Nano-struktureeritud tselluloosi ultraheli tootmine

Nanotselluloos, märkimisväärne suure jõudlusega lisand, on saavutanud tähelepanu oma mitmekülgsete rakenduste poolest reoloogia modifikaatorina, tugevdava ainena ja erinevate täiustatud materjalide põhikomponendina. Neid nanostruktuurseid fibrille, mis on saadud mis tahes tselluloosi sisaldavast allikast, saab tõhusalt eraldada suure võimsusega ultraheli homogeniseerimise ja jahvatamise kaudu. See protsess, mida tuntakse ultrahelitöötlusena, suurendab oluliselt fibrillatsiooni, mille tulemuseks on suurem nanotselluloosi saagis ja peenemad, õhemad kiud. Ultraheli tehnoloogia ületab tavapäraseid tootmismeetodeidtänu oma võimele tekitada äärmuslikke kavitatsioonilisi kõrgeid nihkejõude, muutes selle erakordseks vahendiks nanotselluloosi tootmiseks.

Nanotselluloosi ultraheli tootmine

Suure võimsusega ultraheli aitab kaasa mikro- ja nanotselluloosi ekstraheerimisele ja eraldamisele erinevatest tselluloosmaterjalide allikatest, nagu puit, lignotsellulooskiud (tsellulooskiud) ja tselluloosi sisaldavad jäägid.
Taimsete kiudude vabastamiseks lähtematerjalist, ultraheli Jahvatamine ja homogeniseerimine on võimas ja usaldusväärne meetod, mis võimaldab töödelda väga suuri koguseid. Tselluloos juhitakse inline sonoreactorisse, kus ultraheli kõrge nihkejõud purustavad biomassi rakustruktuuri nii, et fibrillous aine muutub kättesaadavaks.

Alloleval joonisel 1 on kujutatud TEM-kujutis “Mitte kunagi kuivatatud puuvill” (NDC) läbinud ensümaatilise hüdrolüüsi ja ultraheliga töödeldud Hielscheri sondi tüüpi sonikaator UP400S 20 minutit.
[Bittencourt et al. 2008]

Alloleval joonisel 2 on kujutatud SEM-kujutis viskooskilest, mis on esitatud ensümaatilisele hüdrolüüsile, millele järgneb ultrahelitöötlus Hielscheri sonikaatori mudel UP400S.
[Bittencourt et al. 2008]

Ultraheli nanotselluloosi töötlemist saab edukalt kombineerida ka TEMPO-oksüdeeritud kiudude töötlemisega. TEMPO-protsessis toodetakse tselluloosi nanokiude oksüdatsioonisüsteemi abil, kasutades katalüsaatorina 2,2,6,6-tetrametüülpiperidinüül-1-oksüüli (TEMPO) ning naatriumbromiidi (NaBr) ja naatriumhüpokloritit (NaOCl). Uuringud on tõestanud, et oksüdatsiooni efektiivsus on oluliselt paranenud, kui oksüdatsioon viiakse läbi ultraheli kiiritusega.

Nanotselluloosi ultraheli dispersioon

Nanotselluloosi dispersioonid näitavad erakordset reoloogilist käitumist tänu oma suurele viskoossusele madala nanotselluloosi kontsentratsiooni juures. See muudab nanotselluloosi väga huvitavaks lisandiks reoloogilise modifikaatori, stabilisaatori ja geelina mitmesugusteks rakendusteks, näiteks katte-, paberi- või toiduainetööstuses. Oma ainulaadsete omaduste väljendamiseks peab nanotselluloos olema
Ultraheli hajutamine on ideaalne meetod peene suurusega, ühekordselt dispergeeritud nanotselluloosi saamiseks. Kuna nanotselluloos on väga nihkes-hõrenev, on võimsuse ultraheli eelistatav tehnoloogia nanotselluloossete suspensioonide formuleerimiseks, kuna suure võimsusega ultraheli ühendamine vedelikeks tekitab äärmuslikke nihkejõude.
Klõpsake siin, et saada lisateavet ultraheli kavitatsiooni kohta vedelikes!
Pärast nanokristalse tselluloosi sünteesi dispergeeritakse nanotselluloos sageli ultraheliga vedelasse keskkonda, nt mittepolaarsesse või polaarsesse lahustisse nagu dimetüülformamiid (DMF), et valmistada lõpptoode (nt nanokomposiidid, reoloogiline modifikaator jne) Kuna CNF-e kasutatakse lisanditena mitmesugustes preparaatides, on usaldusväärne disperseerimine ülioluline. Ultraheli toodab stabiilseid ja ühtlaselt hajutatud fibrillid.

Tselluloosi nanokiudude ultraheli täiustatud veetustamine

Tselluloosi nanokiudude ultraheli täiustatud veetustamine on tipptasemel tehnika, mis parandab oluliselt vee eemaldamise tõhusust – Tselluloosi nanokiudude muutmine nanopaberi tootmiseks väga atraktiivseks lisandiks. Nanotsellulooskiud vajavad oma suure veesidumisvõime tõttu tavaliselt ajamahukat veetustamist. Ultraheli lainete rakendamisega kiirendatakse seda protsessi intensiivsete kavitatsioonijõudude tekitamise kaudu, mis häirivad veemaatriksit ja hõlbustavad kiiremat, ühtlasemat vee väljatõrjumist. See mitte ainult ei vähenda kuivamisaega, vaid parandab ka saadud tselluloosi nanokiudude struktuurilist terviklikkust ja mehaanilisi omadusi, muutes selle väga tõhusaks meetodiks kvaliteetsete nanopaberite ja muude nanomaterjalide tootmisel.
Lisateave nanopaberi ultraheli veetustamise kohta!

Tööstuslik nanotselluloosi tootmine Power Ultrasound abil

Hielscher Ultrasonics pakub laia valikut võimsaid ja usaldusväärseid ultraheli lahendusi, alates väikestest laborimahulistest ultrasonikaatoritest kuni suuremahuliste tööstussüsteemideni, mis sobivad ideaalselt nanotselluloosi kaubanduslikuks töötlemiseks. Hielscheri tööstuslike sondi tüüpi sonikaatorite peamine eelis seisneb nende võimes pakkuda optimaalseid ultraheli tingimusi nende läbivoolu sonoreaktorite kaudu, mis on erineva suuruse ja geomeetriaga. Need reaktorid tagavad, et ultraheli energiat rakendatakse tselluloosmaterjalile järjepidevalt ja ühtlaselt, mis toob kaasa paremad töötlemistulemused.

Hielscheri pink-top sonikaatorid, nagu UIP1000hdT, UIP2000hdT ja UIP4000hdT, on võimelised tootma mitu kilogrammi nanotselluloosi päevas, muutes need sobivaks keskmise suurusega tootmisvajaduste rahuldamiseks. Suuremahulise kaubandusliku tootmise jaoks saavad täielikud tööstusüksused, nagu UIP10000 ja UIP16000hdT, hakkama ulatuslike massivoogudega, võimaldades tõhusalt toota suurtes kogustes nanotselluloosi.

Hielscheri ultraheli süsteemide üks olulisemaid eeliseid on nende lineaarne mastaapsus. Nii pink-top kui ka tööstuslikud ultrasonikaatorid saab paigaldada klastritesse, pakkudes praktiliselt piiramatut töötlemisvõimsust, muutes need ideaalseks valikuks toiminguteks, mis nõuavad nanotselluloosi tootmisel suurt läbilaskevõimet ja usaldusväärset jõudlust.