Ultraheli kanepikiudude töötlemine
- Kiuliste materjalide, näiteks kanepi- ja linakiudude ultraheli rettimine võimaldab kiiret ja tõhusat kiudude modifitseerimist.
- Ultraheli töödeldud bast kiud on fibrilleeritud ja näitavad oluliselt kõrgemat spetsiifilist pinda, suurenenud tõmbetugevust ja paindlikkust.
- Ultraheli kiudude töötlemine on kiire ja hõlpsasti kasutatav töötlemistehnoloogia tööstuslikuks tootmiseks.
Ultraheli retting
Ultraheli retting on kiire, tõhus ja roheline alternatiiv traditsioonilisele märg- või kaste-rettingile. Akustiline kavitatsioon, mis on tekitatud kõrge intensiivsusega, madala sagedusega ultraheliga, lagundab biomaterjalide, näiteks mittepuidu, taimsete kiudude, mis sisaldavad niinekiude, nagu lina, kanep, nõges, nisuõled, riisiõled, džuut, samuti lehtedest saadud kiud (nt sisal, manilla kanep, abacá) ja puuviljast saadud kiud nagu kookospähkli koortest saadud kookoskiud.
Ultraheli disentangling muudab mikrokiud (umbes 3-5 μm) nanokiududeks (≥100nm). Lisaks põhjustas ultraheli töötlemine puhta ksüloglükaani ja ksülaani lagunemist lahuses, näidates ultraheli võimet lagundada hemitselluloosi.
Kuigi ultraheli rettimist kasutatakse peamiselt vesilahuses, on see võimalik – sõltuvalt toorainest ja soovitud tulemusest – Ultraheli protsessi kombineerimiseks leelisraviga. NaOH, H lahused2O2 ja H2NII4 saab kasutada leelistamiseks, et saada lühikese töötlemisaja jooksul tselluloosi nanokiude. Ultraheliravi abil on lihtne saavutada tselluloosi mikrokiudude fibrillatsioon. Ultraheli toodetud kiud näitavad spetsiifilist morfoloogiat, milles nanokiud (≥ 100nm) jaotuvad kogu mikrokiudude pinnale (3-5 μm).
Skaneeriv elektrooniline mikroskoopia analüüs lina-, kanepi- ja kookoskiududel ultraheli töötlemisega või ilma.
UIP4000hdT (4kW) tööstuslik ultraheli protsessor kiudude töötlemiseks
Ultraheli kanepikiudude töötlemine
Kanepiseemnete ja füto-kannabinoidide kasvava turuga kaasneb kanepikõrte tootmise suurenemine. Kõrvalsaadusena kasutatakse kanepikõrsi ja selle kiude peamiselt paberi või geotekstiili tootmiseks, komposiitmaterjalide ja ehitusmaterjalide tugevdamiseks.
Kuivatatud ja lõigatud bast õled võib kasutada ultraheli töötlemise toorainena, kuid suurepärase ultraheli protsessi väljundi puhul on soovitatav kasutada (osaliselt) kaunistatud luusid. Bast-materjal niisutatakse vees (vesilahus) nii, et saadakse pumbatav läga, mis võib läbida ultraheli läbivoolu raku. Ultrahelitöötluse protsess võtab aega vaid lühikest aega (umbes 30-60 sek.). Teaduslikud uuringud on näidanud, et ultraheliuuring parandab hemitselluloosi ja ligniini ekstraheerimist lignotselluloossetest materjalidest. Lisaks lagundab ultrahelitöötlus tselluloosi ja pektiini. Kanepi ja lina ultraheli töötlemine parandab ka kiudude paindlikkust ja tõmbetugevust, mis on väärtuslikud omadused tekstiili- ja komposiittoodete tootmiseks.
- ligniinisisalduse vähendamine
- mikro- ja nanofibrilleeritud kiud
- suurenenud kiudude paindlikkus
- suurem tõmbetugevus
- kiire protsess
- lihtne kasutada
Kanepikiudude ultraheli-leelisravi (Ferreira et al. 2019)
Ultraheli modifitseeritud kanepikiud
Ultraheli fibrilleeritud bast kiud (nt kanep, lina) sobib eriti polümeersete vaigude, termoplastsete ja termoreaktiivsete komposiitide tugevdamiseks.
Kanepi bast kiud on väärtuslik allikas, millest saab tselluloosi nanokristalle (CNC) ekstraheerida. Tselluloosi nanokristalle iseloomustab nende suur pindala ning erakordne jäikus ja tõmbetugevus. CNC-d’ tõmbetugevus ületab klaasi või alumiiniumi tugevuse. Tselluloosi nanokristallid on üsna odavad ja on seega konkurentsivõimelised nanolisandid nii hinna, kättesaadavuse, toksilisuse kui ka jätkusuutlikkuse osas.
Sonikatsioon on kergesti kasutatav, kiire ja roheline tehnika, mis võimaldab toota kvaliteetseid tselluloosi nanokristalle.
2014. aasta Sosiati jt näitavad ultrahelitöötluse kasulikku mõju kiudude töötlemisele.
Suure jõudlusega ultrasonikaatorid kiudude töötlemiseks
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli seadmeid raskeveokite rakenduste jaoks. Meie ultraheli süsteeme saab kasutada partii või pideva tekstisisese töötlemise jaoks. Kõik Hielscheri tööstuslikud ultraheli protsessorid võivad pakkuda väga kõrgeid amplituudi. Amplituudid kuni 200 μm saab hõlpsasti pidevalt käivitada 24/7 operatsioonis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Kuid ainuüksi väga kõrgete amplituudide võime ei ole piisav, et käivitada edukas ultraheli kiudprotsess, näiteks retting või fibrillatsioon. Sõltuvalt toorainest ja soovitud tulemusest on protsessi parameetrid – nimelt amplituud, rõhk, temperatuur ja aeg – peab olema täpselt juhitav ja reguleeritav.
Hielscher’s digital ultrasonic processors record automatically all process data on an integrated SD-card, so that process results are reproducible. Amplitude and processing intensity can be precisely adjusted and controlled from very mild to highly intense sonication conditions. This gives you the opportunity to process various materials to optimum output.
The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.
Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:
| Partii maht | Voolukiirus | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500 ml | 10 kuni 200 ml? min | UP100H |
| 10 kuni 2000 ml | 20 kuni 400 ml? min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 kuni 20L | 0.2 kuni 4L? min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| mujal liigitamata | 10 kuni 100 L? min | UIP16000 |
| mujal liigitamata | Suurem | klaster UIP16000 |
Võta meiega ühendust! / Küsi meilt!
Suure võimsusega ultraheli protsessorid laborist piloot- ja tööstuslikus mastaabis.
Kirjandus? viited
- Diana P.Ferreira, Juliana Cruz, Raul Fangueiro (2019): 1. peatükk – Looduslike kiudude pinna modifitseerimine polümeerkomposiitides. Rohelised komposiidid autotööstuse jaoks. Woodheadi kirjastussari ajakirjas Composites Science and Engineering 2019, lk 3–41.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014): ultraheli mõju iseloomustus kookos-, lina- ja kanepikiududele. Materjalid Kirjad 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014): Keemilise töötlemise mõju
loodusliku tselluloosi omadused. AIP-i konverentsi toimetised 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska , R. Kozłowski, J. Batog (2008): Nanoligniini modifitseeritud linane kangas kui multifunktsionaalne toode. Molekulaarsed kristallid ja vedelkristallid, kd 484, 1. väljaanne, 2008.
Faktid, mida tasub teada
kanepi kiud
Kanep on mitmeotstarbeline põllukultuur, mida kasutatakse kanepiseemnete ja seejärel seemneõli, terpenoidide ja kannabinoidide (st CBD, CBG jne) ning kanepikõrte jaoks, mida saab töödelda väärtuslikuks kiudmaterjaliks. Kanepikiudude kvaliteedi osas eristatakse nn puksiirkiude, mis ei ole joondatud, lühikesed kiudkimbud ja nn liinikiud, mis on pikad (pikisuunas joondatud) kiud.
Lühikese kiu bundeleid nimetatakse ka tehniliseks kiuks ja neid kasutatakse peamiselt autotööstuses, paberi tootmiseks ja biopõhiste komposiitide jaoks. Pikki kanepikiude kasutatakse tekstiili- ja väärtuslike rakenduste jaoks, nagu suure jõudlusega komposiidid ja biokomposiidid.
Kanepikiudude tootmine:
Kiudkanep (kanep, mida kasvatatakse kiudude tootmiseks)koristatakse ideaalselt enne õitsemist. See varajane kärpimine toob kaasa kõrgema kiu kvaliteedi, sest kvaliteet langeb, kui õitsemine on lubatud. Üldiselt koristatakse kiudkanep 70-90 päeva pärast külvamist. Kanepi koristamiseks lõigatakse taimed 2-3 cm kõrgusele pinnasest ja kuivatatakse seejärel paar päeva. Pärast saagikoristust kanep taastatakse. Retting on protsess, mis kasutab niiskust ja mikroobe, et lagundada taimseid pektiine, mis keemiliselt seovad kanepi varre kokku. Traditsiooniliselt on kanepivarred enne kiudude nühkimist veega või kastetud. Rettimisprotsess hõlbustab basti järgnevat eraldamist nn kanepi hurdist või shivist (mis on kanepivarte puitunud südamik). Pärast taaskasutamist kuivatatakse kanepivarred (niiskusesisalduseni alla 15% ja kooritakse.
Kanepikiudude saamiseks, mida saab kasutada tootmiseks ja lisanditena, tuleb kiud eraldada protsessis, mida nimetatakse “Koorimine”. Küürimisprotsessi käigus töödeldakse kanepikõrsi mehaaniliselt kanepitaime nokkimiseks, näiteks haamriveski abil. Selles mehaanilises protsessis pekstakse kanep vastu ekraani, kuni hurd, väiksemad bast-kiud ja tolm langevad läbi ekraani. Kaasaegsed kiired kinemaatilised dekortitseerimismasinad on võimelised kanepit eraldama kolmeks vooluks; bast kiud, hurd ja roheline mikrokiud.
Tselluloosisisaldus kanepis on ca 70-77%. Kanepikiud on suurepärane asendaja puidust tsellulooskiududele
Kanepikiudude eelised
- Kulutõhus
- kõrge tõmbetugevus ja jäikus
- sobib ideaalselt nõelaga augustatud lausriidetoodetele
- klaaskiu tõhus asendamine
- vähendab vormimisaega
- Valmis osa kaalu vähendamine
- lihtne töödelda ja ringlusse võtta
- saab kohandada vastavalt erinevatele spetsifikatsioonidele ja erinevatele tootmissüsteemidele
- järjepidev kvaliteet ja tarnete kättesaadavus on võimalik
Kiulised biomaterjalid
Kui põhukiud ekstraheeritakse linasest vartest, nimetatakse varre mittekiudseid osi, välja arvatud seeme, tavaliselt luudeks või korjuseks. Näiteks õliseemnelinas on luusid ca 70 – 85% kogu õlgede kaalust, mis teeb linaste õlgede töötlemise peamiseks kõrvalsaaduseks.
Ultraheli toodetud, nano-struktureeritud ligniini kasutatakse multifunktsionaalsete linaste kangaste valmistamiseks. Linase tekstiili nano-ligniiniga polsterdades saab luua multifunktsionaalseid tekstiile. Need multifunktsionaalsed tekstiilid pakuvad UV-barjääri, antibakteriaalsete ja antistaatiliste omaduste täiendavaid omadusi.