Ultrazvučna proizvodnja nanostrukturirane celuloze

Nanoceluloza, izvanredan aditiv visokih performansi, stekla je istaknutost zbog svoje svestrane primjene kao modifikator reologije, sredstvo za pojačavanje i ključna komponenta u raznim naprednim materijalima. Ove nano-strukturirane fibrile, izvedene iz bilo kojeg izvora koji sadrži celulozu, mogu se učinkovito izolirati ultrazvučnom homogenizacijom i mljevenjem velike snage. Ovaj proces, poznat kao sonikacija, značajno pojačava fibrilaciju, što rezultira većim prinosom nanoceluloze i stvaranjem finijih, tanjih vlakana. Ultrazvučna tehnologija nadilazi konvencionalne proizvodne metode, zahvaljujući svojoj sposobnosti stvaranja ekstremnih kavitacijskih velikih posmičnih sila, što je čini iznimnim alatom za proizvodnju nanoceluloze.

Ultrazvučna proizvodnja nanoceluloze

Ultrazvuk velike snage pridonosi ekstrakciji i izolaciji mikro- i nano-celuloze iz različitih izvora celuloznih materijala kao što su drvo, lignocelulozna vlakna (pulpna vlakna) i ostaci koji sadrže celulozu.
Za oslobađanje biljnih vlakana iz izvornog materijala, ultrazvučno Mljevenje i homogenizacija je moćna i pouzdana metoda koja omogućuje obradu vrlo velikih količina. Pulpa se dovodi u inline sonoreaktor, gdje ultrazvučne sile velikog smicanja razbijaju staničnu strukturu biomase tako da fibrilna tvar postaje dostupna.

Slika 1 u nastavku prikazuje TEM sliku “Nikad sušeni pamuk” (NDC) podvrgnut enzimatskoj hidrolizi i sonikiran s a Hielscher sonikator UP400S 20 minuta.
[Bittencourt et al. 2008]

Slika 2 u nastavku prikazuje SEM sliku filma viskoze, podvrgnutog enzimatskoj hidrolizi, nakon čega je uslijedila sonikacija s Hielscher sonikator model UP400S.
[Bittencourt et al. 2008]

Ultrazvučna obrada nanoceluloze također se može uspješno kombinirati s obradom TEMPO-oksidiranih vlakana. U TEMPO-procesu, celulozna nanovlakna se proizvode oksidacijskim sustavom koji koristi 2,2,6,6-tetrametilpiperidinil-1-oksil (TEMPO) kao katalizator te natrijev bromid (NaBr) i natrijev hipoklorit (NaOCl). Istraživanje je dokazalo da se učinkovitost oksidacije značajno poboljšava kada se oksidacija provodi pod ultrazvučnim zračenjem.

Ultrazvučna disperzija nanoceluloze

Nanocelulozne disperzije pokazuju izvanredno reološko ponašanje zbog svoje visoke viskoznosti pri niskim koncentracijama nanoceluloze. Ovo čini nanocelulozu vrlo zanimljivim aditivom kao reološkim modifikatorom, stabilizatorom i sredstvom za želiranje za različite primjene, npr. u industriji premaza, papira ili prehrambenoj industriji. Da bi izrazila svoja jedinstvena svojstva, nanoceluloza mora biti
Ultrazvučno raspršivanje je idealna metoda za dobivanje fine veličine, jednostruko raspršene nanoceluloze. Kako se nanoceluloza jako razrjeđuje smicanjem, snažni ultrazvuk je poželjnija tehnologija za formuliranje nanoceluloznih suspenzija budući da spajanje ultrazvuka velike snage s tekućinama stvara ekstremne sile smicanja.
Kliknite ovdje kako biste saznali više o ultrazvučnoj kavitaciji u tekućinama!
Nakon sinteze nanokristalne celuloze, nanoceluloza se često ultrazvučno dispergira u tekući medij, npr. nepolarno ili polarno otapalo kao što je dimetilformamid (DMF), kako bi se formulirao konačni proizvod (npr. nanokompoziti, reološki modifikator itd.) Budući da su CNF-ovi koriste se kao aditivi u višestrukim formulacijama, pouzdano raspršivanje je ključno. Ultrasonication proizvodi stabilne i ravnomjerno raspršene fibrile.

Ultrazvučno poboljšano odvodnjavanje celuloznih nanovlakana

Ultrazvučno poboljšano odvodnjavanje celuloznih nanovlakana je vrhunska tehnika koja značajno poboljšava učinkovitost uklanjanja vode – čineći celulozna nanovlakna vrlo atraktivnim dodatkom za proizvodnju nanopapira. Nanocelulozna vlakna obično zahtijevaju dugotrajno odvodnjavanje zbog visokog kapaciteta zadržavanja vode. Primjenom ultrazvučnih valova ovaj se proces ubrzava stvaranjem intenzivnih kavitacijskih sila, koje remete vodenu matricu i omogućuju brže, ravnomjernije izbacivanje vode. Ovo ne samo da smanjuje vrijeme sušenja, već također poboljšava strukturni integritet i mehanička svojstva rezultirajućih celuloznih nanovlakana, što ga čini vrlo učinkovitom metodom u proizvodnji visokokvalitetnih nanopapira i drugih nanomaterijala.
Saznajte više o ultrazvučnom odvodnjavanju nanopapira!

Proizvodnja industrijske nanoceluloze uz pomoć ultrazvuka

Hielscher Ultrasonics nudi sveobuhvatan raspon moćnih i pouzdanih ultrazvučnih rješenja, od malih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja do velikih industrijskih sustava, idealnih za komercijalnu obradu nanoceluloze. Ključna prednost Hielscher industrijskih sonikatora tipa sonikatora leži u njihovoj sposobnosti da isporuče optimalne ultrazvučne uvjete kroz svoje protočne sonoreaktore, koji dolaze u različitim veličinama i geometrijama. Ovi reaktori osiguravaju dosljednu i jednoliku primjenu ultrazvučne energije na celulozni materijal, što dovodi do vrhunskih rezultata obrade.

Hielscher stolni sonikatori, kao što su UIP1000hdT, UIP2000hdT i UIP4000hdT, sposobni su proizvesti nekoliko kilograma nanoceluloze dnevno, što ih čini prikladnima za srednje velike proizvodne potrebe. Za komercijalnu proizvodnju velikih razmjera, potpune industrijske jedinice poput UIP10000 i UIP16000hdT mogu podnijeti opsežne masovne tokove, omogućujući učinkovitu proizvodnju velikih količina nanoceluloze.

Jedna od najznačajnijih prednosti Hielscher ultrazvučnih sustava je njihova linearna skalabilnost. Stolni i industrijski ultrazvučni uređaji mogu se instalirati u klastere, pružajući gotovo neograničen kapacitet obrade, što ih čini idealnim izborom za operacije koje zahtijevaju visoku propusnost i pouzdane performanse u proizvodnji nanoceluloze.