Beschleunegt Entwässerung vu Cellulose Nanofaser fir Pabeierproduktioun
Sonication a Kombinatioun mat Milchsäure (LA) Modifikatioun ass eng ëmweltfrëndlech Approche fir den Entwässerungsprozess vun Cellulose Nanofaser (CNFs) fir Pabeierproduktioun ze beschleunegen. Cellulose Nanofaser si bekannt fir hir héich Waasserretention, déi bedeitend Verspéidungen am Drainageprozess verursaachen, e kritesche Schrëtt an der Nanopabeier Virbereedung an aner Nanocellulose Uwendungen. D'Methode reduzéiert d'Drainagezäit ëm 75%, vu 45 Minutten op 10 Minutten, duerch d'Esterifikatioun vun Cellulose-Hydroxylgruppen duerch Milchsäure ënner Sonikatioun. Dës Modifikatioun reduzéiert och d'Suspensionviskositéit a beweist als industriell skalierbar, a bitt eng praktesch Léisung fir d'Effizienz an d'Produktiounsquote vun de Cellulose Nanofiber-baséiert Produkter ze verbesseren.
Sonicator UIP16000 fir industriell Veraarbechtung vun Cellulose Nanofaser a Pabeierpulp.
Rapid Entwässerung vu Milchsäure modifizéierten Cellulose Nanofaser ënner Sonikatioun
(Studie a Bild: ©Sethi et al., 2018)
Verbesserte Entwassereffizienz vu Cellulose Nanofaser iwwer Ultraschall Milchsäure Modifikatioun
Cellulose Nanofaser (CNFs) gi gefeiert fir hir vill Virdeeler an der Pabeierproduktioun, sou wéi d'Stäerkt verbesseren an d'Rheologie änneren. Wéi och ëmmer, e wesentleche Nodeel ass déi onendlech Zäit déi néideg ass fir Waasser aus Cellulose Nanofaser Suspensioune ze drainéieren, e kritesche Schrëtt bei der Virbereedung vun Nanopabeier. Dës Erausfuerderung beaflosst net nëmmen d'Produktioun vun Nanopabeier, mee behënnert och d'industriell Veraarbechtung vun Nanocellulose an aner fäerdeg Produkter. Déi verlängert Drainagezäit ass haaptsächlech wéinst der héijer Waasserretention vu Cellulose Nanofaser, wat e Flaschenhals an der Kommerzialiséierung vun Cellulose Nanofaser ofgeleet Produkter ass.
Hei ënnen presentéiere mir Iech d'Resultater vun enger wëssenschaftlecher Etude vum Sethi a Kollegen (2018), déi eng ultraschall-assistéiert Milchsäuremodifikatioun vu Cellulose Nanofaser entwéckelt hunn, wat zu enger 75% méi séier Entwässerung vun CNFs a verbesserte Materialfunktioune féiert.
Ultraschall Modifikatioun vu Cellulose Nanofaser mat Milchsäure
Fir dëst Thema unzegoen, ass eng ëmweltfrëndlech, Waasserbaséiert Approche mat Sonikatiounsenergie a Milchsäure (LA) entwéckelt fir d'Uewerfläch vun Cellulose Nanofaser z'änneren. Dës Method beschleunegt däitlech den Ofwaasserprozess, reduzéiert d'Drainagezäit ëm bis zu 75%.
De Modifikatiounsprozess involvéiert d'Verdünnung vun Cellulose Nanofaser Suspensioune bis zu enger Konzentratioun vun 0,35 gew.% a Milchsäure a verschiddene Quantitéiten par rapport zu der Cellulose Nanofiber Dréchengehalt (0.5 Mol, 1 Mol, 5 Mol, an 10 Mol vum Cellulose Nanofiber Dréchen Inhalt an Suspension). D'Nanofaser, Waasser a Milchsäure gi mat engem High-Speed-Rührer bei 1500 rpm fir 5 Minutten gemëscht an duerno mat engem Hielscher UP400S-Sonicator ausgestatt mat engem Titan Tipp (22 mm Duerchmiesser). D'Sonicatioun gëtt op verschidden Energieniveauen duerchgefouert, mat enger maximaler Energie vun 600 J / ml, entsprécht 10 Minuten vun der Sonikatioun.
Impakt op Draining Zäit
D'Ultraschall-Milchsäuremodifikatioun huet e groussen Impakt op d'Drainagezäit vun Cellulose Nanofiber Suspensioune. D'Referenzsuspension dauert ongeféier 45 Minutten fir d'Entwässerung. No sonication-assistéiert Milchsäure Modifikatioun gëtt dës Zäit op 10 Minutten reduzéiert, wat eng 75% Verbesserung representéiert. Och mat milder Sonikatioun (5 J / ml) gëtt d'Drainagezäit op 23 Minutten halbéiert. D'Drainagezäit fällt mat der Erhéijung vun der Sonikatiounsenergie erof, schliisslech erreecht e Plateau bei ongeféier 10 Minutten.
Dës Verbesserung gëtt un den Ersatz vun hydrophilen Hydroxylgruppen vun Cellulose mat hydrophobem Molekülsäure-Moieties zougeschriwwen. D'Hydroxylgruppen sinn haaptsächlech verantwortlech fir héich Waasserretention. Milchsäure, mat senger Carboxylgrupp, kann un enger Veresterungsreaktioun mat den Hydroxylgruppen vun der Cellulose ënner Sonikatioun deelhuelen. Sonication erstellt minuscule Vakuum Huelraim am flëssege Medium, déi zesummeklappen fir extrem Konditiounen ze produzéieren (5000 K Temperatur an 1000 Atm Drock), genuch fir chemesch Reaktiounen ze induzéieren, dorënner d'Esterifikatioun.
Sonication Energie vs Draining Zäit (a Minutten) fir Nanopabeier Virbereedung (entspriechend CNF (1) LA Probe).
100 J / ml vun sonication Energie entsprécht 100 Sekonnen vun sonication, etc.
(Studie a Bild: ©Sethi et al., 2018)
Viskositéit Reduktioun vun Cellulose Nanofiber Suspensionen
Sonication Energie dréit och zu enger Ofsenkung vun der Viskositéit vun den Cellulose Nanofiber Suspensioune bäi. D'Viskositéit ass ëmgekéiert proportional zu der Sonikatiounsenergie, mat der niddregster Viskositéit déi bei 600 J / ml observéiert gëtt, gefollegt vun 300 J / ml an 60 J / ml. Dës Reduktioun vun der Viskositéit hëlleft weider fir d'Entwassereffizienz ze verbesseren.
Sonde-Typ Sonicator UIP2000hdT fir industriell CNF Modifikatioun
Industriell Relevanz vun Ultrasonic Cellulose Nanofiber Modifikatioun
D'Ultraschall-Milchsäuremodifikatiounsmethod ass net nëmmen effektiv, awer och kompatibel mat industriellen Uwendungen. Hielscher State-of-the-art Sonicatoren, déi fäeg sinn grouss Volumenveraarbechtung ze handhaben, kënnen d'Aufgab effizient fäerdeg maachen, sou datt dës Method fir grouss Operatiounen gëeegent ass.
Zousätzlech erlaabt dës Approche d'Inkorporatioun vu bis zu 10 wt.% Cellulose Nanofaser a Pabeierplacke, mat Entwässerung fäerdeg an nëmmen 2 Minutten, am Verglach zu 23 Minutten fir onverännert Cellulose Nanofaser. Dës bedeitend Verbesserung kann d'Benotzung vun Zellulose Nanofaser an der Pabeierfabrik revolutionéieren, eng vun den Haapt Hürden an hirer Kommerzialiséierung iwwerwannen.
Sonicators fir Cellulose Nanofaser a Pabeierproduktioun
D'Tabell hei drënner gëtt Iech eng Indikatioun vun der geschätzter Veraarbechtungskapazitéit vun eise Sonde-Typ Sonicatoren:
| Batch Volume | Duerchflossrate | Recommandéiert Apparater |
|---|---|---|
| 10 bis 2000 ml | 20 bis 400 ml/min | UP200Ht, UP 400 St |
| 0.1 bis 20L | 02 bis 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100 l | 2 bis 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 bis 150 l | 3 bis 15 l/min | UIP6000hdT |
| na | 10 bis 100 l/min | UIP16000 |
| na | méi grouss | Stärekoup vun UIP16000 |
- héich Effizienz
- Staat-vun-der-Konscht Technologie
- Zouverlässegkeet & Robustheet
- justierbar, präzis Prozess Kontroll
- batch & an der Schlaang
- fir all Volumen
- intelligent Software
- Smart Features (zB programméierbar, Dateprotokolléierung, Fernsteierung)
- einfach a sécher ze bedreiwen
- niddereg Ënnerhalt
- CIP (clean-in-place)
Design, Fabrikatioun a Berodung – Qualitéit Made in Germany
Hielscher Ultraschaller si bekannt fir hir héchst Qualitéit an Designnormen. Robustheet an einfach Operatioun erlaben déi glat Integratioun vun eisen Ultraschaller an industriellen Ariichtungen. Rau Konditiounen an erfuerderlech Ëmfeld ginn einfach vun Hielscher Ultraschaller gehandhabt.
Hielscher Ultrasonics ass eng ISO zertifizéiert Firma a setzt spezielle Wäert op High-Performance Ultrasonicatoren mat modernste Technologie a Benotzerfrëndlechkeet. Natierlech sinn Hielscher Ultraschaller CE konform an entspriechen d'Ufuerderunge vun UL, CSA a RoHs.
Industriell Ultraschallreaktor fir d'Industrieproduktioun vu modifizéierten Cellulose Nanofaser mat Power Ultraschall.
Literatur / Referenzen
- Jatin Sethi, Kristiina Oksman, Mirja Illikainen, Juho Antti Sirviö (2018): Sonication-assisted surface modification method to expedite the water removal from cellulose nanofibers for use in nanopapers and paper making. Carbohydrate Polymers, Volume 197, 2018. 92-99.
- Jatin Sethi; Henrikki Liimatainen; Juho Antti Sirviö (2021): Fast and Filtration-Free Method to Prepare Lactic Acid-Modified Cellulose Nanopaper. ACS Omega, 6, 29; 2021. 19038–19044.
- Zanghellini, Benjamin; Knaack, Patrick; Schörpf, Sebastian; Semlitsch, Karl-Heinz; Lichtenegger, Helga; Praher, B.; Omastová, Mária; Rennhofer, Harald (2021): Solvent-Free Ultrasonic Dispersion of Nanofillers in Epoxy Matrix. Polymers 13, 2021.
- Shojaeiarani, J., Bajwa, D., Holt, G. (2020): Sonication amplitude and processing time influence the cellulose nanocrystals morphology and dispersion. Nanocomposites, 6(1), 2020. 41–46.
Oft gestallten Froen
Fir wat gi Cellulose Nanofibrille benotzt?
Cellulose Nanofibrille gi benotzt fir d'Kraaft an d'Rheologie vu Pabeierprodukter ze verbesseren, Nanopabeier ze kreéieren a verschidde Materialien a Kompositen, Verpackungen a biomedizineschen Uwendungen ze verstäerken.
Wat sinn Nanopaperen?
Nanopapers si Pabeierähnlech Materialien aus Cellulose Nanofaser, charakteriséiert duerch hir héich Kraaft, Transparenz an exzellente Barrièreeigenschaften. Si ginn an fortgeschratt Uwendungen wéi flexibel Elektronik, Verpakung a Filtratioun benotzt.
Wat ass den Ënnerscheed tëscht CNC an CNF?
De primären Ënnerscheed tëscht CNC (Cellulose Nanokristalle) an CNF (Cellulose Nanofibrillen) läit an hirer Struktur an Eegeschaften. CNCs sinn héich kristallin, Staang-ähnlech Partikelen ofgeleet aus de kristallinesche Regioune vu Cellulose, déi Steifheit an héich mechanesch Kraaft ubidden. Am Géigesaz, CNFs si laang, flexibel, a verwéckelt Faseren mat kristallinen an amorfe Regiounen, déi eng Kombinatioun vu Kraaft a Flexibilitéit ubidden.
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert High-Performance Ultrasonic Homogenisatoren aus Labo zu industriell Gréisst.