超音波麻繊維加工

• 麻や亜麻繊維のような繊維状物質の超音波リッティングは、迅速かつ効率的な繊維改質を可能にする。
• 超音波処理されたバスト繊維はフィブリル化し、著しく高い比表面積、引張強さ、柔軟性を示す。
• 超音波繊維加工は、工業生産のための高速で使いやすい加工技術です。

超音波リッティング

超音波リッティングは、従来の湿式または露式リッティングに代わる、迅速かつ効率的で環境に優しい方法です。高強度、低周波の超音波によって発生する音響キャビテーションは、亜麻、麻、イラクサ、麦わら、稲わら、ジュートなどの靭皮繊維、サイザル麻、マニラ麻、アバカなどの葉由来繊維、ココナッツの殻から採取したコイアなどの果実由来繊維など、非木材の植物性繊維などのバイオ素材の細胞構造を破壊する。
超音波による解繊は、マイクロファイバー（約3～5µm）をナノファイバー（≥100nm）に変化させる。さらに、超音波処理によって溶液中の純粋なキシログルカンとキシランが分解され、超音波がヘミセルロースを分解する能力があることが示された。
超音波レッティングは主に水溶液中で使用されるが、次のようなことも可能である。 – 原材料と目標とする成果に応じて – 超音波処理とアルカリ処理を組み合わせる。NaOH、H₂O₂ とH₂SO₄ をアルカリ処理に用いることで、短時間でセルロースナノファイバーを得ることができる。超音波処理により、セルロース微細繊維のフィブリル化が容易に達成できる。超音波処理により製造された繊維は、ナノファイバー（≥100nm）がマイクロファイバー（3～5μm）の表面全体に分布している特異な形態を示す。

超音波処理の有無による亜麻、麻、コアー繊維の走査型電子顕微鏡分析。
ソースRenouard et al.

超音波麻繊維加工

麻の実と植物性カンナビノイドの市場拡大に伴い、麻わらの生産量も増加している。副産物として、麻わらとその繊維は、主に紙やジオテキスタイルの生産、複合材料の補強材、建築材料として使用されている。
乾燥させカットした藁を超音波処理の原料として使用することができるが、優れた超音波処理出力を得るためには、（部分的に）剥皮した藁の使用を推奨する。藁屑は水（水溶液）で湿らせ、ポンプで圧送可能なスラリーにし、超音波フロースルー・セルを通過させる。超音波処理にかかる時間はわずかである（約30～60秒）。科学的研究によると、超音波処理によってリグノセルロース系材料からのヘミセルロースとリグニンの抽出が改善されることが示されている。さらに、超音波処理はセルロースとペクチンを分解する。麻や亜麻を超音波処理すると、繊維の柔軟性や引張強度も向上し、繊維や複合材の製造に貴重な特性となる。

麻繊維の超音波-アルカリ処理（Ferreira et al.）

超音波改質麻繊維

超音波フィブリル化された靭皮繊維（例えば、麻、亜麻）は、高分子樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性複合材料の補強材として特に適している。
麻の繊維は、セルロースナノ結晶（CNC）を抽出できる貴重な原料である。セルロース・ナノクリスタルは、その高い表面積と並外れた剛性と引張強さが特徴である。CNC’ 引張強度はガラスやアルミニウムの強度を凌ぐ。セルロース・ナノクリスタルは非常に安価であり、価格、入手可能性、毒性、持続可能性という点で、競争力のあるナノ添加剤である。
超音波処理は、使いやすく高速で環境に優しい技術であり、高品質のセルロースナノ結晶を製造することができる。

ファイバー加工用高性能超音波装置

Hielscher Ultrasonics社は、ヘビーデューティーアプリケーション用の高性能超音波装置を製造しています。当社の超音波システムは、バッチ処理または連続インライン処理に使用できます。全てのHielscherの工業用超音波処理装置は、非常に高い振幅を提供することができます。最大200µmの振幅は、24時間365日の連続運転が可能です。さらに高い振幅を得るためには、カスタマイズされた超音波ソノトロードが利用可能です。しかし、リッティングやフィブリル化などの超音波繊維プロセスを成功させるには、非常に高い振幅の能力だけでは十分ではありません。原料や目標とする結果に応じて、プロセスパラメーターは以下のようになります。 – すなわち、振幅、圧力、温度、時間である。 – を正確に制御、調整できなければならない。
Hielscher社のデジタル超音波プロセッサーは、すべてのプロセスデータを内蔵のSDカードに自動的に記録するため、プロセス結果の再現性があります。振幅と処理強度は、非常にマイルドな超音波処理条件から非常に強い超音波処理条件まで、正確に調整・制御できます。これにより、様々な材料を最適な出力で処理することができます。
Hielscher社の超音波装置は堅牢であるため、過酷な環境下でも24時間365日の稼動が可能です。
下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：