Nano-strukturált cellulóz ultrahangos előállítása

A nanocellulóz, egy figyelemre méltó, nagy teljesítményű adalékanyag, sokoldalú alkalmazásai miatt kiemelkedő jelentőségre tett szert, mint reológiai módosító, erősítő szer és kulcsfontosságú komponens különböző fejlett anyagokban. Ezek a nanoszerkezetű fibrillák, amelyek bármilyen cellulóztartalmú forrásból származnak, hatékonyan elkülöníthetők nagy teljesítményű ultrahangos homogenizálással és őrléssel. Ez az ultrahangos kezelésként ismert folyamat jelentősen fokozza a fibrillációt, ami a nanocellulóz nagyobb hozamát eredményezi és finomabb, vékonyabb szálakat termel. Az ultrahangos technológia meghaladja a hagyományos gyártási módszereket, köszönhetően annak, hogy extrém kavitációs nagy nyíróerőket generál, így kivételes eszköz a nanocellulóz előállításához.

Nanocellulóz ultrahangos gyártása

A nagy teljesítményű ultrahang hozzájárul a mikro- és nano-cellulóz kivonásához és izolálásához különböző cellulóztartalmú anyagokból, például fa, lignocellulóz szálak (cellulózszálak) és cellulóztartalmú maradékok.
A növényi rostok felszabadítása a forrásanyagból, ultrahangos Őrlés és homogenizálás egy hatékony és megbízható módszer, amely lehetővé teszi nagyon nagy mennyiségek feldolgozását. A pépet egy inline sonoreactorba táplálják, ahol az ultrahangos nagy nyíróerők megszakítják a biomassza sejtszerkezetét, hogy a fibrillous anyag elérhetővé váljon.

Az alábbi 1. ábra egy TEM-képet mutat “Soha nem szárított pamut” (NDC) enzimatikus hidrolízisnek vetik alá, és ultrahanggal kezelik Hielscher szonda típusú szonda UP400S 20 percig.
[Bittencourt és mtsai., 2008]

Az alábbi 2. ábra egy viszkózfilm SEM-képét mutatja, amelyet enzimatikus hidrolízisnek vetünk alá, majd ultrahangos kezelést a Hielscher szonikátor modell UP400S.
[Bittencourt és mtsai., 2008]

Az ultrahangos nanocellulóz feldolgozás sikeresen kombinálható a TEMPO-oxidált szálkezeléssel. A TEMPO-eljárás során a cellulóz nanoszálakat oxidációs rendszerrel állítják elő, katalizátorként 2,2,6,6-tetrametilpiperidinil-1-oxil (TEMPO), valamint nátrium-bromid (NaBr) és nátrium-hipoklorit (NaOCl) felhasználásával. A kutatások bebizonyították, hogy az oxidációs hatékonyság jelentősen javul, ha az oxidációt ultrahangos besugárzás alatt végzik.

A nanocellulóz ultrahangos diszperziója

A nanocellulóz diszperziók rendkívüli reológiai viselkedést mutatnak alacsony nanocellulóz-koncentrációk melletti magas viszkozitásuk miatt. Ez teszi a nanocellulózt nagyon érdekes adalékanyaggá reológiai módosítóként, stabilizátorként és zselésítőként különböző alkalmazásokhoz, például a bevonat-, papír- vagy élelmiszeriparban. Egyedülálló tulajdonságainak kifejezéséhez a nanocellulóznak
Az ultrahangos diszpergálás ideális módszer finom méretű, egyszeresen diszpergált nanocellulóz előállítására. Mivel a nanocellulóz erősen nyíró-vékonyodik, a teljesítmény ultrahang az előnyben részesített technológia a nanocellulóz szuszpenziók megfogalmazására, mivel a nagy teljesítményű ultrahang folyadékokhoz való csatlakoztatása rendkívüli nyíróerőket hoz létre.
Kattintson ide, ha többet szeretne megtudni a folyadékok ultrahangos kavitációjáról!
A nanokristályos cellulóz szintézise után a nanocellulózt gyakran ultrahanggal diszpergálják folyékony közegbe, pl. nem poláros vagy poláris oldószerbe, például dimetil-formamidba (DMF), végtermék (pl. Nanokompozitok, reológiai módosító stb.) Mivel a CNF-eket adalékanyagként használják sokféle készítményben, a megbízható diszpergálás döntő fontosságú. Az ultrahangos kezelés stabil és egyenletesen diszpergált fibrillákat eredményez.

Cellulóz nanokristályok ultrahangos önösszeszerelése

Az ultrahangos kezelés fontos szerepet játszik a cellulóz nanokristályok (CNC-k) szintézisében és feldolgozásában, mivel felbontja a hidrolízisből származó aggregátumokat, diszpergálja a kötegeket, és egyenletesebb szuszpenziókat állít elő reprodukálható részecske kölcsönhatásokkal. Bár a CNC-ket általában savas hidrolízissel állítják elő, a keletkező anyag gyakran tartalmaz olyan csoportosult doméneket, amelyek akadályozhatják a megbízható önszerveződést, és a reológia és az optikai tulajdonságok tételenkénti változékonyságához vezethetnek. A szintézist követően az ellenőrzött ultrahangos energia alkalmazása javítja a diszperzió minőségét és segít a CNC morfológiájának szabványosításában, ami kritikus fontosságú a következetes koleszterikus rendeződés, a kiszámítható zselésedési viselkedés és a CNC-alapú funkcionális anyagok skálázható gyártása szempontjából. Tudjon meg többet a CNC-k ultrahanggal támogatott önösszeszereléséről!

A cellulóz nanoszálak ultrahanggal javított víztelenítése

A cellulóz nanoszálak ultrahanggal fokozott víztelenítése egy élvonalbeli technika, amely jelentősen javítja a vízeltávolítás hatékonyságát – A cellulóz nanoszálak rendkívül vonzó adalékanyaggá válnak a nanopapírgyártáshoz. A nanocellulóz szálak általában időigényes víztelenítést igényelnek magas vízmegtartó képességük miatt. Ultrahangos hullámok alkalmazásával ezt a folyamatot felgyorsítja az intenzív kavitációs erők generálása, amelyek megzavarják a vízmátrixot és megkönnyítik a gyorsabb, egyenletesebb vízkiürítést. Ez nemcsak a szárítási időt csökkenti, hanem javítja a kapott cellulóz nanoszálak szerkezeti integritását és mechanikai tulajdonságait is, így rendkívül hatékony módszer a kiváló minőségű nanopapírok és más nanoanyagok előállításában.
Tudjon meg többet a nanopapír ultrahangos víztelenítéséről!

Ipari nanocellulóz előállítása teljesítmény ultrahanggal

A Hielscher Ultrasonics erőteljes és megbízható ultrahangos megoldások átfogó választékát kínálja, a kis laboratóriumi méretű ultrahangos készülékektől a nagyméretű ipari rendszerekig, ideális a nanocellulóz kereskedelmi feldolgozásához. A Hielscher ipari szonda típusú szonda típusú szonikátorok legfontosabb előnye abban rejlik, hogy képesek optimális ultrahangos körülményeket biztosítani az átfolyó szonoreaktorokon keresztül, amelyek különböző méretűek és geometriájúak. Ezek a reaktorok biztosítják, hogy az ultrahang energiát következetesen és egyenletesen alkalmazzák a cellulóz anyagra, ami kiváló feldolgozási eredményekhez vezet.

A Hielscher asztali szonikátorok, mint például az UIP1000hdT, UIP2000hdT és UIP4000hdT, naponta több kilogramm nanocellulóz előállítására képesek, így alkalmasak közepes méretű gyártási igényekre. A nagyüzemi kereskedelmi termeléshez a teljes ipari egységek, mint például a UIP10000 és az UIP16000hdT képesek kezelni a kiterjedt tömegáramokat, lehetővé téve a nagy mennyiségű nanocellulóz hatékony előállítását.

A Hielscher ultrahangos rendszerek egyik legjelentősebb előnye a lineáris skálázhatóság. Mind az asztali, mind az ipari ultrahangos készülékek klaszterekbe telepíthetők, gyakorlatilag korlátlan feldolgozási kapacitást biztosítva, így ideális választás a nagy teljesítményt és megbízható teljesítményt igénylő műveletekhez a nanocellulóz előállításában.