Υπερήχων παραγωγή νανο-δομημένης κυτταρίνης
Η νανοκυτταρίνη, ένα αξιοσημείωτο πρόσθετο υψηλής απόδοσης, έχει κερδίσει εξέχουσα θέση για τις ευέλικτες εφαρμογές της ως τροποποιητής ρεολογίας, ενισχυτικός παράγοντας και βασικό συστατικό σε διάφορα προηγμένα υλικά. Αυτά τα νανοδομημένα ινίδια, που προέρχονται από οποιαδήποτε πηγή που περιέχει κυτταρίνη, μπορούν να απομονωθούν αποτελεσματικά μέσω υψηλής ισχύος υπερηχητικής ομογενοποίησης και άλεσης. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως υπερήχηση, ενισχύει σημαντικά την μαρμαρυγή, με αποτέλεσμα υψηλότερη απόδοση νανοκυτταρίνης και την παραγωγή λεπτότερων, λεπτότερων ινών. Η τεχνολογία υπερήχων ξεπερνά τις συμβατικές μεθόδους κατασκευής, χάρη στην ικανότητά της να παράγει ακραίες σπηλαιωτικές υψηλές δυνάμεις διάτμησης, καθιστώντας το ένα εξαιρετικό εργαλείο για την παραγωγή νανοκυτταρίνης.
Υπερήχων κατασκευή νανοκυτταρίνης
Υπερήχων υψηλής ισχύος συμβάλλει στην εκχύλιση και απομόνωση της μικρο- και νανο-κυτταρίνης από διάφορες πηγές κυτταρινούχων υλικών όπως το ξύλο, λιγνοκυτταρινούχες ίνες (ίνες πολτού), και κυτταρίνη που περιέχουν υπολείμματα.
Για να απελευθερώσετε τις φυτικές ίνες από το αρχικό υλικό, υπερήχων Άλεση και ομογενοποίηση είναι μια ισχυρή και αξιόπιστη μέθοδος, που επιτρέπει την επεξεργασία πολύ μεγάλων όγκων. Ο πολτός τροφοδοτείται σε έναν ενσωματωμένο υπερηχητικό αντιδραστήρα, όπου υπερηχητικές δυνάμεις υψηλής διάτμησης σπάνε την κυτταρική δομή της βιομάζας έτσι ώστε η ινώδης ύλη να είναι διαθέσιμη.
Οι πολτοί νανοκυτταρίνης διασκορπίζονται αξιόπιστα χρησιμοποιώντας υπερήχους. Η εικόνα δείχνει τον υπερηχητικό υψηλής απόδοσης UIP2000hdT σε ρύθμιση παρτίδας.
[Bittencourt et al. 2008]
TEM εικόνα του “Ποτέ αποξηραμένο βαμβάκι” (NDC) υποβάλλονται σε ενζυματική υδρόλυση και υποβάλλονται σε υπερήχους με Hielscher υπερήχων UP400S για 20 λεπτά. [Bittencourt et al. 2008]
Το σχήμα 2 παρακάτω δείχνει μια εικόνα SEM μιας μεμβράνης βισκόζης, που υποβάλλεται στην ενζυματική υδρόλυση, ακολουθούμενη από υπερήχηση με το μοντέλο υπερήχων Hielscher UP400S.
[Bittencourt et al. 2008]
SEM εικόνα ενός φιλμ βισκόζης, που υποβλήθηκε στην ενζυματική υδρόλυση, ακολουθούμενη από υπερήχους με UP400S [Bittencourt et al. 2008]
Η επεξεργασία νανοκυτταρίνης υπερήχων μπορεί επίσης να συνδυαστεί επιτυχώς με τη θεραπεία οξειδωμένων ινών TEMPO. Στη διαδικασία TEMPO, οι νανοΐνες κυτταρίνης παράγονται από ένα σύστημα οξείδωσης χρησιμοποιώντας 2,2,6,6-τετραμεθυλοπιπεριδινυλο-1-οξύλιο (TEMPO) ως καταλύτη και βρωμιούχο νάτριο (NaBr) και υποχλωριώδες νάτριο (NaOCl). Η έρευνα έχει αποδείξει ότι η αποτελεσματικότητα της οξείδωσης βελτιώνεται σημαντικά όταν η οξείδωση διεξάγεται υπό υπερηχητική ακτινοβολία.
Υπερήχων διασπορά νανοκυτταρίνης
Οι διασπορές νανοκυτταρίνης επιδεικνύουν εξαιρετική ρεολογική συμπεριφορά λόγω του υψηλού ιξώδους της σε χαμηλές συγκεντρώσεις νανοκυτταρίνης. Αυτό καθιστά τη νανοκυτταρίνη ένα πολύ ενδιαφέρον πρόσθετο ως ρεολογικό τροποποιητή, σταθεροποιητή και πηκτωτή για διάφορες εφαρμογές, π.χ. στην επίστρωση, το χαρτί ή τη βιομηχανία τροφίμων. Για να εκφράσει τις μοναδικές ιδιότητές της, η νανοκυτταρίνη πρέπει να είναι
Υπερήχων διασπορά είναι η ιδανική μέθοδος για την απόκτηση λεπτού μεγέθους, μονής διασποράς νανοκυτταρίνη. Καθώς η νανοκυτταρίνη αραιώνει σε μεγάλο βαθμό, ο υπέρηχος ισχύος είναι η προτιμώμενη τεχνολογία για τη διατύπωση νανοκυτταρινούχων εναιωρημάτων, καθώς η σύζευξη υπερήχων υψηλής ισχύος σε υγρά δημιουργεί ακραίες δυνάμεις διάτμησης.
Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε περισσότερα σχετικά με υπερήχων σπηλαίωση σε υγρά!
Μετά τη σύνθεση της νανοκρυσταλλικής κυτταρίνης, η νανοκυτταρίνη συχνά διασκορπίζεται υπερηχητικά σε ένα υγρό μέσο, π.χ. έναν μη πολικό ή πολικό διαλύτη όπως το διμεθυλοφορμαμίδιο (DMF), για να διαμορφώσει ένα τελικό προϊόν (π.χ. νανοσύνθετα, ρεολογικός τροποποιητής κ.λπ.) Καθώς τα CNF χρησιμοποιούνται ως πρόσθετα σε πολλαπλά σκευάσματα, μια αξιόπιστη διασπορά είναι ζωτικής σημασίας. Υπερήχους παράγει σταθερά και ομοιόμορφα διασκορπισμένα ινίδια.
Υπερήχων βελτιωμένη αφυδάτωση νανοϊνών κυτταρίνης
Η υπερηχητικά ενισχυμένη αφυδάτωση των νανοϊνών κυτταρίνης είναι μια τεχνική αιχμής που βελτιώνει σημαντικά την αποτελεσματικότητα της απομάκρυνσης νερού – καθιστώντας τις νανοΐνες κυτταρίνης ένα εξαιρετικά ελκυστικό πρόσθετο για την παραγωγή νανοχαρτιού. Οι ίνες νανοκυτταρίνης, συνήθως απαιτούν χρονοβόρα αφυδάτωση λόγω της υψηλής ικανότητας κατακράτησης νερού. Με την εφαρμογή υπερηχητικών κυμάτων, αυτή η διαδικασία επιταχύνεται μέσω της δημιουργίας έντονων δυνάμεων σπηλαίωσης, οι οποίες διαταράσσουν τη μήτρα του νερού και διευκολύνουν την ταχύτερη, πιο ομοιόμορφη αποβολή νερού. Αυτό όχι μόνο μειώνει τον χρόνο στεγνώματος, αλλά ενισχύει επίσης τη δομική ακεραιότητα και τις μηχανικές ιδιότητες των νανοϊνών κυτταρίνης που προκύπτουν, καθιστώντας την μια εξαιρετικά αποτελεσματική μέθοδο στην παραγωγή νανοχαρτιών και άλλων νανοϋλικών υψηλής ποιότητας.
Μάθετε περισσότερα σχετικά με την υπερηχητική αφυδάτωση του νανοχαρτιού!
Βιομηχανική παραγωγή νανοκυτταρίνης με χρήση υπερήχων ισχύος
Hielscher Υπέρηχοι προσφέρει μια ολοκληρωμένη σειρά ισχυρών και αξιόπιστων λύσεων υπερήχων, από μικρούς υπερήχους εργαστηριακής κλίμακας σε μεγάλης κλίμακας βιομηχανικά συστήματα, ιδανικό για την εμπορική επεξεργασία της νανοκυτταρίνης. Το βασικό πλεονέκτημα των υπερήχων τύπου βιομηχανικού καθετήρα Hielscher έγκειται στην ικανότητά τους να παρέχουν βέλτιστες συνθήκες υπερήχων μέσω των sonoreactors ροής τους, οι οποίοι έρχονται σε διάφορα μεγέθη και γεωμετρίες. Αυτοί οι αντιδραστήρες εξασφαλίζουν ότι η ενέργεια υπερήχων εφαρμόζεται με συνέπεια και ομοιόμορφα στο υλικό κυτταρίνης, οδηγώντας σε ανώτερα αποτελέσματα επεξεργασίας.
Hielscher πάγκο-top υπερήχων, όπως το UIP1000hdT, UIP2000hdT, και UIP4000hdT, είναι σε θέση να παράγουν αρκετά κιλά νανοκυτταρίνης καθημερινά, καθιστώντας τους κατάλληλους για ανάγκες παραγωγής μεσαίας κλίμακας. Για εμπορική παραγωγή μεγάλης κλίμακας, οι πλήρεις βιομηχανικές μονάδες όπως το UIP10000 και το UIP16000hdT μπορούν να χειριστούν εκτεταμένες ροές μάζας, επιτρέποντας την αποτελεσματική παραγωγή μεγάλων όγκων νανοκυτταρίνης.
Ένα από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα των συστημάτων υπερήχων Hielscher είναι η γραμμική επεκτασιμότητά τους. Τόσο πάγκος-top και βιομηχανική υπερήχων μπορούν να εγκατασταθούν σε συστάδες, παρέχοντας σχεδόν απεριόριστη ικανότητα επεξεργασίας, καθιστώντας τους μια ιδανική επιλογή για λειτουργίες που απαιτούν υψηλή απόδοση και αξιόπιστη απόδοση στην παραγωγή νανοκυτταρίνης.
Υπερήχων Επεξεργασία: Hielscher σας καθοδηγεί από τη σκοπιμότητα και τη βελτιστοποίηση στην εμπορική παραγωγή!
- υψηλός βαθμός μαρμαρυγής
- υψηλή απόδοση νανοκυτταρίνης
- λεπτές ίνες
- απομπερδεμένες ίνες
Επεξεργασία υπερήχων
Εργαστήριο υπερήχων Hielscher του UP400S (400W, 24 kHz)
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη της κατά προσέγγιση ικανότητας επεξεργασίας των υπερήχων μας:
| Όγκος παρτίδας | Ροή | Προτεινόμενες συσκευές |
|---|---|---|
| 0.5 έως 1.5mL | μ.δ. | VialTweeter |
| 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 |
| 15 έως 150L | 3 έως 15L / λεπτό | UIP6000hdT |
| μ.δ. | 10 έως 100L / λεπτό | UIP16000 |
| μ.δ. | μεγαλύτερου | σύμπλεγμα UIP16000 |
Τι είναι η νανοκυτταρίνη;
Η νανοκυτταρίνη περιλαμβάνει διαφορετικούς τύπους νανοϊνών κυτταρίνης (CNF), οι οποίες μπορούν να διακριθούν σε μικροϊνιδωτή κυτταρίνη (MFC), νανοκρυσταλλική κυτταρίνη (NCC) και βακτηριακή νανοκυτταρίνη. Το τελευταίο αναφέρεται στη νανοδομημένη κυτταρίνη που παράγεται από βακτήρια.
Η νανοκυτταρίνη παρουσιάζει εξαιρετικές ιδιότητες όπως εξαιρετική αντοχή και ακαμψία, υψηλή κρυσταλλικότητα, θιξοτροπία, καθώς και υψηλή συγκέντρωση υδροξυλομάδας στην επιφάνειά της. Πολλά από τα χαρακτηριστικά υψηλής απόδοσης της νανοκυτταρίνης προκαλούνται από την υψηλή αναλογία επιφάνειας/μάζας.
Οι νανοκυτταρίνες χρησιμοποιούνται ευρέως στην ιατρική και τα φαρμακευτικά προϊόντα, τα ηλεκτρονικά, τις μεμβράνες, τα πορώδη υλικά, το χαρτί και τα τρόφιμα λόγω της διαθεσιμότητας, της βιοσυμβατότητας, της βιολογικής αποικοδομησιμότητας και της βιωσιμότητάς τους. Λόγω των υψηλών χαρακτηριστικών απόδοσής της, η νανοκυτταρίνη είναι ένα ενδιαφέρον υλικό για την ενίσχυση των πλαστικών, τη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων π.χ. θερμοσκληρυνόμενες ρητίνες, μήτρες με βάση το άμυλο, πρωτεΐνη σόγιας, καουτσούκ λατέξ ή πολυ(λακτίδιο). Για σύνθετες εφαρμογές, η νανοκυτταρίνη χρησιμοποιείται για επικαλύψεις και μεμβράνες, χρώματα, αφρούς, συσκευασίες. Επιπλέον, η νανοκυτταρίνη είναι ένα πολλά υποσχόμενο συστατικό για την παραγωγή αεροπηκτωμάτων και αφρών, είτε σε ομοιογενείς συνθέσεις είτε σε σύνθετα υλικά.
Αποκλίσεις:
Νανοκρυσταλλική κυτταρίνη (NCC)
Νανοΐνες κυτταρίνης (CNF)
Μικροϊνιδιακή κυτταρίνη (MFC)
Μουστάκια νανοκυτταρίνης (NCW)
Νανοκρύσταλλοι κυτταρίνης (CNC)
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- E. Abraham, B. Deep, L.A. Pothan, M. Jacob, S. Thomas, U. Cvelbar, R. Anandjiwala (2011): Extraction of nanocellulose fibrils from lignocellulosic fibres: A novel approach. Carbohydrate Polymers 86, 2011. 1468–1475.
- E. Bittencourt, M. de Camargo (2011): Preliminary Studies on the Production of Nanofibrils of Cellulose from Never Dried Cotton, using Eco-friendly Enzymatic Hydrolysis and High-energy Sonication. 3rd Int’l. Workshop: Advances in Cleaner Production. Sao Paulo, Brazil, May 18th – 20th 2011.
- L. S. Blachechen, J. P. de Mesquita, E. L. de Paula, F. V. Pereira, D. F. S. Petri (2013): Interplay of colloidal stability of cellulose nanocrystals and their dispersibility in cellulose acetate butyrate matrix. Cellulose 2013.
- A. Dufresne (2012): Nanocellulose: From Nature to High Performance Tailored Materials. Walter de Gruyter, 2012.
- M. A. Hubbe; O. J. Rojas; L. A. Lucia, M. Sain (2008): Cellulosic Nanocomposites: A Review. BioResources 3/3, 2008. 929-980.
- S. P. Mishra, A.-S. Manent, B. Chabot, C. Daneault (2012): Production of Nanocellulose from Native Cellulose – Various Options using Ultrasound. BioResources 7/1, 2012. 422-436.
- Matjaž Kunaver, Alojz Anžlovar, Ema Žagar (2016): The fast and effective isolation of nanocellulose from selected cellulosic feedstocks. Carbohydrate Polymers, Volume 148, 2016. 251-258.
- http://en.wikipedia.org/wiki/Nanocellulose