Թղթի արտադրության համար ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի արագացված ջրազրկում
Կաթնաթթվի (LA) մոդիֆիկացիայի հետ համակցված հնչյունավորումը էկոլոգիապես մաքուր մոտեցում է թղթի արտադրության համար ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի (CNFs) ջրազրկման գործընթացն արագացնելու համար: Ցելյուլոզային նանոմանրաթելերը հայտնի են իրենց բարձր ջրի պահպանմամբ՝ առաջացնելով ջրահեռացման գործընթացի զգալի ձգձգումներ, նանոթղթի պատրաստման կարևոր քայլ և նանոցելյուլոզային այլ կիրառություններ: Մեթոդը նվազեցնում է արտահոսքի ժամանակը 75%-ով, 45 րոպեից մինչև 10 րոպե՝ բջջանյութի հիդրօքսիլ խմբերի էսթերիֆիկացման միջոցով կաթնաթթվով, ձայնային ազդեցության տակ: Այս փոփոխությունը նաև նվազեցնում է կասեցման մածուցիկությունը և ապացուցում է, որ այն արդյունաբերական մասշտաբային է, առաջարկելով գործնական լուծում՝ ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի վրա հիմնված արտադրանքի արդյունավետությունն ու արտադրության արագությունը բարձրացնելու համար:
Sonicator UIP16000 Ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի և թղթի զանգվածի արդյունաբերական մշակման համար։
Կաթնաթթվով մոդիֆիկացված ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի արագ ջրազրկում` ձայնային ազդեցության տակ
(Ուսումնասիրություն և պատկեր՝ ©Sethi et al., 2018)
Ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի ջրազրկման արդյունավետությունը ուլտրաձայնային կաթնաթթվի ձևափոխման միջոցով
Ցելյուլոզային նանոմանրաթելերը (CNF) հայտնի են թղթի արտադրության մեջ իրենց բազմաթիվ առավելությունների համար, ինչպիսիք են ամրության բարձրացումը և ռեոլոգիայի փոփոխումը: Այնուամենայնիվ, մեկ էական թերություն ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի կախոցներից ջուրը քամելու համար պահանջվող չափազանց մեծ քանակն է, որը նանոթղթերի պատրաստման կարևոր քայլ է: Այս մարտահրավերը ոչ միայն ազդում է նանոթղթի արտադրության վրա, այլ նաև խոչընդոտում է նանոցելյուլոզայի արդյունաբերական վերամշակմանը այլ պատրաստի արտադրանքի մեջ: Երկարատև ջրահեռացման ժամանակը հիմնականում պայմանավորված է ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի կողմից ջրի բարձր պահպանմամբ, ինչը խոչընդոտ է ցելյուլոզային նանոմանրաթելից ստացված արտադրանքի առևտրայնացման գործում:
Ստորև ձեզ ենք ներկայացնում Սեթիի և գործընկերների (2018) գիտական ուսումնասիրության արդյունքները, ովքեր մշակել են ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի ուլտրաձայնային օգնությամբ կաթնաթթվային մոդիֆիկացիան, ինչը հանգեցնում է CNF-ների 75%-ով ավելի արագ ջրազրկման և նյութի բարելավված գործառույթների:
Ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի ուլտրաձայնային ձևափոխում կաթնաթթվով
Այս խնդիրը լուծելու համար մշակվել է էկոլոգիապես մաքուր, ջրի վրա հիմնված մոտեցում, որը ներառում է ձայնային էներգիա և կաթնաթթու (LA)՝ ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի մակերեսը փոփոխելու համար: Այս մեթոդը զգալիորեն արագացնում է ջրազրկման գործընթացը՝ նվազեցնելով ջրահեռացման ժամանակը մինչև 75%:
Փոփոխության գործընթացը ներառում է ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի կախոցների նոսրացում մինչև 0.35 wt.% կոնցենտրացիայի և կաթնաթթվի ավելացում տարբեր քանակությամբ՝ համեմատած ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի չոր պարունակության հետ (0.5 անգամ, 1 անգամ, 5 անգամ և 10 անգամ ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի չոր պարունակությունից: կասեցում): Նանոմանրաթելերը, ջուրը և կաթնաթթուն խառնվում են բարձր արագությամբ հարիչի միջոցով 1500 պտույտ/րոպե 5 րոպեով, և այնուհետև հնչյունավորում են Hielscher UP400S sonicator-ով, որը հագեցած է տիտանի ծայրով (22 մմ տրամագծով): The sonication իրականացվում է տարբեր էներգիայի մակարդակներում, առավելագույն հաղորդվող էներգիայի 600 J/ml, որը համապատասխանում է 10 րոպե sonication.
Ազդեցությունը ջրահեռացման ժամանակի վրա
Ուլտրաձայնային-կաթնաթթվային փոփոխությունը մեծ ազդեցություն ունի ցելյուլոզային նանոմանրաթելային կախույթների արտահոսքի ժամանակի վրա: Հղման կախոցը ջրազրկելու համար տևում է մոտավորապես 45 րոպե: Կաթնաթթվի մոդիֆիկացիայի միջոցով ձայնագրման միջոցով այս ժամանակը կրճատվում է մինչև 10 րոպե, ինչը ներկայացնում է 75% բարելավում: Նույնիսկ մեղմ սոնիկացիայի դեպքում (5 Ջ/մլ), արտահոսքի ժամանակը կրկնակի կրճատվում է մինչև 23 րոպե: Դրենաժային ժամանակը նվազում է ձայնային էներգիայի ավելացման հետ մեկտեղ՝ ի վերջո հասնելով սարահարթի մոտ 10 րոպեի ընթացքում:
Այս բարելավումը վերագրվում է ցելյուլոզայի հիդրոֆիլ հիդրօքսիլ խմբերի փոխարինմանը կաթնաթթվի հիդրոֆոբ մասերով: Հիդրօքսիլային խմբերը հիմնականում պատասխանատու են ջրի բարձր պահպանման համար: Կաթնաթթուն, իր կարբոքսիլային խմբով, կարող է մասնակցել էսթերիֆիկացման ռեակցիայի բջջանյութի հիդրօքսիլ խմբերի հետ՝ ձայնային ազդեցությամբ: Sonication-ը հեղուկ միջավայրում ստեղծում է փոքր վակուումային խոռոչներ, որոնք փլուզվում են՝ առաջացնելով ծայրահեղ պայմաններ (5000 K ջերմաստիճան և 1000 ատմ ճնշում), որոնք բավարար են քիմիական ռեակցիաներ հրահրելու համար, ներառյալ էսթերֆիկացումը:
Sonication էներգիան ընդդեմ ջրահեռացման ժամանակի (րոպեներով) նանոթղթի պատրաստման համար (համապատասխանում է CNF(1)LA նմուշին):
100 J/ml sonication էներգիան համապատասխանում է 100 վայրկյան sonication-ին և այլն:
(Ուսումնասիրություն և պատկեր՝ ©Sethi et al., 2018)
Ցելյուլոզային նանոֆիբրային կախոցների մածուցիկության նվազեցում
Sonication էներգիան նաև նպաստում է ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի կախոցների մածուցիկության նվազմանը: Մածուցիկությունը հակադարձ համեմատական է ձայնային էներգիայի հետ, ամենացածր մածուցիկությունը դիտվում է 600 Ջ/մլ, որին հաջորդում են 300 Ջ/մլ և 60 Ջ/մլ: Մածուցիկության այս նվազումը հետագայում նպաստում է ջրազրկման արդյունավետության բարելավմանը:
Զոնդի տիպի Sonicator UIP2000hdT արդյունաբերական CNF փոփոխության համար
Ուլտրաձայնային ցելյուլոզային նանոմանրաթելային ձևափոխման արդյունաբերական նշանակությունը
Ուլտրաձայնային-կաթնաթթվային ձևափոխման մեթոդը ոչ միայն արդյունավետ է, այլև համատեղելի արդյունաբերական կիրառությունների հետ: Hielscher-ի գերժամանակակից ձայնային սարքերը, որոնք ունակ են կարգավորել մեծ ծավալների մշակումը, կարող են արդյունավետ կերպով կատարել առաջադրանքը՝ այս մեթոդը հարմարեցնելով լայնածավալ գործողությունների համար:
Բացի այդ, այս մոտեցումը թույլ է տալիս ներառել մինչև 10 wt.% ցելյուլոզային նանոմանրաթելեր թղթե թերթերում, ընդ որում ջրազրկումն ավարտվում է ընդամենը 2 րոպեում, չփոփոխված ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի 23 րոպեի համեմատ: Այս նշանակալի բարելավումը կարող է հեղափոխել ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի օգտագործումը թղթի արտադրության մեջ՝ հաղթահարելով դրանց առևտրայնացման հիմնական խոչընդոտներից մեկը:
Sonicators ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի և թղթի արտադրության համար
Ստորև բերված աղյուսակը ցույց է տալիս մեր զոնդային տիպի sonicators-ի մոտավոր մշակման հզորությունը.
| Խմբաքանակի ծավալը | Հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 10-ից 2000 մլ | 20-ից 400 մլ / րոպե | UP200Ht, UP400 Փ |
| 0.1-ից 20լ | 0.2-ից 4լ/րոպե | UIP2000hdT |
| 10-ից 100 լ | 2-ից 10 լ / րոպե | UIP4000hdT |
| 15-ից 150 լ | 3-ից 15 լ / րոպե | UIP6000hdT |
| ԱԺ | 10-ից 100 լ / րոպե | UIP16000 |
| ԱԺ | ավելի մեծ | կլաստերի UIP16000 |
- բարձր արդյունավետություն
- գերժամանակակից տեխնոլոգիա
- հուսալիություն & ամրություն
- կարգավորելի, ճշգրիտ գործընթացի վերահսկում
- խմբաքանակ & ներդիր
- ցանկացած ծավալի համար
- խելացի ծրագրակազմ
- խելացի գործառույթներ (օրինակ՝ ծրագրավորվող, տվյալների արձանագրություն, հեռակառավարում)
- հեշտ և անվտանգ գործելու համար
- ցածր սպասարկում
- CIP (մաքուր տեղում)
Դիզայն, արտադրություն և խորհրդատվություն – Որակյալ Արտադրված է Գերմանիայում
Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը հայտնի են իրենց բարձր որակի և դիզայնի չափանիշներով: Հզորությունը և հեշտ շահագործումը թույլ են տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի սահուն ինտեգրումը արդյունաբերական օբյեկտներում: Կոպիտ պայմանները և պահանջկոտ միջավայրերը հեշտությամբ կառավարվում են Hielscher ուլտրաձայնային սարքերի կողմից:
Hielscher Ultrasonics-ը ISO սերտիֆիկացված ընկերություն է և հատուկ շեշտադրում է կատարում բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքերի վրա, որոնք բնութագրվում են ժամանակակից տեխնոլոգիաներով և օգտագործողների համար հարմարավետությամբ: Իհարկե, Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը համապատասխանում են ԵԽ-ին և համապատասխանում են UL, CSA և RoH-ների պահանջներին:
Արդյունաբերական ուլտրաձայնային ռեակտոր՝ փոփոխված ցելյուլոզային նանոմանրաթելերի արդյունաբերական արտադրության համար՝ օգտագործելով ուժային ուլտրաձայնային:
Գրականություն / Հղումներ
- Jatin Sethi, Kristiina Oksman, Mirja Illikainen, Juho Antti Sirviö (2018): Sonication-assisted surface modification method to expedite the water removal from cellulose nanofibers for use in nanopapers and paper making. Carbohydrate Polymers, Volume 197, 2018. 92-99.
- Jatin Sethi; Henrikki Liimatainen; Juho Antti Sirviö (2021): Fast and Filtration-Free Method to Prepare Lactic Acid-Modified Cellulose Nanopaper. ACS Omega, 6, 29; 2021. 19038–19044.
- Zanghellini, Benjamin; Knaack, Patrick; Schörpf, Sebastian; Semlitsch, Karl-Heinz; Lichtenegger, Helga; Praher, B.; Omastová, Mária; Rennhofer, Harald (2021): Solvent-Free Ultrasonic Dispersion of Nanofillers in Epoxy Matrix. Polymers 13, 2021.
- Shojaeiarani, J., Bajwa, D., Holt, G. (2020): Sonication amplitude and processing time influence the cellulose nanocrystals morphology and dispersion. Nanocomposites, 6(1), 2020. 41–46.
Հաճախակի տրվող հարցեր
Ինչի համար են օգտագործվում ցելյուլոզային նանոֆիբրիլները:
Ցելյուլոզային նանոֆիբրիլներն օգտագործվում են թղթե արտադրանքի ամրությունն ու ռեոլոգիան բարձրացնելու, նանոթղթեր ստեղծելու և տարբեր նյութերը կոմպոզիտներում, փաթեթավորման և կենսաբժշկական կիրառություններում ամրացնելու համար:
Ի՞նչ են նանոթղթերը:
Նանոթղթերը թղթային նյութեր են, որոնք պատրաստված են ցելյուլոզային նանոմանրաթելերից, որոնք բնութագրվում են իրենց բարձր ամրությամբ, թափանցիկությամբ և գերազանց խոչընդոտող հատկություններով: Դրանք օգտագործվում են առաջադեմ ծրագրերում, ինչպիսիք են ճկուն էլեկտրոնիկան, փաթեթավորումը և ֆիլտրացումը:
Ո՞րն է տարբերությունը CNC-ի և CNF-ի միջև:
CNC (ցելյուլոզային նանոֆիբրիլներ) և CNF (ցելյուլոզային նանոֆիբրիլներ) միջև առաջնային տարբերությունը կայանում է նրանց կառուցվածքի և հատկությունների մեջ: CNC-ները խիստ բյուրեղային, ձողանման մասնիկներ են, որոնք ստացվում են ցելյուլոզայի բյուրեղային հատվածներից, որոնք առաջարկում են կոշտություն և բարձր մեխանիկական ուժ: Ի հակադրություն, CNF-ները երկար, ճկուն և խճճված մանրաթելեր են ինչպես բյուրեղային, այնպես էլ ամորֆ հատվածներով, որոնք ապահովում են ուժի և ճկունության համադրություն:
Hielscher Ultrasonics-ը արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ լաբորատորիա դեպի արդյունաբերական չափս.