές ίνες και χρησιμοποιούνται κυρίως στην αυτοκινητοβιομηχανία, για την παραγωγή χαρτιού και για σύνθετα υλικά βιολογικής βάσης. Οι μακριές ίνες κάνναβης χρησιμοποιούνται για κλωστοϋφαντουργικές και υψηλής αξίας εφαρμογές, όπως σύνθετα υλικά υψηλής απόδοσης και βιοσύνθετα υλικά.
Παραγωγή ινών κάνναβης:
Η κάνναβη ινών (κάνναβη που καλλιεργείται για την παραγωγή ινών) συλλέγεται ιδανικά πριν από την ανθοφορία. Αυτή η πρώιμη καλλιέργεια έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερη ποιότητα ινών, επειδή η ποιότητα μειώνεται εάν επιτραπεί η ανθοφορία. Γενικά, η κάνναβη ινών συλλέγεται 70-90 ημέρες μετά τη σπορά. Για τη συγκομιδή της κάνναβης, τα φυτά κόβονται 2-3 εκατοστά πάνω από το έδαφος και στη συνέχεια ξηραίνονται για λίγες ημέρες. Μετά τη συγκομιδή, η κάνναβη επαναλαμβάνεται. Η διαβροχή είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιεί υγρασία και μικρόβια για να διασπάσει τις φυτικές πηκτίνες, οι οποίες συνδέουν χημικά το στέλεχος κάνναβης μαζί. Παραδοσιακά, οι μίσχοι κάνναβης θα ήταν νερό-retted ή δροσιά-retted πριν από τις ίνες είναι scutched. Η διαδικασία διαβροχής διευκολύνει τον επακόλουθο διαχωρισμό του στελέχους από το λεγόμενο hurd κάνναβης ή shiv (που είναι ο ξυλώδης πυρήνας των στελεχών κάνναβης). Μετά την επανόρθωση, οι μίσχοι κάνναβης ξηραίνονται (σε περιεκτικότητα υγρασίας μικρότερη από 15% και σώζονται.
Για να ληφθούν ίνες κάνναβης, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή και ως πρόσθετα, οι ίνες πρέπει να διαχωριστούν σε μια διαδικασία γνωστή ως “σκασίματα”. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αποφλοίωσης, το άχυρο κάνναβης υποβάλλεται σε μηχανική επεξεργασία για να καταρρεύσει το φυτό κάνναβης, π.χ. χρησιμοποιώντας ένα σφυρόμυλο. Σε αυτή τη μηχανική διαδικασία, η κάνναβη χτυπιέται σε μια οθόνη μέχρι να πέσουν μέσα από την οθόνη μικρότερες ίνες φλοιού και σκόνη. Οι σύγχρονες μηχανές κινηματικής αποφλοίωσης υψηλής ταχύτητας είναι ικανές να χωρίζουν την κάνναβη σε τρία ρεύματα. Ίνα Bast, Hurd και πράσινες μικροΐνες.
Η περιεκτικότητα σε κυτταρίνη στην κάνναβη είναι περίπου 70-77%. Οι ίνες κάνναβης είναι ένα εξαιρετικό υποκατάστατο των ινών κυτταρίνης ξύλου
Πλεονεκτήματα των ινών κάνναβης
- Οικονομικά αποδοτική
- υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό και ακαμψία
- Ιδανικό για μη υφασμένα προϊόντα με βελόνα
- αποτελεσματική αντικατάσταση των ινών γυαλιού
- μειώνει το χρόνο χύτευσης
- Μείωση βάρους στο τελικό μέρος
- Εύκολη επεξεργασία και ανακύκλωση
- μπορεί να προσαρμοστεί ώστε να πληροί μια ποικιλία προδιαγραφών και διαφορετικών συστημάτων παραγωγής
- Είναι δυνατή η σταθερή ποιότητα και διαθεσιμότητα εφοδιασμού
Ινώδη βιοϋλικά
Όταν οι ίνες άχυρου εξάγονται από άχυρο λίνου, τα μη ινώδη μέρη του στελέχους, μη συμπεριλαμβανομένων των σπόρων, αναφέρονται συνήθως ως συσσωματώματα ινών ή ουρές. Για παράδειγμα, στον λινάρι ελαιούχων σπόρων, τα συσσωματώματα αποτελούνται από περίπου 70 – 85% του συνολικού βάρους άχυρου, γεγονός που καθιστά τα συσσωματώματα το κύριο υποπροϊόν της επεξεργασίας άχυρου λίνου.
Υπερήχων παράγεται, νανο-δομημένη λιγνίνη χρησιμοποιείται για την κατασκευή πολυλειτουργικών λινό υφάσματα. Με την επένδυση λινών υφασμάτων με νανο-λιγνίνη, μπορούν να δημιουργηθούν πολυλειτουργικά υφάσματα. Αυτά τα πολυλειτουργικά υφάσματα προσφέρουν τις πρόσθετες ιδιότητες του φράγματος UV, αντιβακτηριακές και αντιστατικές ιδιότητες.