Kenderrostok ultrahangos feldolgozása
- A rostos anyagok, például a kender- és lenrostok ultrahangos áztatása lehetővé teszi a rostok gyors és hatékony módosítását.
- Az ultrahanggal feldolgozott háncsrostok fibrilláltak, és jelentősen nagyobb fajlagos felülettel, fokozott szakítószilárdsággal és rugalmassággal rendelkeznek.
- Az ultrahangos rostfeldolgozás gyors és könnyen alkalmazható feldolgozási technológia az ipari termelés számára.
Ultrahangos áztatás
Az ultrahangos áztatás a hagyományos vizes áztatás vagy harmatáztatás gyors, hatékony és környezetbarát alternatívája. A nagy intenzitású, alacsony frekvenciájú ultrahang által létrehozott akusztikus kavitáció megbontja a biológiai anyagok sejtszerkezetét, például a nem faeredetű növényi rostokét. Ezek közé tartoznak a háncsrostok, például a len, a kender, a csalán, a búzaszalma, a rizsszalma és a juta, valamint a levélből származó rostok (pl. szizál, manilakender, abaká) és a termésből származó rostok, például a kókuszhéjból nyert kókuszrost.
Az ultrahangos szétválasztás a mikrorostokat (kb. 3–5µm) nanorostokká (≥100nm) alakítja. Ezenkívül az ultrahangos feldolgozás a tiszta xiloglükán és xilán lebomlását idézte elő oldatban, igazolva, hogy az ultrahang képes lebontani a hemicellulózt.
Bár az ultrahangos áztatást főként vizes oldatban végzik, a nyersanyagtól és a kívánt eredménytől függően az ultrahangos eljárás lúgos kezeléssel is kombinálható. A NaOH, H2O2 és H2SO4 oldatai lúgosításra használhatók, hogy rövid feldolgozási idő alatt cellulóz-nanorostokat nyerjenek. Ultrahangos kezeléssel a cellulóz-mikrorostok fibrillálása könnyen megvalósítható. Az ultrahanggal előállított rostok sajátos morfológiát mutatnak, amelyben a nanorostok (≥ 100nm) a mikrorostok (3–5µm) teljes felületén eloszlanak.
Len-, kender- és kókuszrostok pásztázó elektronmikroszkópos vizsgálata ultrahangos feldolgozással és anélkül.
forrás: Renouard és munkatársai, 2014
UIP4000hdT (4kW) ipari ultrahangos processzor rostfeldolgozáshoz
Kenderrostok ultrahangos feldolgozása
A kendermagok és a fitokannabinoidok piacának bővülésével együtt nő a kenderszalma termelése is. Melléktermékként a kenderszalmát és rostjait főként papír vagy geotextíliák előállítására, kompozitanyagok erősítésére, valamint építőanyagként használják.
A szárított és aprított háncsrosttartalmú szalma az ultrahangos kezelés nyersanyagaként használható, azonban az ultrahangos eljárás jobb eredményéhez (részben) dekortikált pozdorja használata ajánlott. A háncsanyagot vízzel (vizes oldattal) nedvesítik, hogy szivattyúzható szuszpenziót kapjanak, amely átvezethető az ultrahangos átfolyó cellán. Az ultrahangos kezelés csak rövid ideig tart (kb. 30–60 másodperc). Tudományos kutatások kimutatták, hogy az ultrahangos kezelés javítja a hemicellulóz és a lignin kivonását a lignocellulóz-tartalmú anyagokból. Ezenkívül az ultrahangos kezelés lebontja a cellulózt és a pektint. A kender és a len ultrahangos feldolgozása a rostok rugalmasságát és szakítószilárdságát is javítja, amelyek értékes tulajdonságok a textil- és kompozitgyártásban.
- a lignintartalom csökkentése
- mikro- és nanofibrillált rostok
- a rostok fokozott rugalmassága
- nagyobb szakítószilárdság
- gyors eljárás
- egyszerű működtetés
Kenderrostok ultrahangos-lúgos kezelése (Ferreira és munkatársai, 2019)
Ultrahanggal módosított kenderrost
Az ultrahanggal fibrillált háncsrost (pl. kender, len) különösen alkalmas polimergyanták, hőre lágyuló és hőre keményedő kompozitok erősítésére.
A kender háncsrostjai értékes forrást jelentenek, amelyből cellulóz-nanokristályok (CNC-k) vonhatók ki. A cellulóz-nanokristályokat nagy felületük, valamint rendkívüli merevségük és szakítószilárdságuk jellemzi. A CNC-k szakítószilárdsága meghaladja az üveg vagy az alumínium szilárdságát. A cellulóz-nanokristályok meglehetősen olcsók, ezért az ár, a hozzáférhetőség, a toxicitás és a fenntarthatóság tekintetében versenyképes nanoadalékot jelentenek.
Az ultrahangos kezelés könnyen alkalmazható, gyors és környezetbarát technika, amely kiváló minőségű cellulóz-nanokristályok előállítását teszi lehetővé.
Sosiati és munkatársai (2014) bemutatják az ultrahangos kezelés kedvező hatásait a rostfeldolgozásra.
Nagy teljesítményű ultrahangos készülékek rostfeldolgozáshoz
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos berendezéseket gyárt nagy igénybevétellel járó alkalmazásokhoz. Ultrahangos rendszereink szakaszos vagy folyamatos, gyártósorba integrált feldolgozásra használhatók. Minden Hielscher ipari ultrahangos processzor képes nagyon nagy amplitúdók biztosítására. Akár 200µm amplitúdóval is könnyen megvalósítható a folyamatos, napi 24 órás, heti 7 napos üzemelés. Még nagyobb amplitúdókhoz egyedi ultrahangos szonotródák állnak rendelkezésre. A nagyon nagy amplitúdók biztosításának képessége azonban önmagában nem elegendő egy ultrahangos rostfeldolgozási eljárás, például az áztatás vagy a fibrillálás sikeres megvalósításához. A nyersanyagtól és a kívánt eredménytől függően a folyamatparamétereknek – nevezetesen az amplitúdónak, a nyomásnak, a hőmérsékletnek és az időnek – pontosan szabályozhatónak és beállíthatónak kell lenniük.
A Hielscher digitális ultrahangos processzorai automatikusan rögzítik az összes folyamatadatot egy beépített SD-kártyán, így az eljárás eredményei reprodukálhatók. Az amplitúdó és a feldolgozás intenzitása pontosan beállítható és szabályozható a nagyon kíméletes ultrahangos kezelési körülményektől a rendkívül intenzívekig. Ez lehetőséget biztosít különféle anyagok optimális eredményt adó feldolgozására.
A Hielscher ultrahangos berendezéseinek robusztus kialakítása lehetővé teszi a napi 24 órás, heti 7 napos üzemelést nagy igénybevétel mellett és nehéz üzemi környezetben is.
Az alábbi táblázat tájékoztatást nyújt ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:
| Szakaszosan kezelt térfogat | Térfogatáram | Ajánlott készülékek |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | nagyobb | készülékcsoport a következő készülékekből: UIP16000 |
Lépjen kapcsolatba velünk! / Kérdezzen tőlünk!
Nagy teljesítményű ultrahangos processzorok laboratóriumi, kísérleti üzemi és ipari méretekben.
Szakirodalom és hivatkozások
- Diana P.Ferreira, Juliana Cruz, Raul Fangueiro (2019): 1. fejezet – Természetes rostok felületmódosítása polimerkompozitokban. Green Composites for Automotive Applications. Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering 2019, 3–41. oldal.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014): Az ultrahang kókusz-, len- és kenderrostokra gyakorolt hatásának jellemzése. Materials Letters 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014): A kémiai kezelések hatása a
természetes cellulóz jellemzőire. AIP Conference Proceedings 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska , R. Kozłowski, J. Batog (2008): Nanoligninnel módosított lenszövet mint többfunkciós termék. Molecular Crystals and Liquid Crystals, 484. kötet, 1. szám, 2008.
Hasznos tudnivalók
Kenderrost
A kender többcélú haszonnövény, amelyet kendermagjáért és az abból nyert magolajért, terpenoidokért és kannabinoidokért (azaz CBD, CBG stb.), valamint kenderszalmájáért hasznosítanak, amely értékes rostanyaggá dolgozható fel. A kenderrostok minőségét tekintve megkülönböztetik az úgynevezett kócrostokat, amelyek rendezetlen, rövid rostkötegek, és az úgynevezett hosszúrostokat, amelyek hosszú, hosszirányban rendezett rostok.
A rövid rostkötegeket technikai rostoknak is nevezik, és főként az autóiparban, papírgyártásra és bioalapú kompozitokhoz használják. A hosszú kenderrostokat textilipari és nagy értékű alkalmazásokban használják, például nagy teljesítményű kompozitokban és biokompozitokban.
Kenderrost-előállítás:
A rostkendert (a rosttermelés céljából termesztett kendert) ideális esetben virágzás előtt takarítják be. Ez a korai betakarítás jobb rostminőséget eredményez, mert a minőség romlik, ha a növényt hagyják virágozni. A rostkendert általában a vetés után 70–90 nappal takarítják be. A betakarításhoz a növényeket a talaj felett 2–3cm magasságban levágják, majd néhány napig szárítják. Betakarítás után a kendert áztatják. Az áztatás olyan eljárás, amely nedvesség és mikroorganizmusok segítségével bontja le a növényi pektineket, amelyek kémiai kötésekkel tartják össze a kender szárát. Hagyományosan a kenderszárakat vizes áztatásnak vagy harmatáztatásnak vetették alá a rostok tilolása előtt. Az áztatási eljárás megkönnyíti a háncs későbbi elválasztását az úgynevezett kenderpozdorjától (amely a kenderszárak fás magja). Áztatás után a kenderszárakat szárítják (15%-nál kisebb nedvességtartalomig), majd bálázzák.
A gyártásban és adalékként használható kenderrostok előállításához a rostokat egy „tilolásnak” nevezett eljárással kell elválasztani. A tilolás során a kenderszalmát mechanikusan dolgozzák fel a kendernövény felaprítására, például kalapácsmalom segítségével. Ebben a mechanikai eljárásban a kendert egy rostélyhoz ütögetik, amíg a pozdorja, a kisebb háncsrostok és a por át nem hullanak a rostélyon. A modern, nagy sebességű kinematikus dekortikáló gépek képesek a kendert három anyagáramra szétválasztani: háncsrostra, pozdorjára és zöld mikrorostra.
A kender cellulóztartalma kb. 70–77%. A kenderrostok kiválóan helyettesítik a fából származó cellulózrostokat
A kenderrostok előnyei
- költséghatékonyak
- nagy szakítószilárdság és merevség
- ideálisan alkalmasak tűnemezelt nemszőtt termékekhez
- hatékonyan helyettesítik az üvegszálat
- csökkentik a formázási időt
- csökkentik a kész alkatrész tömegét
- könnyen feldolgozhatók és újrahasznosíthatók
- különféle specifikációkhoz és eltérő gyártási rendszerekhez igazíthatók
- egyenletes minőség és folyamatos ellátás biztosítható
Rostos biológiai anyagok
Amikor a lenszalmából kinyerik a szalmarostokat, a szár nem rostos részeit – a mag kivételével – általában pozdorjának nevezik. Az olajlen esetében például a pozdorja a szalma teljes tömegének kb. 70–85%-át teszi ki, így a pozdorja a lenszalma feldolgozásának fő mellékterméke.
Az ultrahanggal előállított, nanoszerkezetű lignint többfunkciós lenszövetek készítésére használják. A lentextíliák nanoligninnel történő telítésével többfunkciós textíliák hozhatók létre. Ezek a többfunkciós textíliák további tulajdonságokkal rendelkeznek: UV-védelmet nyújtanak, valamint antibakteriális és antisztatikus hatásúak.