Կանեփի մանրաթելերի ուլտրաձայնային մշակում
- Թելավոր նյութերի, օրինակ՝ կանեփի և կտավատի մանրաթելերի ուլտրաձայնային թրջաքայքայումը թույլ է տալիս արագ և արդյունավետ կերպով փոփոխել մանրաթելերը։
- Ուլտրաձայնով մշակված կեղևաթելերը ֆիբրիլացված են և ունեն զգալիորեն ավելի մեծ տեսակարար մակերես, ձգման նկատմամբ բարձրացած ամրություն և ճկունություն։
- Մանրաթելերի ուլտրաձայնային մշակումը արդյունաբերական արտադրության համար նախատեսված արագ և կիրառման համար դյուրին մշակման տեխնոլոգիա է։
Ուլտրաձայնային թրջաքայքայում
Ուլտրաձայնային թրջաքայքայումը ավանդական ջրային կամ ցողային թրջաքայքայման արագ, արդյունավետ և էկոլոգիապես բարենպաստ այլընտրանք է։ Բարձր ինտենսիվության, ցածր հաճախականության ուլտրաձայնով առաջացող ակուստիկ կավիտացիան քայքայում է կենսանյութերի բջջային կառուցվածքները, օրինակ՝ ոչ փայտային բուսական մանրաթելերինը, որոնք ներառում են կեղևաթելեր, ինչպիսիք են կտավատը, կանեփը, եղինջը, ցորենի ծղոտը, բրնձի ծղոտը, ջուտը, ինչպես նաև տերևներից ստացվող մանրաթելեր (օրինակ՝ սիզալ, մանիլյան կանեփ, աբակա) և պտուղներից ստացվող մանրաթելեր, ինչպիսին է կոկոսի կեղևից ստացվող կոյրը։
Ուլտրաձայնային ապախճճումը միկրոմանրաթելերը (մոտ 3–5µm) վերածում է նանոմանրաթելերի (≥100nm)։ Ավելին, ուլտրաձայնային մշակումը լուծույթում առաջացրել է մաքուր քսիլոգլյուկանի և քսիլանի քայքայում՝ ցույց տալով հեմիցելյուլոզը քայքայելու ուլտրաձայնի ունակությունը։
Թեև ուլտրաձայնային թրջաքայքայումը հիմնականում իրականացվում է ջրային լուծույթում, հնարավոր է՝ կախված հումքից և նպատակային արդյունքից, ուլտրաձայնային գործընթացը համակցել ալկալային մշակման հետ։ NaOH, H2O2 և H2SO4 լուծույթները կարող են օգտագործվել ալկալացման համար՝ մշակման կարճ ժամանակահատվածում ցելյուլոզային նանոմանրաթելեր ստանալու նպատակով։ Ուլտրաձայնային մշակմամբ կարելի է հեշտությամբ հասնել ցելյուլոզային միկրոմանրաթելերի ֆիբրիլացման։ Ուլտրաձայնով ստացված մանրաթելերն ունեն յուրահատուկ մորֆոլոգիա, որի դեպքում նանոմանրաթելերը (≥ 100nm) բաշխված են միկրոմանրաթելերի (3–5µm) ամբողջ մակերեսով։
Ուլտրաձայնային մշակմամբ կամ առանց դրա ստացված կտավատի, կանեփի և կոյրի մանրաթելերի վերլուծություն՝ սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակմամբ։
աղբյուր՝ Renouard և համահեղինակներ, 2014
UIP4000hdT (4kW) արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսոր՝ մանրաթելերի մշակման համար
Կանեփի մանրաթելերի ուլտրաձայնային մշակում
Կանեփի սերմերի և ֆիտոկանաբինոիդների շուկայի աճին զուգընթաց աճում է նաև կանեփի ծղոտի արտադրությունը։ Որպես կողմնակի արտադրանք՝ կանեփի ծղոտը և դրա մանրաթելերը հիմնականում օգտագործվում են թղթի կամ գեոտեքստիլի արտադրության, կոմպոզիտային նյութերի ամրանավորման համար, ինչպես նաև որպես շինանյութ։
Չորացրած և կտրատած կեղևաթելային ծղոտը կարող է օգտագործվել որպես հումք ուլտրաձայնային մշակման համար, սակայն ուլտրաձայնային գործընթացի ավելի բարձր արդյունք ապահովելու նպատակով խորհուրդ է տրվում օգտագործել (մասամբ) կեղևազերծված բնափայտային միջուկի բեկորներ։ Կեղևաթելային նյութը թրջվում է ջրում (ջրային լուծույթում), որպեսզի ստացվի պոմպով մղվող կախույթ, որը կարող է անցնել ուլտրաձայնային հոսքային խցիկով։ Ուլտրաձայնային մշակման գործընթացը տևում է ընդամենը կարճ ժամանակահատված (մոտ 30–60 sec.)։ Գիտական հետազոտությունները ցույց են տվել, որ ուլտրաձայնային մշակումը բարելավում է հեմիցելյուլոզի և լիգնինի արդյունահանումը լիգնոցելյուլոզային նյութերից։ Բացի այդ, ուլտրաձայնային մշակումը քայքայում է ցելյուլոզը և պեկտինը։ Կանեփի և կտավատի ուլտրաձայնային մշակումը նաև բարելավում է մանրաթելերի ճկունությունը և ձգման նկատմամբ ամրությունը, որոնք արժեքավոր հատկանիշներ են տեքստիլի և կոմպոզիտների արտադրության համար։
- լիգնինի պարունակության նվազեցում
- միկրո- և նանոֆիբրիլացված մանրաթելեր
- մանրաթելերի բարձրացած ճկունություն
- ձգման նկատմամբ ավելի բարձր ամրություն
- արագ գործընթաց
- շահագործման դյուրինություն
Կանեփի մանրաթելի ուլտրաձայնային-ալկալային մշակում (Ferreira և համահեղինակներ, 2019)
Ուլտրաձայնով փոփոխված կանեփի մանրաթել
Ուլտրաձայնով ֆիբրիլացված կեղևաթելը (օրինակ՝ կանեփի, կտավատի) հատկապես հարմար է որպես ամրացնող նյութ պոլիմերային խեժերի, ջերմապլաստիկ և ջերմակարծրացող կոմպոզիտների համար։
Կանեփի կեղևաթելերը արժեքավոր աղբյուր են, որից կարելի է արդյունահանել ցելյուլոզի նանաբյուրեղներ (CNCs)։ Ցելյուլոզի նանաբյուրեղները բնութագրվում են իրենց մակերևույթի մեծ մակերեսով և արտասովոր կոշտությամբ ու ձգման ամրությամբ։ Ցելյուլոզի նանաբյուրեղների ձգման ամրությունը գերազանցում է ապակու կամ ալյումինի ամրությունը։ Ցելյուլոզի նանաբյուրեղները բավական էժան են և այդպիսով մրցունակ նանոհավելանյութ են գնի, հասանելիության, թունավորության, ինչպես նաև կայունության առումով։
Ուլտրաձայնային մշակումը կիրառման համար պարզ, արագ և էկոլոգիապես բարենպաստ մեթոդ է, որը թույլ է տալիս ստանալ բարձրորակ ցելյուլոզի նանաբյուրեղներ։
Sosiati et al. 2014 աշխատանքում ցույց է տրվում ուլտրաձայնային մշակման բարենպաստ ազդեցությունը թելերի մշակման վրա։
Բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային սարքեր՝ թելերի մշակման համար
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային սարքավորումներ՝ ծանր աշխատանքային պայմաններում կիրառման համար։ Մեր ուլտրաձայնային համակարգերը կարող են օգտագործվել խմբաքանակային կամ անընդհատ հոսքային մշակման համար։ Hielscher ընկերության բոլոր արդյունաբերական ուլտրաձայնային պրոցեսորները կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ։ Մինչև 200µm ամպլիտուդներով կարելի է հեշտությամբ անընդհատ աշխատել 24/7 ռեժիմով։ Էլ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար հասանելի են անհատական պատվերով պատրաստվող ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ։ Սակայն միայն շատ բարձր ամպլիտուդներ ապահովելու հնարավորությունը բավարար չէ թելերի ուլտրաձայնային մշակման, օրինակ՝ թրջաքայքայման կամ ֆիբրիլացման, հաջող ընթացքի համար։ Կախված հումքից և նպատակադրված արդյունքից՝ գործընթացի պարամետրերը՝ ամպլիտուդը, ճնշումը, ջերմաստիճանը և ժամանակը, պետք է հնարավոր լինի ճշգրիտ վերահսկել և կարգավորել։
Hielscher ընկերության թվային ուլտրաձայնային պրոցեսորներն ինքնաբերաբար գրանցում են գործընթացի բոլոր տվյալները ներկառուցված SD քարտի վրա, ինչի շնորհիվ գործընթացի արդյունքները վերարտադրելի են։ Ամպլիտուդը և մշակման ինտենսիվությունը կարելի է ճշգրիտ կարգավորել ու վերահսկել՝ ուլտրաձայնային մշակման շատ մեղմ պայմաններից մինչև խիստ ինտենսիվ պայմաններ։ Սա ձեզ հնարավորություն է տալիս մշակել տարբեր նյութեր՝ օպտիմալ արդյունք ստանալու համար։
Hielscher ընկերության ուլտրաձայնային սարքավորումների դիմացկունությունը թույլ է տալիս աշխատել 24/7 ռեժիմով՝ ծանր բեռնվածությամբ և պահանջկոտ միջավայրերում։
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մշակման մոտավոր հզորության մասին․
| Խմբաքանակի ծավալը | Ծավալային հոսքի արագությունը | Առաջարկվող սարքերը |
|---|---|---|
| 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. | ավելի բարձր | սարքերի խումբ՝ UIP16000 |
Կապվե՛ք մեզ հետ։ / Հարցրե՛ք մեզ։
Բարձր հզորությամբ ուլտրաձայնային պրոցեսորներ՝ լաբորատոր մասշտաբից մինչև ավելի մեծ՝ փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբներ։
Գրականություն/հղումներ
- Diana P.Ferreira, Juliana Cruz, Raul Fangueiro (2019)՝ Գլուխ 1 – Բնական թելերի մակերևութային ձևափոխումը պոլիմերային կոմպոզիտներում։ Էկոլոգիապես բարենպաստ կոմպոզիտներ՝ ավտոմոբիլային կիրառությունների համար։ Woodhead Publishing հրատարակչության՝ կոմպոզիտների գիտության և ճարտարագիտության մատենաշար, 2019, էջեր 3–41։
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014)՝ Ուլտրաձայնային ազդեցության բնութագրումը կոկոսի, կտավատի և կանեփի թելերի վրա։ Materials Letters 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014)՝ Քիմիական մշակումների ազդեցությունը բնական ցելյուլոզի
բնութագրերի վրա։ AIP Conference Proceedings 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska , R. Kozłowski, J. Batog (2008)՝ Նանոլիգնինով ձևափոխված կտավատի գործվածքը՝ որպես բազմագործառույթ արտադրանք։ Molecular Crystals and Liquid Crystals, հատոր 484, համար 1, 2008.
Արժե իմանալ
Կանեփի թել
Կանեփը բազմաօգտագործման մշակաբույս է, որն օգտագործվում է կանեփի սերմեր և դրանցից՝ սերմի յուղ, տերպենոիդներ ու կանաբինոիդներ (այսինքն՝ CBD, CBG և այլն), ինչպես նաև կանեփի ծղոտ ստանալու համար, որը կարող է վերամշակվել արժեքավոր թելանյութի։ Կանեփի թելերի որակի առումով տարբերակում են այսպես կոչված կարճ թելերը, որոնք չկողմնորոշված կարճ թելախրձեր են, և այսպես կոչված երկար թելերը, որոնք երկար (երկայնական ուղղությամբ կողմնորոշված) թելեր են։
Կարճ թելախրձերը կոչվում են նաև տեխնիկական թելեր և հիմնականում օգտագործվում են ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ, թղթի արտադրության և կենսահիմքով կոմպոզիտների համար։ Կանեփի երկար թելերն օգտագործվում են տեքստիլ արտադրանքներում և բարձրարժեք կիրառություններում, օրինակ՝ բարձր գործառնական հատկություններով կոմպոզիտներում և կենսակոմպոզիտներում։
Կանեփի թելերի արտադրություն.
Թելատու կանեփը (թելերի արտադրության համար աճեցվող կանեփը) լավագույնն է հավաքել ծաղկումից առաջ։ Այս վաղ բերքահավաքը հանգեցնում է թելերի ավելի բարձր որակի, քանի որ ծաղկումը թույլ տալու դեպքում որակը նվազում է։ Սովորաբար թելատու կանեփը հավաքում են ցանքից 70–90 օր հետո։ Կանեփը հավաքելու համար բույսերը կտրում են հողից 2–3cm բարձրության վրա, ապա մի քանի օր չորացնում։ Բերքահավաքից հետո կանեփը ենթարկվում է թրջամշակման։ Թրջամշակումը գործընթաց է, որի ընթացքում խոնավության և միկրոօրգանիզմների միջոցով քայքայվում են բուսական պեկտինները, որոնք քիմիապես կապում են կանեփի ցողունի մասերը միմյանց։ Ավանդաբար կանեփի ցողունները ենթարկվում էին ջրային կամ ցողային թրջամշակման՝ նախքան թելերի քոլքումը։ Թրջամշակման գործընթացը հեշտացնում է կեղևաթելերի հետագա առանձնացումը այսպես կոչված կանեփի փայտային միջուկի բեկորներից (որոնք կանեփի ցողունների փայտային միջուկն են)։ Թրջամշակումից հետո կանեփի ցողունները չորացվում են (մինչև 15%-ից ցածր խոնավության պարունակություն) և կապոցավորվում։
Արտադրության մեջ և որպես հավելանյութեր օգտագործելու համար պիտանի կանեփի թելեր ստանալու նպատակով թելերը պետք է առանձնացվեն «քոլքում» կոչվող գործընթացով։ Քոլքման ընթացքում կանեփի ծղոտը մեխանիկորեն մշակվում է՝ կանեփի բույսը մասնատելու համար, օրինակ՝ մուրճաղացի միջոցով։ Այս մեխանիկական գործընթացում կանեփը հարվածվում է մաղին, մինչև փայտային միջուկի բեկորները, ավելի մանր կեղևաթելերը և փոշին անցնեն մաղի միջով։ Ժամանակակից արագընթաց կինեմատիկական կեղևազատող մեքենաները կարող են կանեփը բաժանել երեք հոսքի՝ կեղևաթելերի, փայտային միջուկի բեկորների և կանաչ միկրոթելի։
Կանեփում ցելյուլոզի պարունակությունը մոտ 70–77% է։ Կանեփի թելերը փայտի ցելյուլոզային թելերի գերազանց փոխարինիչ են
Կանեփի թելերի առավելությունները
- ծախսարդյունավետ են
- ունեն ձգման բարձր ամրություն և կոշտություն
- իդեալականորեն հարմար են ասեղնածակմամբ ստացվող չհյուսված արտադրատեսակների համար
- ապակեթելի արդյունավետ փոխարինիչ են
- նվազեցնում են կաղապարման ժամանակը
- նվազեցնում են պատրաստի դետալի քաշը
- հեշտ են մշակվում և վերամշակվում
- կարող են հարմարեցվել տարբեր տեխնիկական պահանջներին և արտադրական տարբեր համակարգերին համապատասխանելու համար
- հնարավոր է ապահովել կայուն որակ և մատակարարման հասանելիություն
Թելային կենսանյութեր
Երբ վուշի ծղոտից առանձնացվում են ծղոտի թելերը, ցողունի ոչ թելային մասերը՝ չներառելով սերմը, սովորաբար կոչվում են փայտային միջուկի բեկորներ։ Օրինակ՝ յուղատու վուշի դեպքում փայտային միջուկի բեկորները կազմում են ծղոտի ընդհանուր քաշի մոտ 70–85%-ը, ինչի շնորհիվ դրանք վուշի ծղոտի վերամշակման հիմնական կողմնակի արտադրանքն են։
Ուլտրաձայնով ստացված նանոկառուցվածքային լիգնինն օգտագործվում է բազմագործառույթ վուշե գործվածքներ պատրաստելու համար։ Վուշե տեքստիլ նյութերը նանոլիգնինով ներծծելով՝ կարելի է ստեղծել բազմագործառույթ տեքստիլ նյութեր։ Այդ բազմագործառույթ տեքստիլ նյութերն ապահովում են լրացուցիչ հատկություններ՝ ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների արգելապատնեշ, հակաբակտերիալ և հակաստատիկ հատկություններ։