Ultraääni hamppukuidun käsittely

• Kuitumateriaalien, kuten hampun ja pellavakuitujen, ultraääniretting mahdollistaa nopean ja tehokkaan kuidun muutoksen.
• Ultraäänellä käsitellyt rintakuidut ovat fibrilloituja ja niillä on huomattavasti suurempi ominaispinta, lisääntynyt vetolujuus ja joustavuus.
• Ultraäänikuidun käsittely on nopea ja helppokäyttöinen käsittelytekniikka teolliseen tuotantoon.

Ultraääni Retting

Ultraääniretting on nopea, tehokas ja vihreä vaihtoehto perinteiselle märkä- tai kasterettingille. Korkean intensiteetin matalataajuisen ultraäänen tuottama akustinen kavitaatio hajottaa biomateriaalien, kuten ei-puun, kasvikuitujen, joihin kuuluvat niinikuidut, kuten pellavan, hampun, nokkosen, vehnän oljen, riisinoljen, juutin, solurakenteet sekä lehtiperäiset kuidut (esim. sisal, manillahamppu, abacá) ja hedelmäperäiset kuidut, kuten kookospähkinän kuorista peräisin oleva kuitu.
Ultraääni erottaa mikrokuidut (n. 3-5μm) nanokuiduiksi (≥100 nm). Lisäksi ultraäänikäsittely aiheutti puhtaan ksyloglukaanin ja ksylaanin hajoamisen liuoksessa, mikä osoittaa ultraäänikyvyn hajottaa hemiselluloosaa.
Vaikka ultraäänirettingiä käytetään pääasiassa vesiliuoksessa, se on mahdollista – raaka-aineesta ja tavoitellusta lopputuloksesta riippuen – yhdistää ultraääniprosessi alkalikäsittelyyn. NaOH: n, H: n ratkaisut₂O₂ ja H₂NIIN₄ voidaan käyttää alkalisointiin selluloosan nanokuitujen saamiseksi lyhyessä käsittelyajassa. Ultraäänikäsittelyllä selluloosamikrokuitujen fibrillointi voidaan helposti saavuttaa. Ultraäänellä tuotetuilla kuiduilla on erityinen morfologia, jossa nanokuidut (≥ 100 nm) jakautuvat mikrokuitujen koko pinnalle (3-5 μm).

Skannauselektroninen mikroskopia-analyysi pellava-, hamppu- ja kookoskuiduilla ultraäänikäsittelyllä tai ilman.
Lähde: Renouard et al. 2014

Ultraäänihamppukuidun käsittely

Hampun siementen ja fytokannabinoidien kasvavien markkinoiden myötä hampun oljen tuotanto kasvaa. Sivutuotteena hampun olkea ja sen kuituja käytetään pääasiassa paperin tai geotekstiilien valmistukseen, komposiittimateriaalien vahvistamiseen sekä rakennusmateriaaleihin.
Kuivattuja ja leikattuja olkia voidaan käyttää ultraäänikäsittelyn raaka-aineena, mutta ylivoimaisen ultraääniprosessin tuotokseen suositellaan (osittain) koristeltujen shiivien käyttöä. Bast-materiaali kostutetaan vedessä (vesiliuos) siten, että saadaan pumpattava liete, joka voi kulkea ultraäänivirtauskennon läpi. Sonikaatioprosessi kestää vain lyhyen ajan (noin 30-60 sekuntia). Tieteellinen tutkimus on osoittanut, että ultrasonication parantaa hemiselluloosan ja ligniinin uuttamista lignoselluloosamateriaaleista. Lisäksi sonikaatio hajottaa selluloosaa ja pektiiniä. Hampun ja pellavan ultraäänikäsittely parantaa myös kuitujen joustavuutta ja vetolujuutta, jotka ovat arvokkaita ominaisuuksia tekstiilien ja komposiittien valmistuksessa.

Hamppukuidun ultraääni-alkalikäsittely (Ferreira et ai., 2019)

Ultraäänellä modifioitu hamppukuitu

Ultraäänellä fibrilloitu niinikuitu (esim. hamppu, pellava) soveltuu erityisen hyvin polymeerihartsien, termoplastisten ja lämpökovettuvien komposiittien vahvikkeeksi.
Hampun niinikuidut ovat arvokas lähde, josta selluloosan nanokiteitä (CNC) voidaan uuttaa. Selluloosan nanokiteille on ominaista niiden suuri pinta-ala ja poikkeuksellinen jäykkyys ja vetolujuus. CNC: t’ vetolujuus ylittää lasin tai alumiinin lujuuden. Selluloosan nanokiteet ovat melko halpoja ja siten kilpailukykyisiä nanolisäaineita hinnan, saatavuuden, myrkyllisyyden ja kestävyyden suhteen.
Sonikaatio on helppokäyttöinen, nopea ja vihreä tekniikka, jonka avulla voidaan tuottaa korkealaatuisia selluloosan nanokiteitä.

Korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteet kuidun käsittelyyn

Hielscher Ultrasonics valmistaa korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteita raskaisiin sovelluksiin. Ultraäänijärjestelmiämme voidaan käyttää erä- tai jatkuvaan inline-käsittelyyn. Kaikki Hielscherin teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin suuria amplitudit. Jopa 200 μm: n amplitudit voidaan helposti ajaa jatkuvasti 24/7 toiminnassa. Vielä suuremmille amplitudille on saatavana räätälöityjä ultraäänisonotrodeja. Erittäin suurten amplitudien kyky ei kuitenkaan yksin riitä onnistuneen ultraäänikuituprosessin, kuten rettingin tai fibrillation, suorittamiseen. Raaka-aineesta ja tavoitellusta tuloksesta riippuen prosessiparametrit – nimittäin amplitudi, paine, lämpötila ja aika – on oltava tarkasti hallittavissa ja säädettävissä.
Hielscherin digitaaliset ultraääniprosessorit tallentavat automaattisesti kaikki prosessitiedot integroidulle SD-kortille, jotta prosessitulokset ovat toistettavissa. Amplitudia ja käsittelyn intensiteettiä voidaan säätää ja hallita tarkasti erittäin lievistä erittäin voimakkaisiin sonikaatio-olosuhteisiin. Tämä antaa sinulle mahdollisuuden käsitellä erilaisia materiaaleja optimaaliseen lopputulokseen.
Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7 toiminnan raskaassa käytössä ja vaativissa ympäristöissä.
Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista: