Produzione a ultrasuoni di cellulosa nanostrutturata

La nanocellulosa, uno straordinario additivo ad alte prestazioni, si è fatta notare per le sue versatili applicazioni come modificatore reologico, agente rinforzante e componente chiave di vari materiali avanzati. Queste fibrille nano-strutturate, derivate da qualsiasi fonte contenente cellulosa, possono essere efficacemente isolate mediante omogeneizzazione e macinazione a ultrasuoni ad alta potenza. Questo processo, noto come sonicazione, migliora in modo significativo la fibrillazione, con una maggiore resa di nanocellulosa e la produzione di fibre più fini e sottili. La tecnologia a ultrasuoni supera i metodi di produzione convenzionali, grazie alla sua capacità di generare forze di taglio elevate e cavitazionali estreme, che la rendono uno strumento eccezionale per la produzione di nanocellulosa.

Produzione a ultrasuoni di nanocellulosa

Gli ultrasuoni ad alta potenza contribuiscono all'estrazione e all'isolamento di micro e nano-cellulosa da varie fonti di materiali cellulosici come legno, fibre lignocellulosiche (fibre di cellulosa) e residui contenenti cellulosa.
Per liberare le fibre vegetali dal materiale di partenza, gli ultrasuoni rettifica e Omogeneizzazione è un metodo potente e affidabile, che consente di trattare volumi molto grandi. La polpa viene introdotta in un sonoreattore in linea, dove le forze ultrasoniche ad alto taglio rompono la struttura cellulare della biomassa in modo da rendere disponibile la materia fibrillosa.

La Figura 1 mostra un'immagine TEM di “Cotone mai essiccato” (NDC) sottoposto ad idrolisi enzimatica e sonicato con un Sonicatore a sonda Hielscher UP400S per 20 minuti.
[Bittencourt et al. 2008].

La Figura 2 mostra un'immagine SEM di un film di viscosa, sottoposto a idrolisi enzimatica, seguita da sonicazione con il sonicatore Hielscher modello UP400S.
[Bittencourt et al. 2008].

La lavorazione della nanocellulosa a ultrasuoni può essere combinata con successo anche con il trattamento delle fibre ossidate con TEMPO. Nel processo TEMPO, le nanofibre di cellulosa sono prodotte da un sistema di ossidazione che utilizza il 2,2,6,6-tetrametilpiperidinil-1-ossile (TEMPO) come catalizzatore e bromuro di sodio (NaBr) e ipoclorito di sodio (NaOCl). La ricerca ha dimostrato che l'efficienza dell'ossidazione è significativamente migliorata quando l'ossidazione è condotta sotto irradiazione ultrasonica.

Dispersione a ultrasuoni di nanocellulosa

Le dispersioni di nanocellulosa dimostrano uno straordinario comportamento reologico grazie all'elevata viscosità a basse concentrazioni di nanocellulosa. Ciò rende la nanocellulosa un additivo molto interessante come modificatore reologico, stabilizzatore e gellante per diverse applicazioni, ad esempio nell'industria dei rivestimenti, della carta o degli alimenti. Per esprimere le sue proprietà uniche, la nanocellulosa deve essere
La dispersione a ultrasuoni è il metodo ideale per ottenere nanocellulosa singola e di dimensioni fini. Poiché la nanocellulosa è altamente diluibile al taglio, gli ultrasuoni di potenza sono la tecnologia preferibile per formulare le sospensioni nanocellulosiche, poiché l'accoppiamento degli ultrasuoni ad alta potenza con i liquidi crea forze di taglio estreme.
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Dopo la sintesi della cellulosa nanocristallina, la nanocellulosa viene spesso dispersa a ultrasuoni in un mezzo liquido, ad esempio un solvente non polare o polare come la dimetilformammide (DMF), per formulare un prodotto finale (ad esempio nanocompositi, modificatori reologici, ecc.) Poiché le CNF sono utilizzate come additivi in molteplici formulazioni, una dispersione affidabile è fondamentale. Gli ultrasuoni producono fibrille stabili e uniformemente disperse.

Miglioramento della disidratazione a ultrasuoni di nanofibre di cellulosa

La disidratazione a ultrasuoni di nanofibre di cellulosa è una tecnica all'avanguardia che migliora significativamente l'efficienza della rimozione dell'acqua. – rendendo le nanofibre di cellulosa un additivo molto interessante per la produzione di nanocarta. Le fibre di nanocellulosa, in genere, richiedono una lunga disidratazione a causa della loro elevata capacità di trattenere l'acqua. Applicando onde ultrasoniche, questo processo viene accelerato grazie alla generazione di intense forze cavitazionali, che disgregano la matrice d'acqua e facilitano un'espulsione più rapida e uniforme dell'acqua. Ciò non solo riduce i tempi di essiccazione, ma migliora anche l'integrità strutturale e le proprietà meccaniche delle nanofibre di cellulosa risultanti, rendendolo un metodo altamente efficace nella produzione di nanocarte e altri nanomateriali di alta qualità.
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Produzione industriale di nanocellulosa con ultrasuoni di potenza

Hielscher Ultrasonics offre una gamma completa di soluzioni a ultrasuoni potenti e affidabili, dai piccoli ultrasuoni da laboratorio ai sistemi industriali su larga scala, ideali per il trattamento commerciale della nanocellulosa. Il vantaggio principale dei sonicatori industriali a sonda Hielscher risiede nella loro capacità di fornire condizioni ultrasoniche ottimali grazie ai sonoreattori a flusso continuo, disponibili in varie dimensioni e geometrie. Questi reattori assicurano che l'energia degli ultrasuoni sia applicata in modo coerente e uniforme al materiale cellulosico, portando a risultati di lavorazione superiori.

I sonicatori da banco Hielscher, come UIP1000hdT, UIP2000hdT e UIP4000hdT, sono in grado di produrre diversi chilogrammi di nanocellulosa al giorno, il che li rende adatti alle esigenze di produzione su media scala. Per la produzione commerciale su larga scala, le unità industriali complete come la UIP10000 e la UIP16000hdT sono in grado di gestire flussi di massa estesi, consentendo una produzione efficiente di volumi elevati di nanocellulosa.

Uno dei vantaggi più significativi dei sistemi a ultrasuoni Hielscher è la loro scalabilità lineare. Sia gli ultrasonici da banco che quelli industriali possono essere installati in cluster, fornendo una capacità di lavorazione virtualmente illimitata, che li rende una scelta ideale per le operazioni che richiedono un'elevata produttività e prestazioni affidabili nella produzione di nanocellulosa.