Ultrazvučna obrada vlakana konoplje
- Ultrazvučno kvašenje vlaknastih materijala kao što su vlakna konoplje i lana omogućuje brzu i učinkovitu modifikaciju vlakana.
- Ultrazvučno obrađena lična vlakna su fibrilirana i pokazuju znatno veću specifičnu površinu, povećanu vlačnu čvrstoću i fleksibilnost.
- Ultrazvučna obrada vlakana je brza i jednostavna tehnologija obrade za industrijsku proizvodnju.
Ultrazvučno namakanje
Ultrazvučno kvašenje je brza, učinkovita i ekološka alternativa tradicionalnom mokrom kvašenju ili orošavanju. Akustična kavitacija, generirana ultrazvukom visokog intenziteta, niske frekvencije, razbija stanične strukture biomaterijala kao što su nedrvna, biljna vlakna koja uključuju lična vlakna kao što su lan, konoplja, kopriva, pšenična slama, rižina slama, juta, kao i vlakna dobivena iz lišća (npr. sisal, manilla konoplja, abacá) i vlakna dobivena iz voća poput kokosovog vlakna iz kokosovih ljuski.
Ultrazvučno raspetljavanje pretvara mikrovlakna (približno 3-5 µm) u nanovlakna (≥100 nm). Nadalje, ultrazvučna obrada izazvala je razgradnju čistog ksiloglukana i ksilana u otopini, pokazujući sposobnost ultrazvuka da razgradi hemicelulozu.
Iako se ultrazvučno namakanje uglavnom koristi u vodenoj otopini, moguće je – ovisno o sirovini i ciljanom ishodu – kombinirati ultrazvučni proces s alkalnim tretmanom. Otopine NaOH, H2O2 i H2TAKO4 može se koristiti za alkalizaciju za dobivanje celuloznih nanovlakana u kratkom vremenu obrade. Ultrazvučnom obradom lako se može postići fibrilacija celuloznih mikrovlakana. Ultrazvučno proizvedena vlakna pokazuju specifičnu morfologiju u kojoj su nanovlakna (≥ 100 nm) raspoređena po cijeloj površini mikrovlakana (3-5 µm).
Skenirajuća elektronička mikroskopska analiza vlakana lana, konoplje i kokosovog vlakna sa ili bez ultrazvučne obrade.
izvor: Renouard et al. 2014
UIP4000hdT (4kW) industrijski ultrazvučni procesor za obradu vlakana
Ultrazvučna obrada vlakana konoplje
S rastućim tržištem sjemenki konoplje i fitokanabinoida dolazi sve veća proizvodnja konopljine slame. Kao nusproizvod, konopljina slama i njezina vlakna uglavnom se koriste za proizvodnju papira ili geotekstila, armatura u kompozitnim materijalima kao i građevinski materijal.
Osušena i izrezana slama od ličja može se koristiti kao sirovina za ultrazvučnu obradu, međutim za vrhunske rezultate ultrazvučnog procesa preporuča se korištenje (djelomično) ukrašenih koštica. Ličnjak se smoči u vodi (vodena otopina) tako da se dobije kaša koja se može pumpati, a koja može proći kroz ultrazvučnu protočnu ćeliju. Proces sonikacije traje samo kratko vrijeme (cca. 30-60 sekundi). Znanstvena istraživanja su pokazala da ultrazvuk poboljšava ekstrakciju hemiceluloze i lignina iz lignoceluloznih materijala. Osim toga, sonikacija razgrađuje celulozu i pektin. Ultrazvučna obrada konoplje i lana također poboljšava fleksibilnost i vlačnu čvrstoću vlakana, što su vrijedne karakteristike za proizvodnju tekstila i kompozita.
- smanjenje sadržaja lignina
- mikro- i nano-fibrilirana vlakna
- povećana fleksibilnost vlakana
- veća vlačna čvrstoća
- brz proces
- jednostavan za rukovanje
Ultrazvučno-alkalna obrada vlakana konoplje (Ferreira et al. 2019.)
Ultrazvučno modificirana vlakna konoplje
Ultrazvučno fibrilirano lično vlakno (npr. konoplja, lan) posebno je prikladno kao ojačanje za polimerne smole, termoplastične i duroplastične kompozite.
Vlakna konoplje vrijedan su izvor iz kojeg se mogu ekstrahirati nanokristali celuloze (CNC). Nanokristali celuloze karakterizirani su velikom površinom te izuzetnom krutošću i vlačnom čvrstoćom. CNC-ovi’ vlačna čvrstoća nadmašuje čvrstoću stakla ili aluminija. Celulozni nanokristali su prilično jeftini i stoga su konkurentni nano-aditiv, kada je u pitanju cijena, dostupnost, toksičnost kao i održivost.
Sonikacija je brza i ekološka tehnika jednostavna za korištenje, koja omogućuje proizvodnju visokokvalitetnih nanokristala celuloze.
Sosiati i sur. 2014. pokazuju korisne učinke sonikacije na obradu vlakana.
Ultrazvučni uređaji visokih performansi za obradu vlakana
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučnu opremu visokih performansi za zahtjevne primjene. Naši ultrazvučni sustavi mogu se koristiti za serijsku ili kontinuiranu inline obradu. Svi Hielscher industrijski ultrazvučni procesori mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200 µm mogu se lako neprekidno izvoditi u radu 24/7. Za još veće amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Međutim, sama sposobnost vrlo visokih amplituda nije dovoljna za izvođenje uspješnog procesa ultrazvučnih vlakana, kao što je otapanje ili fibrilacija. Ovisno o sirovini i ciljanom rezultatu, parametri procesa – naime amplituda, tlak, temperatura i vrijeme – mora biti točno upravljiv i podesiv.
Hielscherovi digitalni ultrazvučni procesori automatski bilježe sve procesne podatke na integriranu SD-karticu, tako da su rezultati procesa ponovljivi. Amplituda i intenzitet obrade mogu se precizno prilagoditi i kontrolirati od vrlo blagih do vrlo intenzivnih uvjeta sonikacije. To vam daje mogućnost obrade različitih materijala do optimalnog učinka.
Robusnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućuje 24/7 rad pri teškim uvjetima rada iu zahtjevnim okruženjima.
Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen serije | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100l | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| na | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| na | veći | klaster od UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni procesori velike snage od laboratorijskih do pilotskih i industrijskih razmjera.
Literatura/Reference
- Diana P.Ferreira, Juliana Cruz, Raul Fangueiro (2019): 1. poglavlje – Površinska modifikacija prirodnih vlakana u polimernim kompozitima. Zeleni kompoziti za automobilsku primjenu. Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering 2019, stranice 3-41.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014.): Karakterizacija ultrazvučnog utjecaja na vlakna kokosa, lana i konoplje. Materials Letters 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, DA Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014.): Učinak kemijskih tretmana na
karakteristike prirodne celuloze. AIP Conference Proceedings 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska, R. Kozłowski, J. Batog (2008.): Lanena tkanina modificirana nanoligninom kao višenamjenski proizvod. Molekularni kristali i tekući kristali Vol. 484, broj 1, 2008.
Činjenice koje vrijedi znati
vlakna konoplje
Konoplja je višenamjenska kultura koja se koristi za sjemenke konoplje, a potom i sjemensko ulje, terpenoide i kanabinoide (tj. CBD, CBG, itd.) i slamu konoplje, koja se može preraditi u vrijedan vlaknasti materijal. Što se tiče kvalitete vlakana konoplje, razlikuju se takozvana vlakna za kuču, koja nisu poredana, kratki snopovi vlakana i takozvana linijska vlakna, koja su duga (uzdužno poredana) vlakna.
Snopovi kratkih vlakana nazivaju se i tehničkim vlaknima i uglavnom se koriste u automobilskoj industriji, za proizvodnju papira i za kompozite na biološkoj osnovi. Dugačka vlakna konoplje koriste se za tekstilne i visokovrijedne primjene kao što su visokoučinkoviti kompoziti i bio-kompoziti.
Proizvodnja vlakana konoplje:
Vlaknastu konoplju (konoplju koja se uzgaja za proizvodnju vlakana) idealno je žati prije cvatnje. Ovo rano obrezivanje rezultira većom kvalitetom vlakana jer kvaliteta opada ako se dopusti cvjetanje. Općenito, vlaknasta konoplja se žanje 70-90 dana nakon sjetve. Za žetvu konoplje, biljke se režu 2-3 cm iznad tla, a zatim se suše nekoliko dana. Nakon žetve konoplja se otapa. Močenje je proces koji koristi vlagu i mikrobe za razgradnju biljnih pektina, koji kemijski povezuju stabljiku konoplje. Tradicionalno, stabljike konoplje bi se namočile u vodi ili rosili prije nego što se vlakna izrežu. Proces namakanja olakšava naknadno odvajanje lišća od tzv. Nakon namakanja stabljike konoplje se suše (do sadržaja vlage manjeg od 15% i kuhaju).
Za dobivanje vlakana konoplje, koja se mogu koristiti za proizvodnju i kao aditivi, vlakna se moraju odvojiti u procesu poznatom kao “struganje”. Tijekom procesa struganja slama konoplje se mehanički obrađuje kako bi se sasula biljka konoplje, npr. pomoću mlina čekićara. U ovom mehaničkom procesu konoplja se udara o sito sve dok komadići, manja vlakna lika i prašina ne padnu kroz sito. Moderni brzi kinematički strojevi za dekortikaciju sposobni su odvojiti konoplju u tri struje; bast fiber, hurd i zelena mikrofibra.
Sadržaj celuloze u konoplji je cca. 70-77%. Vlakna konoplje izvrsna su zamjena za vlakna drvne celuloze
Prednosti vlakana konoplje
- Isplativ
- visoka vlačna čvrstoća i krutost
- idealno prikladan za iglane netkane proizvode
- učinkovita zamjena za staklena vlakna
- smanjuje vrijeme kalupljenja
- smanjenje težine gotovog dijela
- lako se obrađuje i reciklira
- može se prilagoditi za ispunjavanje raznih specifikacija i različitih proizvodnih sustava
- moguća je stalna kvaliteta i dostupnost opskrbe
Vlaknasti biomaterijali
Kada se vlakna slame ekstrahiraju iz lanene slame, dijelovi stabljike koji nemaju vlakna, ne uključujući sjeme, obično se nazivaju šibljike. Na primjer, u lanu uljarica, kopriva sadrži cca. 70 – 85% od ukupne mase slame, što čini koprivu glavnim nusproizvodom prerade slame lana.
Ultrazvučno proizveden, nanostrukturirani lignin koristi se za izradu višenamjenskih lanenih tkanina. Podstavom lanenog tekstila nano-ligninom mogu se stvoriti višenamjenski tekstili. Ti multifunkcionalni tekstili nude dodatna svojstva UV barijere, antibakterijska i antistatička svojstva.