Nanorakenteisen selluloosan ultraäänituotanto

Nanoselluloosa, merkittävä korkean suorituskyvyn lisäaine, on saanut näkyvyyttä monipuolisista sovelluksistaan reologian modifioijana, lujiteaineena ja avainkomponenttina erilaisissa kehittyneissä materiaaleissa. Nämä nanorakenteiset fibrillit, jotka ovat peräisin mistä tahansa selluloosaa sisältävästä lähteestä, voidaan eristää tehokkaasti suuritehoisella ultraäänihomogenoinnilla ja jauhamalla. Tämä prosessi, joka tunnetaan nimellä sonikaatio, parantaa merkittävästi värinää, mikä johtaa nanoselluloosan suurempaan saantoon ja tuottaa hienompia, ohuempia kuituja. Ultraäänitekniikka ylittää tavanomaiset valmistusmenetelmät, koska se kykenee tuottamaan äärimmäisiä kavitaatiosuuria leikkausvoimia, mikä tekee siitä poikkeuksellisen työkalun nanoselluloosan tuotantoon.

Nanoselluloosan ultraäänivalmistus

Suuritehoinen ultraääni edistää mikro- ja nanoselluloosan uuttamista ja eristämistä selluloosamateriaalien eri lähteistä, kuten puusta, lignoselluloosakuiduista (sellukuidut) ja selluloosaa sisältävistä jäännöksistä.
Kasvikuitujen vapauttamiseksi lähdemateriaalista, ultraääni jauhaminen ja homogenisointi on tehokas ja luotettava menetelmä, joka mahdollistaa erittäin suurten määrien käsittelyn. Massa syötetään inline-sonoreaktoriin, jossa ultraääniset korkeat leikkausvoimat rikkovat biomassan solurakenteen niin, että fibrillous aine tulee saataville.

Alla olevassa kuvassa 1 on TEM-kuva “Ei koskaan kuivattua puuvillaa” (NDC) altistettu entsymaattiselle hydrolyysille ja sonikoitu a Hielscher-koetintyyppinen sonikaattori UP400S 20 minuutin ajan.
[Bittencourt ym. 2008]

Alla olevassa kuvassa 2 on SEM-kuva viskoosikalvosta, joka on alistettu entsymaattiseen hydrolyysiin, jota seuraa sonikaatio Hielscher-sonicator-malli UP400S.
[Bittencourt ym. 2008]

Ultraääninanoselluloosan käsittely voidaan myös yhdistää onnistuneesti TEMPO-hapetettuun kuitukäsittelyyn. TEMPO-prosessissa selluloosan nanokuituja tuotetaan hapetusjärjestelmällä, jossa katalysaattorina käytetään 2,2,6,6-tetrametyylipiperidinyyli-1-oksyliä (TEMPO) sekä natriumbromidia (NaBr) ja natriumhypokloriittia (NaOCl). Tutkimukset ovat osoittaneet, että hapetustehokkuus paranee merkittävästi, kun hapetus suoritetaan ultraäänisäteilytyksessä.

Nanoselluloosan ultraäänidispersio

Nanoselluloosadispersioilla on poikkeuksellinen reologinen käyttäytyminen, koska niiden viskositeetti on korkea alhaisilla nanoselluloosapitoisuuksilla. Tämä tekee nanoselluloosasta erittäin mielenkiintoisen lisäaineen reologisena modifioijana, stabilointiaineena ja hyytelöaineena erilaisiin sovelluksiin, kuten pinnoite-, paperi- tai elintarviketeollisuuteen. Ainutlaatuisten ominaisuuksiensa ilmaisemiseksi nanoselluloosan on oltava
Ultraäänidispergointi on ihanteellinen menetelmä hienokokoisen, yhden dispergoituneen nanoselluloosan saamiseksi. Koska nanoselluloosa on erittäin leikkaus-ohentava, tehon ultraääni on suositeltava tekniikka nanoselluloosasuspensioiden formuloimiseksi, koska suuritehoisen ultraäänen kytkeminen nesteisiin luo äärimmäisiä leikkausvoimia.
Klikkaa tästä saadaksesi lisätietoja ultraäänikavitaatiosta nesteissä!
Nanokiteisen selluloosan synteesin jälkeen nanoselluloosa dispergoidaan usein ultraäänellä nestemäiseen väliaineeseen, esimerkiksi ei-polaariseen tai polaariseen liuottimeen, kuten dimetyyliformamidiin (DMF), lopputuotteen formuloimiseksi (esim. nanokomposiitit, reologinen modifikaattori jne.) Koska CNF: itä käytetään lisäaineina moninaisissa formulaatioissa, luotettava dispergointi on ratkaisevan tärkeää. Ultrasonication tuottaa vakaita ja tasaisesti dispergoituneita fibrillejä.

Ultraäänellä parannettu selluloosan nanokuitujen vedenpoisto

Ultraäänellä tehostettu selluloosa-nanokuitujen vedenpoisto on huippuluokan tekniikka, joka parantaa merkittävästi vedenpoiston tehokkuutta – Selluloosananokuitujen tekeminen erittäin houkuttelevaksi lisäaineeksi nanopaperin tuotannossa. Nanoselluloosakuidut vaativat tyypillisesti aikaa vievää vedenpoistoa korkean vedenpidätyskykynsä vuoksi. Soveltamalla ultraääniaaltoja tämä prosessi kiihtyy voimakkaiden kavitaatiovoimien syntymisen kautta, jotka häiritsevät vesimatriisia ja helpottavat nopeampaa ja yhtenäisempää veden karkottamista. Tämä ei ainoastaan lyhennä kuivumisaikaa, vaan myös parantaa tuloksena olevien selluloosananokuitujen rakenteellista eheyttä ja mekaanisia ominaisuuksia, mikä tekee siitä erittäin tehokkaan menetelmän korkealaatuisten nanopapereiden ja muiden nanomateriaalien valmistuksessa.
Lue lisää nanopaperin ultraäänivedenpoistosta!

Teollinen nanoselluloosan tuotanto Power Ultraäänellä

Hielscher Ultrasonics tarjoaa kattavan valikoiman tehokkaita ja luotettavia ultraääniratkaisuja, pienistä laboratoriomittakaavan ultraäänilaitteista suuriin teollisuusjärjestelmiin, ihanteellinen nanoselluloosan kaupalliseen käsittelyyn. Hielscherin teollisten koetintyyppisten sonikaattoreiden keskeinen etu on niiden kyky tuottaa optimaaliset ultraääniolosuhteet läpivirtaavien sonoreaktoriensa kautta, jotka ovat erikokoisia ja geometrisia. Nämä reaktorit varmistavat, että ultraäänienergiaa käytetään johdonmukaisesti ja tasaisesti selluloosamateriaaliin, mikä johtaa erinomaisiin käsittelytuloksiin.

Hielscherin penkki-top-sonikaattorit, kuten UIP1000hdT, UIP2000hdT ja UIP4000hdT, pystyvät tuottamaan useita kiloja nanoselluloosaa päivittäin, mikä tekee niistä sopivia keskitason tuotantotarpeisiin. Laajamittaisessa kaupallisessa tuotannossa täydet teollisuusyksiköt, kuten UIP10000 ja UIP16000hdT, pystyvät käsittelemään laajoja massavirtoja, mikä mahdollistaa suurten nanoselluloosamäärien tehokkaan tuotannon.

Yksi Hielscherin ultraäänijärjestelmien merkittävimmistä eduista on niiden lineaarinen skaalautuvuus. Sekä penkki- että teolliset ultraääniastiat voidaan asentaa klustereihin, jotka tarjoavat käytännössä rajoittamattoman prosessointikapasiteetin, mikä tekee niistä ihanteellisen valinnan toimintoihin, jotka vaativat suurta läpäisykykyä ja luotettavaa suorituskykyä nanoselluloosan tuotannossa.