კანაფის ბოჭკოს ულტრაბგერითი დამუშავება
- ბოჭკოვანი მასალების, როგორიცაა კანაფისა და სელის ბოჭკოები, ულტრაბგერითი ლბობა ბოჭკოების სწრაფი და ეფექტური მოდიფიკაციის საშუალებას იძლევა.
- ულტრაბგერითად დამუშავებული ლაფნის ბოჭკოები ფიბრილირებულია და ახასიათებს მნიშვნელოვნად გაზრდილი კუთრი ზედაპირის ფართობი, გაჭიმვის სიმტკიცე და მოქნილობა.
- ბოჭკოების ულტრაბგერითი დამუშავება არის სწრაფი და მარტივად გამოსაყენებელი ტექნოლოგია სამრეწველო წარმოებისთვის.
ულტრაბგერითი ლბობა
ულტრაბგერითი ლბობა არის ტრადიციული წყალში ან ნამით ლბობის სწრაფი, ეფექტური და ეკოლოგიურად სუფთა ალტერნატივა. მაღალი ინტენსივობის, დაბალი სიხშირის ულტრაბგერით წარმოქმნილი აკუსტიკური კავიტაცია არღვევს ბიომასალების უჯრედულ სტრუქტურებს. ასეთ ბიომასალებს მიეკუთვნება არამერქნული მცენარეული ბოჭკოები, მათ შორის ლაფნის ბოჭკოები, როგორიცაა სელი, კანაფი, ჭინჭარი, ხორბლის ნამჯა, ბრინჯის ნამჯა და ჯუთა, ასევე ფოთლებიდან მიღებული ბოჭკოები (მაგ., სიზალი, მანილის კანაფი, აბაკა) და ნაყოფიდან მიღებული ბოჭკოები, როგორიცაა ქოქოსის გარსიდან მიღებული კოირი.
ულტრაბგერითი განცალკევება მიკრობოჭკოებს (დაახლ. 3-5µm) ნანობოჭკოებად (≥100nm) გარდაქმნის. გარდა ამისა, ულტრაბგერითმა დამუშავებამ გამოიწვია ხსნარში სუფთა ქსილოგლუკანისა და ქსილანის დაშლა, რაც აჩვენებს ულტრაბგერის უნარს, დაშალოს ჰემიცელულოზა.
მიუხედავად იმისა, რომ ულტრაბგერითი ლბობა ძირითადად წყალხსნარში გამოიყენება, შესაძლებელია – ნედლეულისა და მიზნობრივი შედეგის მიხედვით – ულტრაბგერითი პროცესის შერწყმა ტუტით დამუშავებასთან. NaOH, H2O2 და H2SO4 ხსნარები შეიძლება გამოიყენებოდეს ალკალიზაციისთვის, რათა დამუშავების მოკლე დროში მივიღოთ ცელულოზის ნანობოჭკოები. ულტრაბგერითი დამუშავებით ცელულოზის მიკრობოჭკოების ფიბრილაცია მარტივად მიიღწევა. ულტრაბგერითად მიღებულ ბოჭკოებს ახასიათებს სპეციფიკური მორფოლოგია, რომლის დროსაც ნანობოჭკოები (≥ 100nm) განაწილებულია მიკრობოჭკოების (3-5µm) მთელ ზედაპირზე.
სელის, კანაფისა და კოირის ბოჭკოების ანალიზი სკანირებადი ელექტრონული მიკროსკოპიით, ულტრაბგერითი დამუშავებით ან მის გარეშე.
წყარო: Renouard et al. 2014
UIP4000hdT (4kW) სამრეწველო ულტრაბგერითი პროცესორი ბოჭკოების დამუშავებისთვის
კანაფის ბოჭკოების ულტრაბგერითი დამუშავება
კანაფის თესლისა და ფიტოკანაბინოიდების მზარდ ბაზართან ერთად იზრდება კანაფის ნამჯის წარმოებაც. როგორც თანაპროდუქტი, კანაფის ნამჯა და მისი ბოჭკოები ძირითადად გამოიყენება ქაღალდის ან გეოტექსტილის წარმოებისთვის, კომპოზიციური მასალების გასამაგრებლად, ასევე სამშენებლო მასალად.
გამშრალი და დაჭრილი ლაფნოვანი მცენარის ნამჯა შეიძლება გამოყენებულ იქნეს ნედლეულად ულტრაბგერითი დამუშავებისთვის, თუმცა ულტრაბგერითი პროცესის უკეთესი შედეგისთვის რეკომენდებულია ნაწილობრივ დეკორტიცირებული მერქნული ნაწილაკების გამოყენება. ლაფნის მასალა სველდება წყალში (წყალხსნარში) ისე, რომ მიიღება ტუმბოთი გადასატუმბი სუსპენზია, რომელსაც შეუძლია გაიაროს ულტრაბგერითი გამდინარე კამერა. ულტრაბგერითი დამუშავების პროცესს მხოლოდ მცირე დრო სჭირდება (დაახლ. 30-60 წმ.). სამეცნიერო კვლევებმა აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი დამუშავება აუმჯობესებს ჰემიცელულოზისა და ლიგნინის ექსტრაქციას ლიგნოცელულოზური მასალებიდან. გარდა ამისა, ულტრაბგერითი დამუშავება შლის ცელულოზასა და პექტინს. კანაფისა და სელის ულტრაბგერითი დამუშავება ასევე ზრდის ბოჭკოების მოქნილობასა და გაჭიმვის სიმტკიცეს, რაც ღირებული თვისებებია ტექსტილისა და კომპოზიტების წარმოებისთვის.
- ლიგნინის შემცველობის შემცირება
- მიკრო- და ნანოფიბრილირებული ბოჭკოები
- ბოჭკოების მოქნილობის ზრდა
- უფრო მაღალი გაჭიმვის სიმტკიცე
- სწრაფი პროცესი
- მარტივი ექსპლუატაცია
კანაფის ბოჭკოს ულტრაბგერით-ტუტე დამუშავება (Ferreira et al. 2019)
ულტრაბგერითად მოდიფიცირებული კანაფის ბოჭკო
ულტრაბგერითად ფიბრილირებული ლაფნის ბოჭკო (მაგ., კანაფი, სელი) განსაკუთრებით შესაფერისია პოლიმერული ფისების, თერმოპლასტიკური და თერმორეაქტიული კომპოზიტების გასამაგრებლად.
კანაფის ლაფნის ბოჭკოები ღირებული წყაროა, საიდანაც შესაძლებელია ცელულოზის ნანოკრისტალების (CNC) მიღება. ცელულოზის ნანოკრისტალები ხასიათდება ზედაპირის დიდი ფართობით, ასევე გამორჩეული სიხისტითა და გაჭიმვის სიმტკიცით. CNC-ების გაჭიმვის სიმტკიცე აღემატება მინის ან ალუმინის სიმტკიცეს. ცელულოზის ნანოკრისტალები საკმაოდ იაფია და შესაბამისად, კონკურენტუნარიანი ნანოდანამატია ფასის, ხელმისაწვდომობის, ტოქსიკურობისა და მდგრადობის თვალსაზრისით.
ულტრაბგერითი დამუშავება არის მარტივად გამოსაყენებელი, სწრაფი და ეკოლოგიურად სუფთა ტექნიკა, რომელიც საშუალებას იძლევა მიღებულ იქნას მაღალი ხარისხის ცელულოზის ნანოკრისტალები.
Sosiati et al. 2014 აჩვენებს ულტრაბგერითი დამუშავების სასარგებლო გავლენას ბოჭკოების დამუშავებაზე.
მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები ბოჭკოების დამუშავებისთვის
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით მოწყობილობებს მძიმე სამუშაო პირობებისთვის. ჩვენი ულტრაბგერითი სისტემები შეიძლება გამოყენებულ იქნეს პარტიული ან უწყვეტი ნაკადური დამუშავებისთვის. Hielscher-ის ყველა სამრეწველო ულტრაბგერით პროცესორს შეუძლია უზრუნველყოს ძალიან მაღალი ამპლიტუდები. 200µm-მდე ამპლიტუდები მარტივად შეიძლება შენარჩუნდეს უწყვეტად 24/7 რეჟიმში. კიდევ უფრო მაღალი ამპლიტუდებისთვის ხელმისაწვდომია ინდივიდუალურად მორგებული ულტრაბგერითი სონოტროდები. თუმცა, მხოლოდ ძალიან მაღალი ამპლიტუდების მიღწევის შესაძლებლობა არ არის საკმარისი ბოჭკოების ულტრაბგერითი დამუშავების ისეთი პროცესის წარმატებით წარმართვისთვის, როგორიცაა ლბობა ან ფიბრილაცია. ნედლეულისა და მიზნობრივი შედეგის მიხედვით, პროცესის პარამეტრები – კერძოდ, ამპლიტუდა, წნევა, ტემპერატურა და დრო – ზუსტად უნდა კონტროლდებოდეს და რეგულირდებოდეს.
Hielscher-ის ციფრული ულტრაბგერითი პროცესორები ავტომატურად აფიქსირებენ ყველა პროცესის მონაცემს ინტეგრირებულ SD-ბარათზე, რაც უზრუნველყოფს პროცესის შედეგების გამეორებადობას. ამპლიტუდა და დამუშავების ინტენსივობა შესაძლებელია ზუსტად იყოს მორგებული და კონტროლირებადი ძალიან რბილიდან მაღალი ინტენსივობის ულტრაბგერითი დამუშავების პირობებამდე. ეს გაძლევთ საშუალებას, დაამუშაოთ სხვადასხვა მასალები ოპტიმალური შედეგის მისაღებად.
Hielscher-ის ულტრაბგერითი მოწყობილობების გამძლეობა საშუალებას იძლევა 24/7 რეჟიმში მუშაობისა მძიმე და მკაცრ გარემო პირობებში.
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გიჩვენებთ ჩვენი ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორების მიახლოებით წარმადობას:
| პარტიის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 1-დან 500mL-მდე | 10-დან 200mL/min-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000mL-მდე | 20-დან 400mL/min-მდე | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-დან 20L-მდე | 0,2-დან 4L/min-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100L-მდე | 2-დან 10L/min-მდე | UIP4000hdT |
| n.a. | 10-დან 100L/min-მდე | UIP16000 |
| n.a. | უფრო დიდი | კლასტერი UIP16000 |
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით შეკითხვა!
მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი პროცესორები ლაბორატორიულიდან საპილოტე და სამრეწველო მასშტაბამდე.
ლიტერატურა/წყაროები
- Diana P.Ferreira, Juliana Cruz, Raul Fangueiro (2019): Chapter 1 – Surface modification of natural fibers in polymer composites. Green Composites for Automotive Applications. Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering 2019, Pages 3-41.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014): Characterization of ultrasonic impact on coir, flax and hemp fibers. Materials Letters 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014): Effect of the chemical treatments on the
characteristics of natural cellulose. AIP Conference Proceedings 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska , R. Kozłowski, J. Batog (2008): Nanolignin Modified Linen Fabric as a Multifunctional Product. Molecular Crystals and Liquid Crystals Vol. 484, Issue 1, 2008.
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც ღირს
კანაფის ბოჭკო
კანაფი მრავალდანიშნულებიანი კულტურაა, რომელიც გამოიყენება თესლისა და მისგან მიღებული ზეთის, ტერპენოიდებისა და კანაბინოიდების (მაგ. CBD, CBG და ა.შ.), აგრეთვე კანაფის ნამჯის მისაღებად, რომელიც შეიძლება გადამუშავდეს ღირებულ ბოჭკოვან მასალად. კანაფის ბოჭკოს ხარისხის მიხედვით განასხვავებენ ე.წ. მოკლე ბოჭკოებს, რომლებიც არაორიენტირებული მოკლე ბოჭკოების კონებია, და ე.წ. გრძელ ბოჭკოებს, რომლებიც გრძელი, გრძივად ორიენტირებული ბოჭკოებია.
მოკლე ბოჭკოების კონებს ტექნიკურ ბოჭკოსაც უწოდებენ და ძირითადად იყენებენ საავტომობილო მრეწველობაში, ქაღალდის წარმოებისა და ბიომასალებზე დაფუძნებული კომპოზიტებისთვის. კანაფის გრძელი ბოჭკოები გამოიყენება ტექსტილის წარმოებაში და მაღალი ღირებულების ისეთი პროდუქტების მისაღებად, როგორიცაა მაღალი საექსპლუატაციო მახასიათებლების მქონე კომპოზიტები და ბიოკომპოზიტები.
კანაფის ბოჭკოს წარმოება:
საბოჭკოე კანაფის (კანაფი, რომელიც ბოჭკოს წარმოებისთვის მოჰყავთ) მოსავალი იდეალურ შემთხვევაში ყვავილობამდე უნდა აიღონ. მოსავლის ადრეული აღება უზრუნველყოფს ბოჭკოს უფრო მაღალ ხარისხს, რადგან ყვავილობის დაწყების შემთხვევაში ხარისხი მცირდება. ჩვეულებრივ, საბოჭკოე კანაფის მოსავალს თესვიდან 70-90 დღის შემდეგ იღებენ. მოსავლის ასაღებად მცენარეებს ჭრიან ნიადაგის ზედაპირიდან 2-3cm სიმაღლეზე და შემდეგ რამდენიმე დღის განმავლობაში აშრობენ. მოსავლის აღების შემდეგ კანაფს ალბობენ. ლბობა არის პროცესი, რომლის დროსაც ტენისა და მიკროორგანიზმების საშუალებით იშლება მცენარეული პექტინები, რომლებიც ქიმიურად აკავშირებს კანაფის ღეროს შემადგენელ ნაწილებს. ტრადიციულად, კანაფის ღეროებს წყალში ან ნამით ალბობდნენ, სანამ ბოჭკოებს ჩეჩავდნენ. ლბობის პროცესი აადვილებს ლაფნის შემდგომ გამოყოფას კანაფის ღეროს მერქნული გულისგან. ლბობის შემდეგ კანაფის ღეროებს აშრობენ (ტენიანობის 15%-ზე ნაკლებ შემცველობამდე) და ბალებად კრავენ.
კანაფის ბოჭკოების მისაღებად, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნეს წარმოებაში და დანამატებად, საჭიროა მათი გამოყოფა პროცესით, რომელსაც ჩეჩვა ეწოდება. ჩეჩვის დროს კანაფის ნამჯა მექანიკურად მუშავდება მცენარის დასაშლელად, მაგალითად, ჩაქუჩებიანი წისქვილის გამოყენებით. ამ მექანიკური პროცესის დროს კანაფს ურტყამენ საცერს, სანამ მერქნული ნაწილაკები, ლაფნის უფრო მცირე ბოჭკოები და მტვერი საცერში არ გაივლის. თანამედროვე მაღალსიჩქარიან კინემატიკურ დეკორტიკაციის მანქანებს შეუძლია კანაფის სამ ნაკადად დაყოფა: ლაფნის ბოჭკოდ, მერქნულ ნაწილაკებად და მწვანე მიკრობოჭკოდ.
ცელულოზის შემცველობა კანაფში დაახლოებით 70-77%-ია. კანაფის ბოჭკოები ხის ცელულოზის ბოჭკოების შესანიშნავი შემცვლელია
კანაფის ბოჭკოების უპირატესობები
- ეკონომიკურად ეფექტური
- მაღალი გაჭიმვის სიმტკიცე და სიხისტე
- იდეალურად შესაფერისია ნემსით შეკავშირებული უქსოვი ნაწარმისთვის
- მინის ბოჭკოს ეფექტური შემცვლელი
- ამცირებს ჩამოსხმის დროს
- წონის შემცირება მზა ნაწილში
- მარტივი დამუშავება და გადამუშავება
- შეიძლება მომხმარებლის მოთხოვნის შესაბამისად შეიცვალოს სხვადასხვა სპეციფიკაციისა და წარმოების სისტემების დასაკმაყოფილებლად
- შესაძლებელია მუდმივი ხარისხი და მიწოდების ხელმისაწვდომობა
ბოჭკოვანი ბიომასალები
როდესაც ჩალის ბოჭკოები გამოიყოფა სელის ჩალისგან, ღეროს არაბოჭკოვანი ნაწილები, თესლის გარდა, ჩვეულებრივ მოიხსენიება როგორც შივები ან ჰურდები. მაგალითად, ზეთოვან სელში შივები შეადგენს ჩალის მთლიანი წონის დაახლოებით 70–85%-ს, რაც შივებს ხდის სელის ჩალის დამუშავების მთავარ გვერდით პროდუქტად.
ულტრაბგერითად მიღებული ნანოსტრუქტურული ლიგნინი გამოიყენება მრავალფუნქციური სელის ქსოვილების წარმოებისთვის. სელის ტექსტილის ნანოლიგნინით გაჟღენთვის გზით შესაძლებელია მრავალფუნქციური ტექსტილის შექმნა. ეს მრავალფუნქციური ტექსტილი გვთავაზობს დამატებით თვისებებს, როგორიცაა UV ბარიერი, ანტიბაქტერიული და ანტისტატიკური თვისებები.