La production par ultrasons de cellulose-nanostructurés

  • Nanocellulose est un additif à haute performance qui est utilisé avec succès en tant que modificateur de rhéologie, un agent de renforcement et de l'additif dans le collecteur de matériaux à hautes performances et les applications.
  • Les fibrilles nanostructurés peuvent être très efficacement isolées à partir d'une source contenant de la cellulose par haute puissance homogénéisation par ultrasons et le fraisage.
  • Par sonication, un degré de fibrillation supérieure, le rendement en nanocellulose plus élevée, et des fibres plus minces peuvent être obtenues.
  • La technologie des ultrasons se distingue des procédés classiques de fabrication de nanocellulose dues aux extrêmes de cavitation forces de cisaillement élevées.

Fabrication à ultrasons de nanocellulose

des ultrasons de forte puissance contribue à l'extraction et l'isolement des micro et nano-cellulose à partir de diverses sources de matières cellulosiques telles que le bois, les fibres ligno-cellulosiques (fibres de pâte à papier), et les résidus contenant de la cellulose.
Pour libérer les fibres végétales à partir du matériau source, par ultrasons broyage et homogénéisation est une méthode puissante et fiable, qui permet de traiter des volumes très importants. La pâte est introduite dans un sonoreactor en ligne, où les forces de cisaillement élevé à ultrasons briser la structure cellulaire de la biomasse de telle sorte que la matière fibrillous devient disponible.
La figure 1 ci-dessous montre une image TEM de “Coton Jamais séché” (NDC) soumis à l'hydrolyse enzymatique et soniquée avec Hielscher de UP400S pendant 20 minutes. [Bittencourt et al. 2008]

Nanocellulose shows outstanding properties due to its high surface/mass ratio. Hielscher's ultrasound technology is a reliable and efficient method to produce nanocellulose and cellulose nanocrystals.

image TEM “Coton Jamais séché” (NDC) soumis à une hydrolyse enzymatique et soniquée avec UP400S de Hielscher pendant 20 minutes. [Bittencourt et al. 2008]

La figure 2 ci-dessous montre une image SEM d'un film de viscose, sont soumis à l'hydrolyse enzymatique, suivie par sonication avec UP400S. [Bittencourt et al. 2008]

production par ultrasons des composites nano cellulosiques.

image SEM d'un film de viscose, sont soumis à l'hydrolyse enzymatique, suivie par sonication avec UP400S [Bittencourt et al. 2008]

Le traitement par nanocellulose à ultrasons peut également être combiné avec succès au traitement par fibre oxydée TEMPO. Dans le procédé TEMPO, les nanofibres de cellulose sont produites par un système d'oxydation utilisant le 2,2,6,6-tétraméthylpipéridinyl-1-oxyle (TEMPO) comme catalyseur, et le bromure de sodium (NaBr) et l'hypochlorite de sodium (NaOCl). La recherche a prouvé que l'efficacité d'oxydation est significativement améliorée lorsque l'oxydation est effectuée sous irradiation ultrasonique.

dispersion à ultrasons

dispersions nanocellulose démontrent un comportement rhéologique extraordinaire en raison de sa viscosité élevée à de faibles concentrations de nanocellulose. Cela rend nanocellulose un additif très intéressant comme modificateur rhéologique, un stabilisant et gélifiant pour diverses applications, par exemple dans le revêtement, du papier, ou de l'industrie alimentaire. Pour exprimer ses propriétés uniques, nanocellulose doit être
dispersion à ultrasons est la méthode idéale pour obtenir la taille fine, nanocellulose unique dispersée. Comme nanocellulose est très Rhéofluidifiant, L'échographie est la technologie préférable de formuler des suspensions de nanocellulosic que le couplage des ultrasons de forte puissance dans un liquide crée des forces de cisaillement extrêmes. (Cliquez ici pour en savoir plus sur cavitation à ultrasons dans les liquides!)
Après la synthèse de la nanocellulose cristalline, la nanocellulose est souvent ultra-sons Dispersé dans un milieu liquide, par exemple un solvant non polaire ou polaire tel que le diméthylformamide (DMF), de formuler un produit final (par exemple, nanocomposites, etc. modificateur rhéologique) Comme NFC sont utilisés comme additifs dans des formulations multiples, un dispersant fiable est cruciale. Ultrasons produit fibrilles stables et dispersées de façon uniforme.

Traitement par ultrasons industriel

Hielscher Ultrasonics fournit la technologie à ultrasons puissant et fiable de la petite les ultrasonateurs de laboratoire aux systèmes de laboratoire et aux plein commerciaux équipement d'installations industrielles. Dans accréditives sonoreactors de Hielscher, qui sont disponibles dans différentes tailles et géométries, la condition optimale d'ultrasons sont réalisés en tant que les conditions de réaction optimales sont appliquées concentrés et uniforme à la matière cellulosique.
Avec les appareils banc-top à ultrasons Hielscher tels que la UIP1000hdT, UIP2000hdT ou UIP4000hdT, Plusieurs kilogrammes de nanocellulose peut facilement produit par jour. Les unités industrielles complètes telles que la UIP10000 et UIP16000 gérer un très grand flux de masse et permettre la pleine production commerciale des volumes de production élevés. Comme tous paillasse et ultrasonicators industriels Hielscher peut être installé en tant que groupes, il n'y a pratiquement pas de limite à la capacité de traitement par ultrasons.

3 étapes pour le traitement par ultrasons avec succès: Feasibility- Optimisation - Mise à l'échelle (Cliquez pour agrandir!)

Traitement par ultrasons: Hielscher vous guide de faisabilité et d'optimisation pour la production commerciale!

Avantages: ultrasons

  • degré élevé de fibrillation
  • rendement élevé de nanocellulose
  • de fines fibres
  • fibres detangled
traitement par ultrasons des nano cellulose contribue à l'isolement, la fibrillation, la dispersion et la formulation. (Cliquez pour agrandir!)

traitement par ultrasons

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Ultrasonic devices such as Hielscher's UP400S are auccefully used to produce nanocellulose

Le laboratoire de appareil à ultrasons Hielscher UP400S (400W, 24kHz)

Littérature / Références

  • E. Abraham, B. profonde, L.A. Pothan, M. Jacob, S. Thomas, U. Cvelbar, R. Anandjiwala (2011): Extraction des fibrilles nanocellulose à partir de fibres lignocellulosiques: Une nouvelle approche. Les polymères glucidiques 86, 2011. 1468-1475.
  • E. Bittencourt, M. de Camargo (2011): Des études préliminaires sur la production de nanofibrilles de cellulose de coton séché, en utilisant Jamais écologique et Enzymatic Hydrolyse sonication haute énergie. 3ème Int'l. Atelier: Les progrès de la production propre. Sao Paulo, Brésil, le 18 mai – 20 2011.
  • L. S. Blachechen, J. P. de Mesquita, E. L. de Paula, F. V. Pereira, F. D. S. Petri (2013): Interaction de la stabilité colloïdale de nanocristaux de cellulose et leur aptitude à la dispersion dans une matrice de butyrate d'acétate de cellulose. Cellulose 2013.
  • A. Dufresne (2012): nanocellulose: De la nature à haute performance sur mesure Matériaux. Walter de Gruyter, 2012.
  • M. A. Hubbe; O. J. Rojas; L. A. Lucia, M. Sain (2008): nanocomposites Cellulosic: Un examen. BioResources 3/3, 2008. 929-980.
  • S. P. Mishra, A.-S. Manent, B. Chabot, C. Daneault (2012): Production de nanocellulose de cellulose native – Diverses options en utilisant des ultrasons. BioResources 7/1, 2012. 422-436.
  • V. K. Thakur (2014): nanocellulose nanocomposites polymères: Principes et applications. Wiley & Fils, 2014.
  • http://en.wikipedia.org/wiki/Nanocellulose

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A propos de nanocellulose

Nanocellulose comprend différents types de nanofibres de cellulose (CNF), qui peuvent être distingués en cellulose microfibrillée (MFC), la cellulose nanocristalline (CNC), et nanocellulose bactérienne. Celle-ci se réfère à la cellulose produite par des bactéries nano-structuré.
Nanocellulose présente des propriétés remarquables comme une extraordinaire force et la raideur, cristallinité élevée, thixotropie, Ainsi qu'une forte concentration de groupes hydroxyle sur sa surface. Un grand nombre des caractéristiques de haute performance de nanocellulose sont causés par son surface / rapport massique.
Nanocelluloses sont largement utilisés dans la médecine et de la pharmacie, l'électronique, les membranes, matériaux poreux, du papier et de la nourriture en raison de leur disponibilité, biocompatibilité, biodégradabilité et durabilité. En raison de ses caractéristiques de haute performance, nanocellulose est un matériau intéressant pour les matières plastiques de renforcement, l'amélioration des propriétés mécaniques de par exemple des résines thermodurcissables, des matrices à base d'amidon, protéine de soja, du latex de caoutchouc, ou un poly (lactide). Pour les applications composites, nanocellulose est utilisé pour les revêtements et les films, les peintures, les mousses, les emballages. En outre, nanocellulose est un élément prometteur pour faire des aérogels et des mousses, soit dans des formulations homogènes ou dans des composites.
Abréviations
Nanocellulose cristalline (NCC)
Nanofibres de cellulose (CNF)
La cellulose microfibrillée (MFC)
Moustaches de nanocellulose (NCW)
Nanocristaux de cellulose (CNC)