초음파 대마 섬유 가공
- 대마 및 아마 섬유와 같은 섬유질 물질의 초음파 retting는 빠르고 효율적인 섬유 변형을 가능하게합니다.
- 초음파로 처리된 인피 섬유는 섬유질이며 훨씬 더 높은 비표면, 증가된 인장 강도 및 유연성을 보여줍니다.
- 초음파 섬유 가공은 산업 생산을 위한 빠르고 사용하기 쉬운 가공 기술입니다.
초음파 Retting
초음파 retting는 전통적인 습식 또는 이슬 retting에 대한 빠르고 효율적이며 친환경적인 대안입니다. 고강도, 저주파 초음파에 의해 생성되는 음향 캐비테이션은 아마, 대마, 쐐기풀, 밀짚, 볏짚, 황마와 같은 인피 섬유를 포함하는 비목재, 식물성 섬유와 같은 생체 재료의 세포 구조를 분해합니다.
초음파 분리는 마이크로 섬유 (약 3-5μm)를 나노 섬유 (≥100nm)로 변환합니다. 또한, 초음파 처리는 용액에서 순수한 자일로글루칸과 자일란의 분해를 유도하여 헤미셀룰로오스를 분해하는 초음파 능력을 입증했습니다.
초음파 retting는 주로 수용액에 사용되지만 가능합니다. – 원료와 목표 결과에 따라 – 초음파 공정을 알칼리 처리와 결합합니다. NaOH, H의 용액2O2 및 H2그렇게4 짧은 처리 시간에 셀룰로오스 나노 섬유를 얻기 위해 알칼리화에 사용할 수 있습니다. 초음파 처리에 의해, 셀룰로오스 마이크로 화이버의 세동은 쉽게 달성 될 수 있습니다. 초음파로 생산 된 섬유는 나노 섬유 (≥ 100nm)가 마이크로 섬유 (3-5μm)의 전체 표면에 분포하는 특정 형태를 보여줍니다.
초음파 처리를 하거나 사용하지 않은 아마, 대마 및 코이어 섬유에 대한 주사 전자 현미경 분석.
출처: Renouard et al. 2014
UIP4000hdT (4kW) 섬유 가공을 위한 산업용 초음파 프로세서
초음파 대마 섬유 가공
대마 종자와 식물 카나비노이드 시장이 성장함에 따라 대마 밀짚의 생산이 증가하고 있습니다. 부산물로, 대마 짚과 그 섬유는 주로 종이 또는 지오 텍 스타일의 생산, 복합 재료의 보강 및 건축 자재에 사용됩니다.
건조되고 자른 인피 짚은 초음파 처리의 원료로 사용할 수 있지만 우수한 초음파 공정 출력을 위해서는 (부분적으로) 장식 된 하이브를 사용하는 것이 좋습니다. 인피 물질을 물 (수용액)에 적셔 펌핑 가능한 슬러리를 얻어 초음파 플로우 스루 셀을 통과 할 수 있습니다. 초음파 처리 과정은 짧은 시간 (약 30-60 초)이 소요됩니다. 과학적 연구에 따르면 초음파는 리그 노 셀룰로오스 물질에서 헤미 셀룰로오스와 리그닌의 추출을 향상시킵니다. 또한, 초음파 처리는 셀룰로오스와 펙틴을 분해합니다. 대마와 아마의 초음파 가공은 또한 섬유의 유연성과 인장 강도를 향상시키며, 이는 섬유 및 복합 재료 제조에 중요한 특성입니다.
- 리그닌 함량 감소
- 마이크로 및 나노 섬유질 섬유
- 섬유 유연성 향상
- 더 높은 인장 강도
- 신속한 프로세스
- 간편한 작동
대마 섬유의 초음파 알칼리 처리 (Ferreira et al. 2019)
초음파 변형 대마 섬유
초음파 피브릴화 인피 섬유(예: 대마, 아마)는 고분자 수지, 열가소성 수지 및 열경화성 복합재의 보강재로 특히 적합합니다.
대마 인피 섬유는 셀룰로오스 나노결정(CNC)을 추출할 수 있는 귀중한 공급원입니다. 셀룰로오스 나노 결정은 높은 표면적과 뛰어난 강성 및 인장 강도가 특징입니다. CNC (컴퓨터에 의한 검사)’ 인장 강도는 유리나 알루미늄의 강도를 능가합니다. 셀룰로오스 나노 결정은 매우 저렴하므로 가격, 가용성, 독성 및 지속 가능성과 관련하여 경쟁력있는 나노 첨가제입니다.
초음파 처리는 사용하기 쉽고 빠르며 친환경적인 기술로 고품질 셀룰로오스 나노 결정을 생산할 수 있습니다.
Sosiati et al. 2014는 섬유 가공에 대한 초음파 처리의 유익한 효과를 보여줍니다.
섬유 가공을 위한 고성능 초음파기
Hielscher 초음파는 중장비 응용 분야를위한 고성능 초음파 장비를 제조합니다. 당사의 초음파 시스템은 배치 또는 연속 인라인 처리에 사용할 수 있습니다. 모든 Hielscher 산업용 초음파 프로세서는 매우 높은 진폭을 제공 할 수 있습니다. 최대 200μm의 진폭을 24/7 작동에서 쉽게 연속적으로 실행할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다. 그러나 매우 높은 진폭의 기능만으로는 retting 또는 fibrillation과 같은 성공적인 초음파 섬유 공정을 실행하기에 충분하지 않습니다. 원료와 목표 결과에 따라 공정 매개변수 – 즉, 진폭, 압력, 온도 및 시간 – 정확하게 제어 및 조정 가능해야 합니다.
Hielscher의 디지털 초음파 프로세서는 모든 프로세스 데이터를 통합 SD 카드에 자동으로 기록하므로 프로세스 결과를 재현 할 수 있습니다. 진폭과 처리 강도는 매우 온화한 초음파 처리 조건에서 매우 강렬한 초음파 처리 조건에 이르기까지 정확하게 조정하고 제어 할 수 있습니다. 이를 통해 다양한 재료를 최적의 출력으로 가공할 수 있습니다.
Hielscher의 초음파 장비의 견고 함은 중장비 및 까다로운 환경에서 24/7 작동을 가능하게합니다.
아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.
| 배치 볼륨(Batch Volume) | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 1 내지 500mL | 10 내지 200mL/분 | 업100H |
| 10 내지 2000mL | 20 내지 400mL/분 | UP200HT, UP400ST |
| 0.1 내지 20L | 0.2 내지 4L/min | UIP2000hdT 님 |
| 10에서 100L | 2 내지 10L/min | UIP4000hdt 님 |
| N.A. 개시 | 10 내지 100L/min | UIP16000 |
| N.A. 개시 | 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
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실험실에서 파일럿 및 산업 규모에 이르는 고출력 초음파 프로세서.
문헌/참고문헌
- 다이애나 P. 페레이라, 줄리아나 크루즈, 라울 팡게이로 (2019): 챕터 1 – 고분자 복합재에서 천연 섬유의 표면 개질. 자동차 응용 분야를 위한 친환경 복합재. Composites Science and Engineering 2019의 Woodhead 출판 시리즈, 3-41페이지.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014) : 야자 껍질, 아마 및 대마 섬유에 대한 초음파 충격의 특성. 자료 편지 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014) : 화학 처리의 효과
천연 셀룰로오스의 특성. AIP 컨퍼런스 논문집 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska , R. Kozłowski, J. Batog (2008) : 다기능 제품으로서의 나노 리닌 변성 린넨 직물. 분자 결정과 액정 Vol. 484, Issue 1, 2008.
알아 둘 만한 가치가 있는 사실
대마 섬유
대마는 대마 씨앗과 종자 오일, 테르 페 노이드 및 카나비노이드 (즉, CBD, CBG 등) 및 대마 짚에 사용되는 다목적 작물로, 귀중한 섬유 재료로 가공 할 수 있습니다. 대마 섬유 품질과 관련하여, 정렬되지 않은 짧은 섬유 다발인 소위 견인 섬유와 긴(세로 정렬) 섬유인 소위 라인 섬유가 구별됩니다.
단섬유 번델은 테크니컬 파이버(technical fiber)라고도 불리며 주로 자동차 산업, 종이 생산 및 바이오 기반 복합 재료에 사용됩니다. 긴 대마 섬유는 섬유 및 고성능 복합 재료 및 바이오 복합 재료와 같은 고부가가치 응용 분야에 사용됩니다.
대마 섬유 생산:
섬유 대마 (섬유 생산을 위해 재배되는 대마)는 개화 전에 수확하는 것이 이상적입니다. 이러한 조기 작물 재배는 개화가 허용되면 품질이 떨어지기 때문에 더 높은 섬유 품질을 초래합니다. 일반적으로 섬유 대마는 파종 후 70-90 일 후에 수확됩니다. 대마를 수확하기 위해 식물은 토양에서 2-3cm 위로 자른 다음 며칠 동안 건조시킵니다. 수확 후, 대마는 retleted. 레팅은 수분과 미생물을 사용하여 대마 줄기를 화학적으로 결합하는 식물 펙틴을 분해하는 과정입니다. 전통적으로 대마 줄기는 섬유가 절단되기 전에 물을 뿌리거나 이슬을 뿌립니다. retting 과정은 소위 hemp hurd 또는 shiv (대마 줄기의 우디 코어)에서 인피의 후속 분리를 용이하게합니다. retting 후, 대마 줄기는 건조 (수분 함량이 15 % 미만으로)하고 베일링합니다.
제조 및 첨가제로 사용할 수 있는 대마 섬유를 얻으려면 섬유를 다음과 같은 공정으로 분리해야 합니다. “스커칭”. 절단 과정에서 대마 짚은 기계적으로 처리되어 대마 식물을 부리로 만듭니다., 예를 들어, 해머 밀을 사용하여. 이 기계적 과정에서 대마는 허드, 더 작은 인피 섬유 및 먼지가 스크린을 통해 떨어질 때까지 스크린에 두들겨 맞습니다. 현대의 고속 운동 학적 장식 기계는 대마를 세 가지 흐름으로 분리 할 수 있습니다. 인피 섬유, 허드 및 녹색 마이크로 화이버.
대마의 셀룰로오스 함량은 약입니다. 70-77%. 대마 섬유는 목재 셀룰로오스 섬유의 훌륭한 대체품입니다
대마 섬유의 장점
- 비용 효율적
- 높은 장력 강도 및 뻣뻣함
- 니들 펀칭 부직포 제품에 이상적으로 적합
- 유리 섬유의 효과적인 대체
- 성형 시간 단축
- 완성품의 중량 감소
- 가공 및 재활용이 용이합니다.
- 다양한 사양과 다양한 제조 시스템을 충족하도록 사용자 정의 할 수 있습니다.
- 일관된 품질 및 공급 가용성이 가능합니다.
섬유질 바이오 소재
아마짚에서 밀짚 섬유를 추출할 때, 씨앗을 제외한 줄기의 비섬유 부분은 일반적으로 시브 또는 허드라고 합니다. 예를 들어, 기름종자 아마에서 떨림은 약 70으로 구성됩니다 – 전체 밀짚 무게의 85%를 차지하며, 이로 인해 쉬브는 아마 밀짚 가공의 주요 부산물입니다.
초음파로 생산된 나노 구조의 리그닌은 다기능 린넨 직물을 만드는 데 사용됩니다. 린넨 직물에 나노 리그닌을 덧대면 다기능성 직물을 만들 수 있습니다. 이러한 다기능 섬유는 UV 장벽, 항균 및 정전기 방지 특성의 추가 특성을 제공합니다.