Ultrahangos kenderrost-feldolgozás
- A rostos anyagok, például a kender és a lenrostok ultrahangos áztatása lehetővé teszi a gyors és hatékony szálmódosítást.
- Az ultrahanggal feldolgozott háncsszálak fibrillálnak és szignifikánsan magasabb fajlagos felületet, megnövekedett szakítószilárdságot és rugalmasságot mutatnak.
- Az ultrahangos szálfeldolgozás gyors és könnyen használható feldolgozási technológia az ipari termeléshez.
Ultrahangos retting
Az ultrahangos áztatás gyors, hatékony és zöld alternatívája a hagyományos nedves vagy harmat-áztatásnak. A nagy intenzitású, alacsony frekvenciájú ultrahang által generált akusztikus kavitáció felbontja a bioanyagok, például a nem fa, a növényi rostok sejtszerkezetét, amelyek magukban foglalják a háncsrostot, például len, kender, csalán, búzaszalma, rizsszalma, juta, valamint levélből származó rostokat (pl. szizál, maníliakender, abacá) és gyümölcsből származó rostokat, mint a kókuszdióhéjból származó kókuszrost.
Az ultrahangos szétbontás átalakítja a mikroszálakat (kb. 3-5μm) nanoszálakká (≥100nm). Továbbá az ultrahangos feldolgozás a tiszta xiloglukán és a xilanban oldatban történő lebomlását váltotta ki, bizonyítva az ultrahangok képességét a hemicellulóz lebontására.
Bár az ultrahangos áztatást főként vizes oldatban használják, lehetséges – a nyersanyagtól és a célzott eredménytől függően – az ultrahangos eljárás kombinálása lúgos kezeléssel. NaOH, H oldatok2O2 és H2ÍGY4 lúgosításra használható, hogy rövid feldolgozási idő alatt cellulóz nanoszálakat kapjunk. Ultrahangos kezeléssel könnyen elérhető a cellulóz mikroszálak fibrillációja. Az ultrahanggal előállított szálak specifikus morfológiát mutatnak, amelyben a nanoszálak (≥ 100nm) eloszlanak a mikroszálak teljes felületén (3-5μm).
Pásztázó elektronikus mikroszkópos elemzés len-, kender- és kókuszrostokon ultrahangos feldolgozással vagy anélkül.
forrás: Renouard et al. 2014
UIP4000hdT (4kW) Ipari ultrahangos processzor szálfeldolgozáshoz
Ultrahangos kenderrost-feldolgozás
A kendermag és a fitokannabinoidok növekvő piacával a kenderszalma növekvő termelése jön létre. Melléktermékként a kenderszalmát és rostjait főként papír vagy geotextíliák előállítására, kompozit anyagok és építőanyagok megerősítésére használják.
A szárított és vágott háncsszalma alapanyagként használható ultrahangos kezeléshez, azonban a kiváló ultrahangos folyamatkimenethez ajánlott (részben) dekortikált szilánkok használata. A háncsanyagot vízben (vizes oldatban) nedvesítjük, hogy szivattyúzható szuszpenziót kapjunk, amely áthaladhat az ultrahangos átfolyó cellán. Az ultrahangos folyamat csak rövid időt vesz igénybe (kb. 30-60 másodperc). A tudományos kutatások kimutatták, hogy az ultrahangos kezelés javítja a hemicellulóz és lignin kivonását lignocellulóz anyagokból. Ezenkívül az szonikálás lebontja a cellulózt és a pektint. A kender és a len ultrahangos feldolgozása javítja a szálak rugalmasságát és szakítószilárdságát is, amelyek értékes tulajdonságok a textil- és kompozitgyártás számára.
- a lignintartalom csökkentése
- mikro- és nanofibrillált szálak
- fokozott szálrugalmasság
- nagyobb szakítószilárdság
- gyors folyamat
- könnyen kezelhető
A kenderrost ultrahangos-lúgos kezelése (Ferreira et al. 2019)
Ultrahanggal módosított kenderrost
Ultrahanggal fibrillált háncsrost (pl. kender, len) különösen alkalmas megerősítésre polimer gyanták, hőre lágyuló műanyag, és hőre keményedő kompozitok.
A kenderrostok értékes forrást jelentenek, amelyből cellulóz nanokristályok (CNC-k) nyerhetők ki. A cellulóz nanokristályokat nagy felületük, rendkívüli merevségük és szakítószilárdságuk jellemzi. CNC-k’ A szakítószilárdság felülmúlja az üveg vagy alumínium szilárdságát. A cellulóz nanokristályok meglehetősen olcsók, és ezáltal versenyképes nano-adalékok, ha az árról, a rendelkezésre állásról, a toxicitásról és a fenntarthatóságról van szó.
A szonikálás egy könnyen használható, gyors és zöld technika, amely lehetővé teszi kiváló minőségű cellulóz nanokristályok előállítását.
Sosiati et al. 2014 megmutatja az ultrahangos kezelés jótékony hatásait a szálfeldolgozásra.
Nagy teljesítményű ultrahangos készülékek szálfeldolgozáshoz
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos berendezéseket gyárt nagy teherbírású alkalmazásokhoz. Ultrahangos rendszereink kötegelt vagy folyamatos inline feldolgozásra használhatók. Minden Hielscher ipari ultrahangos processzor nagyon nagy amplitúdót képes biztosítani. Akár 200 μm-es amplitúdók is könnyedén működtethetők folyamatosan 24/7 üzemben. Még nagyobb amplitúdók esetén testreszabott ultrahangos sonotrodes áll rendelkezésre. Azonban a nagyon nagy amplitúdók képessége önmagában nem elegendő a sikeres ultrahangos szálas folyamat futtatásához, mint például a retting vagy a fibrilláció. A nyersanyagtól és a célzott eredménytől függően a folyamat paraméterei – nevezetesen amplitúdó, nyomás, hőmérséklet és idő – pontosan vezérelhetőnek és állíthatónak kell lennie.
A Hielscher digitális ultrahangos processzorai automatikusan rögzítik az összes folyamatadatot egy integrált SD-kártyán, így a folyamat eredményei reprodukálhatók. Az amplitúdó és a feldolgozási intenzitás pontosan beállítható és szabályozható nagyon enyhe és nagyon intenzív ultrahangos körülmények között. Ez lehetőséget ad arra, hogy különböző anyagokat dolgozzon fel az optimális teljesítmény érdekében.
A Hielscher ultrahangos berendezésének robusztussága lehetővé teszi az 24/7 működést nagy teherbírású és igényes környezetben.
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
Nagy teljesítményű ultrahangos processzorok laboratóriumtól kísérleti és ipari méretekig.
Irodalom/Hivatkozások
- Diana P.Ferreira, Juliana Cruz, Raul Fangueiro (2019): 1. fejezet – Természetes szálak felületi módosítása polimer kompozitokban. Zöld kompozitok autóipari alkalmazásokhoz. Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering 2019, 3-41. oldal.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014): A kókuszrostra, lenre és kenderrostra gyakorolt ultrahangos hatás jellemzése. Anyagok Levelek 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014): A kémiai kezelések hatása a
a természetes cellulóz jellemzői. AIP Conference Proceedings 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska , R. Kozłowski, J. Batog (2008): Nanolignin módosított vászonszövet mint többfunkciós termék. Molekuláris kristályok és folyadékkristályok Vol. 484, 1. szám, 2008.
Tények, amelyeket érdemes tudni
kenderrost
A kender egy többcélú növény, amelyet kendermaghoz, majd magolajhoz, terpenoidokhoz és kannabinoidokhoz (azaz CBD, CBG stb.) és kenderszalmához használnak, amelyek értékes rostanyaggá feldolgozhatók. A kenderrost minőségét illetően megkülönböztetjük az úgynevezett vontatószálakat, amelyek nem összehangolt, rövid szálkötegek és az úgynevezett vonalszálakat, amelyek hosszú (hosszanti vonalú) szálak.
A rövid szálkötegeket műszaki szálaknak is nevezik, és főként az autóiparban, papírgyártáshoz és bioalapú kompozitokhoz használják. A hosszú kenderszálakat textil és nagy értékű alkalmazásokhoz, például nagy teljesítményű kompozitokhoz és biokompozitokhoz használják.
Kenderrost termelés:
A rostkendert (rosttermelésre termesztett kender) ideális esetben virágzás előtt szüretelik. Ez a korai termés jobb rostminőséget eredményez, mivel a minőség romlik, ha a virágzás megengedett. Általában a rostkendert a vetés után 70-90 nappal szüretelik. A kender betakarításához a növényeket 2-3 cm-rel a talaj fölé vágjuk, majd néhány napig szárítjuk. A betakarítás után a kendert visszahúzzák. Az áztatás olyan folyamat, amely nedvességet és mikrobákat használ a növényi pektinek lebontására, amelyek kémiailag összekapcsolják a kenderszárat. Hagyományosan a kenderszárakat vízzel vagy harmattal újrapirították, mielőtt a szálakat levágták. Az áztatási folyamat megkönnyíti a háncs későbbi elválasztását az úgynevezett kenderhurdtól vagy siv-től (amely a kenderszárak fás magja). Az áztatás után a kenderszárakat szárítjuk (15% -nál kisebb nedvességtartalomig, és óvadékba helyezzük.
A kenderrostok előállításához és adalékanyagként történő előállításához a szálakat el kell különíteni egy úgynevezett folyamatban “vágás”. A tilolási folyamat során a kenderszalmát mechanikusan megmunkálják, hogy csőrrel lebontsák a kendernövényt, pl. kalapácsmalom segítségével. Ebben a mechanikai folyamatban a kendert addig verik a képernyőhöz, amíg gát, kisebb háncsszálak és por nem esik át a képernyőn. A modern, nagy sebességű kinematikai dekortikáló gépek képesek a kendert három áramra elválasztani; bast rost, hurd és zöld mikroszálas.
A kender cellulóztartalma kb. 70-77%. A kenderszálak kiválóan helyettesítik a fa cellulózszálakat
A kenderszálak előnyei
- Költséghatékony
- nagy szakítószilárdság és merevség
- Ideális tűlyukasztott nemszövött termékekhez
- az üvegszál hatékony helyettesítése
- csökkenti a fröccsöntési időt
- súlycsökkentés a kész alkatrészben
- könnyen feldolgozható és újrahasznosítható
- testreszabható, hogy megfeleljen a különböző specifikációknak és a különböző gyártási rendszereknek
- az ellátás állandó minősége és rendelkezésre állása lehetséges
Szálas bioanyagok
Amikor a szalmarostot lenszalmából vonják ki, a szár rostmentes részeit, a mag kivételével, általában szilánknak vagy gátaknak nevezik. Például az olajos magvakban a szilánkok kb. 70 – A szalma teljes tömegének 85% -a, ami a szilánkot a lenszalma feldolgozásának fő melléktermékévé teszi.
Az ultrahanggal előállított, nano-strukturált lignint többfunkciós vászonszövetek készítésére használják. A vászontextíliák nano-ligninnel történő kitöltésével többfunkciós textíliák hozhatók létre. Ezek a többfunkciós textíliák az UV-védő, antibakteriális és antisztatikus tulajdonságok további tulajdonságait kínálják.