Ultrasonik untuk Produksi Selulosa Berstruktur Nano

Nanoselulosa, aditif berkinerja tinggi yang luar biasa, telah menjadi terkenal karena aplikasinya yang serbaguna sebagai pengubah reologi, bahan penguat, dan komponen utama dalam berbagai bahan canggih. Fibril berstruktur nano ini, yang berasal dari sumber yang mengandung selulosa, dapat diisolasi secara efisien melalui homogenisasi dan penggilingan ultrasonik berdaya tinggi. Proses ini, yang dikenal sebagai sonikasi, secara signifikan meningkatkan fibrilasi, menghasilkan hasil nanoselulosa yang lebih tinggi dan menghasilkan serat yang lebih halus dan lebih tipis. Teknologi ultrasonik melampaui metode manufaktur konvensional, berkat kemampuannya untuk menghasilkan gaya geser tinggi kavitasi yang ekstrim, menjadikannya alat yang luar biasa untuk produksi nanoselulosa.

Pembuatan Nanocellulose Ultrasonik

Kekuatan ultrasonik yang besar membantu pada saat ekstraksi dan isolasi mikro-nano selulosa dan dari berbagai sumber bahan selulosa seperti kayu, serat lignoselulosa (serat pulp), dan residu yang mengandung selulosa.
Untuk melepaskan serat tanaman dari bahan sumber, ultrasonik grinding dan Homogenisasi adalah metode yang ampuh dan handal, yang memungkinkan untuk mengolah volume yang sangat besar. Pulp tersebut dimasukkan ke dalam sonoreaktor inline, di mana gaya geser/pemotongan ultrasonik yang tinggi memecahkan struktur sel biomassa sehingga bahan fibrilasi terbentuk.

Gambar 1 di bawah ini menunjukkan gambaran TEM “Never Dried Cotton” (NDC) diserahkan ke hidrolisis enzimatik dan disonikasi dengan a Hielscher isonator tipe probe UP400S selama 20 menit.
[Bittencourt dkk. 2008]

Gambar 2 di bawah ini menunjukkan gambar SEM dari film viscose, disampaikan ke hidrolisis enzimatik, diikuti dengan sonikasi dengan model sonicator Hielscher UP400S.
[Bittencourt dkk. 2008]

Ultrasonik nanocellulose pengolahan bisa juga berhasil dikombinasikan dengan pengobatan TEMPO-teroksidasi serat. Dalam proses TEMPO, selulosa nanofibers yang menggunakan sistem oksidasi yang menggunakan 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-1-oxyl (TEMPO) sebagai katalisator, dan natrium bromida (NaBr) dan Natrium hipoklorit (NaOCl). Penelitian telah membuktikan bahwa efisiensi oksidasi meningkat secara signifikan saat oksidasi dilakukan dengan iradiasi ultrasonik.

Dispersi Ultrasonik Nanoselulosa

Dispersi nanoselulosa menunjukkan perilaku reologi yang luar biasa karena viskositasnya yang tinggi pada konsentrasi nanoselulosa rendah. Hal ini membuat nanocellulose aditif yang sangat menarik sebagai pengubah rheologi, stabilizer dan gellant untuk berbagai aplikasi, mis. di industri pelapis, kertas, atau makanan.
Dispersi ultrasonik adalah metode ideal untuk mendapatkan nanoselulosa terdispersi tunggal berukuran halus. Karena nanoselulosa sangat menipis geser, ultrasound daya adalah teknologi yang lebih disukai untuk merumuskan suspensi nanoselulosa karena kopling ultrasound berdaya tinggi ke dalam cairan menciptakan gaya geser yang ekstrim.
Klik di sini untuk mempelajari lebih lanjut tentang ultrasonik kavitasi dalam cairan!
Setelah sintesis selulosa nanokristalin, nanoselulosa sering tersebar secara ultrasonik ke dalam media cair, misalnya pelarut non-polar atau polar seperti dimethylformamide (DMF), untuk merumuskan produk akhir (misalnya nanokomposit, pengubah reologis, dll.) Karena CNF digunakan sebagai aditif dalam formulasi bermacam-macam, dispersi yang andal sangat penting. Ultrasonication menghasilkan fibril yang stabil dan tersebar secara seragam.

Pengeringan serat nano selulosa yang ditingkatkan secara ultrasonik

Pengeringan serat nano selulosa yang ditingkatkan secara ultrasonik adalah teknik mutakhir yang secara signifikan meningkatkan efisiensi penghilangan air – menjadikan serat nano selulosa sebagai aditif yang sangat menarik untuk produksi kertas nano. Serat nanoselulosa, biasanya membutuhkan pengeringan yang intensif karena kapasitas retensi airnya yang tinggi. Dengan menerapkan gelombang ultrasonik, proses ini dipercepat melalui pembangkitan gaya kavitasi yang kuat, yang mengganggu matriks air dan memfasilitasi pengusiran air yang lebih cepat dan lebih seragam. Ini tidak hanya mengurangi waktu pengeringan tetapi juga meningkatkan integritas struktural dan sifat mekanik dari serat nano selulosa yang dihasilkan, menjadikannya metode yang sangat efektif dalam produksi kertas nano berkualitas tinggi dan bahan nano lainnya.
Pelajari lebih lanjut tentang pengeringan ultrasonik kertas nano!

Produksi Nanoselulosa Industri menggunakan Power Ultrasound

Hielscher Ultrasonics menawarkan rangkaian komprehensif solusi ultrasonik yang kuat dan andal, dari ultrasonicators skala laboratorium kecil hingga sistem industri skala besar, ideal untuk pemrosesan komersial nanoselulosa. Keuntungan utama dari sonicator tipe probe industri Hielscher terletak pada kemampuannya untuk memberikan kondisi ultrasonik yang optimal melalui sonoreaktor alirannya, yang tersedia dalam berbagai ukuran dan geometri. Reaktor ini memastikan bahwa energi ultrasound diterapkan secara konsisten dan seragam pada bahan selulosa, yang mengarah pada hasil pemrosesan yang unggul.

Sonikator bench-top Hielscher, seperti UIP1000hdT, UIP2000hdT, dan UIP4000hdT, mampu menghasilkan beberapa kilogram nanoselulosa setiap hari, sehingga cocok untuk kebutuhan produksi skala menengah. Untuk produksi komersial skala besar, unit industri penuh seperti UIP10000 dan UIP16000hdT dapat menangani aliran massa yang luas, memungkinkan produksi nanoselulosa volume tinggi yang efisien.

Salah satu keuntungan paling signifikan dari sistem ultrasonik Hielscher adalah skalabilitas liniernya. Ultrasonicator bench-top dan industri dapat dipasang dalam kelompok, memberikan kapasitas pemrosesan yang hampir tidak terbatas, menjadikannya pilihan ideal untuk operasi yang membutuhkan throughput tinggi dan kinerja yang andal dalam produksi nanoselulosa.