ナノ構造セルロースの超音波製造

注目すべき高性能添加剤であるナノセルロースは、レオロジー改質剤、補強剤、および様々な先端材料の主要成分として、その多彩な用途で脚光を浴びている。セルロースを含むあらゆる供給源から得られるこれらのナノ構造フィブリルは、高出力超音波ホモジナイズと粉砕によって効率的に単離することができる。超音波処理として知られるこのプロセスは、フィブリル化を著しく促進し、ナノセルロースの収率を高め、より細く薄い繊維を生産する。超音波技術は、極端なキャビテーショナル高せん断力を発生させる能力により、従来の製造方法を凌駕しており、ナノセルロース製造のための卓越したツールとなっている。

ナノセルロースの超音波製造

高出力超音波は、木材、リグノセルロース繊維（パルプ繊維）、セルロース含有残渣など、さまざまなセルロース系材料からのマイクロ・ナノセルロースの抽出・分離に貢献している。
植物繊維を原料から放出するために、超音波を使用する。 研磨 そして ホモ は、非常に大量の処理が可能な、強力で信頼性の高い方法である。パルプはインラインソノリアクターに供給され、超音波の高剪断力によってバイオマスの細胞構造が破壊され、繊維状物質が利用可能になる。

のTEM像 “未乾燥コットン” (NDC）を酵素加水分解し、超音波処理した。 Hielscher ソニケーターUP400Sで20分間。 [Bittencourt et al.］

下の図2は、酵素加水分解に供されたビスコースのフィルムのSEM画像である。 ヒールシャー・ソニケーター・モデルUP400S.
[Bittencourt et al.］

酵素加水分解後、UP400Sで超音波処理したビスコース・フィルムのSEM像 [Bittencourt et al.］

超音波ナノセルロース処理は、TEMPO酸化繊維処理とうまく組み合わせることもできる。TEMPO-プロセスでは、2,2,6,6-テトラメチルピペリジニル-1-オキシル（TEMPO）を触媒として、臭化ナトリウム（NaBr）と次亜塩素酸ナトリウム（NaOCl）を用いた酸化システムによってセルロースナノファイバーを製造する。超音波照射下で酸化を行うと、酸化効率が著しく向上することが研究で証明されている。

ナノセルロースの超音波分散

ナノセルロース分散液は、低濃度のナノセルロースで高い粘度を示すため、並外れたレオロジー挙動を示します。このため、ナノセルロースは、レオロジー改質剤、安定剤、ゲラントとして、コーティング、製紙、食品産業など、さまざまな用途で非常に興味深い添加剤となっている。ナノセルロースは、そのユニークな特性を表現するために、次のような条件を満たす必要があります。
超音波分散は、微細な単一分散ナノセルロースを得るための理想的な方法である。ナノセルロースは剪断減粘性が高いため、液体への高出力超音波のカップリングは極端な剪断力を生み出すため、ナノセルロース懸濁液の調合にはパワー超音波が望ましい技術である。
液体中の超音波キャビテーションについて詳しくはこちらをご覧ください！
ナノ結晶セルロースの合成後、ナノセルロースは、最終製品（ナノコンポジット、レオロジー改質剤など）を調合するために、多くの場合、ジメチルホルムアミド（DMF）などの非極性または極性溶媒などの液体媒体に超音波分散される。超音波処理により、安定かつ均一に分散したフィブリルが得られます。

セルロースナノ結晶の超音波自己組織化

超音波処理は、セルロースナノ結晶（CNC）の合成と加工において、加水分解由来の凝集体を分解し、束を分散させ、再現性のある粒子相互作用を持つより均一な懸濁液を製造することにより、重要な役割を担っている。CNCは通常、酸加水分解によって生成されるが、得られる材料にはクラスター状のドメインが含まれることが多く、これが信頼性の高い自己組織化を妨げ、レオロジーや光学特性のバッチ間ばらつきにつながる。これは、一貫したコレステリック秩序、予測可能なゲル化挙動、CNCベースの機能性材料のスケーラブルな製造に不可欠である。 CNCの超音波による自己組織化についてもっと知る！

超音波によるセルロースナノファイバーの脱水改善

超音波によるセルロースナノファイバーの脱水強化は、水の除去効率を大幅に向上させる最先端技術である。 – セルロースナノファイバーは、ナノペーパー製造のための非常に魅力的な添加剤である。ナノセルロース繊維は、保水性が高いため、通常、時間をかけて脱水する必要がある。超音波を印加することで、強力なキャビテーション力が発生し、水分マトリックスが破壊され、より速く均一な水分の排出が促進されるため、このプロセスが加速される。これにより、乾燥時間が短縮されるだけでなく、得られるセルロースナノファイバーの構造的完全性と機械的特性が向上し、高品質のナノペーパーやその他のナノ材料の製造において非常に効果的な方法となる。
ナノペーパーの超音波脱水について詳しくはこちら！

パワー超音波を用いた工業用ナノセルロース製造

Hielscher Ultrasonics社は、ナノセルロースの商業的処理に理想的な小型のラボ用超音波発生装置から大型の工業用システムまで、強力で信頼性の高い超音波ソリューションを包括的に提供しています。工業用プローブ型超音波発生装置の主な利点は、様々なサイズと形状のフロースルー型ソノリアクターを通して最適な超音波条件を提供できることにあります。これらのリアクターにより、超音波エネルギーがセルロース材料に一貫して均一に印加され、優れた処理結果につながります。

UIP1000hdT、UIP2000hdT、UIP4000hdTのようなHielscherのベンチトップ型ソニケーターは、毎日数キログラムのナノセルロースを生産することができ、中規模生産のニーズに適しています。大規模な商業生産には、UIP10000やUIP16000hdTのような完全な工業用ユニットが大量の流れを扱うことができ、大量のナノセルロースを効率的に生産することができます。

Hielscher社の超音波システムの最も大きな利点の一つは、その直線的な拡張性である。ベンチトップ型超音波処理装置も工業用超音波処理装置も、クラスターに設置することができ、実質的に無制限の処理能力を提供することができるため、ナノセルロースの製造において高い処理能力と信頼性の高い性能を必要とするオペレーションに理想的な選択肢となる。

超音波加工：Hielscherは、実現可能性と最適化から商業生産までお客様をガイドします！