Beschleunegt Entwässerung vu Zellulos-Nanofasere fir d’Pabeierproduktioun

D’Beschallung a Kombinatioun mat enger Modifikatioun duerch Mëllechsaier (LA) ass eng ëmweltfrëndlech Approche, fir den Entwässerungsprozess vu Zellulos-Nanofaseren (CNFs) fir d’Pabeierproduktioun ze beschleunegen. Zellulos-Nanofasere si fir hir héich Waasserretentioun bekannt, déi bedeitend Verzögerunge beim Oflafe vum Waasser verursaacht, engem entscheedende Schrëtt bei der Hierstellung vun Nanopabeier an aneren Uwendunge vun Nanozellulos. D’Method reduzéiert d’Oflafzäit ëm 75%, vu 45 Minutten op 10 Minutten, duerch d’Esterifizéierung vun den Hydroxylgruppe vun der Zellulos mat Mëllechsaier ënner Beschallung. Dës Modifikatioun reduzéiert och d’Viskositéit vun der Suspensioun a léisst sech noweislech op industrielle Moossstaf vergréisseren. Si bitt domat eng praktesch Léisung, fir d’Effizienz an d’Produktiounsleeschtung vu Produkter op Basis vu Zellulos-Nanofaseren ze erhéijen.

Séier Entwässerung vu mat Mëllechsaier modifizéierten Zellulos-Nanofaseren ënner Beschallung
(Etüd a Bild: ©Sethi et al., 2018)

Verbessert Entwässerungseffizienz vu Zellulos-Nanofaseren duerch eng Ultraschallmodifikatioun mat Mëllechsaier

Zellulos-Nanofaseren (CNFs) gi fir hir vill Virdeeler an der Pabeierproduktioun geschat, wéi d’Erhéijung vun der Festegkeet an d’Verännerung vun der Rheologie. E bedeitenden Nodeel ass awer déi aussergewéinlech laang Zäit, déi néideg ass, fir Waasser aus Zellulos-Nanofasersuspensiounen oflafen ze loossen, wat en entscheedende Schrëtt bei der Hierstellung vun Nanopabeiere ass. Dës Erausfuerderung beaflosst net nëmmen d’Produktioun vun Nanopabeier, mee behënnert och d’industriell Veraarbechtung vun Nanozellulos zu anere fäerdege Produkter. Déi laang Oflafzäit ass haaptsächlech op déi héich Waasserretentioun vun den Zellulos-Nanofaseren zeréckzeféieren, déi en Enkpass bei der Kommerzialiséierung vu Produkter aus Zellulos-Nanofaseren duerstellt.
Hei drënner presentéiere mir Iech d’Resultater vun enger wëssenschaftlecher Etüd vu Sethi a senge Kolleegen (2018), déi eng ultraschallënnerstëtzt Modifikatioun vu Zellulos-Nanofasere mat Mëllechsaier entwéckelt hunn, déi zu enger ëm 75% méi séierer Entwässerung vun CNFs a verbesserte Materialfunktionalitéite féiert.

Ultraschallmodifikatioun vu Zellulos-Nanofasere mat Mëllechsaier

Fir dëse Problem unzegoen, gouf eng ëmweltfrëndlech, waasserbaséiert Approche mat Beschallungsenergie a Mëllechsaier (LA) entwéckelt, fir d’Uewerfläch vun Zellulos-Nanofaseren ze modifizéieren. Dës Method beschleunegt den Entwässerungsprozess däitlech a reduzéiert d’Oflafzäit ëm bis zu 75%.
De Modifikatiounsprozess ëmfaasst d’Verdënne vun Zellulos-Nanofasersuspensiounen op eng Konzentratioun vun 0,35 wt.% an d’Bäiginn vu Mëllechsaier a verschiddene Quantitéiten am Verhältnes zum Dréchegehalt vun den Zellulos-Nanofaseren (dat 0,5-Facht, dat 1-Facht, dat 5-Facht an dat 10-Facht vum Dréchegehalt vun den Zellulos-Nanofaseren an der Suspensioun). D’Nanofaseren, d’Waasser an d’Mëllechsaier gi mat engem Héichvitessréierwierk bei 1500 rpm fir 5 Minutte gemëscht an duerno mat engem Hielscher UP400S Ultraschallapparat beschallt, dee mat enger Titanspëtzt (22 mm Duerchmiesser) ekipéiert ass. D’Beschallung gëtt bei verschiddenen Energieniveauen duerchgefouert, mat enger maximal agebrachter Energie vu 600 J/ml, wat 10 Minutte Beschallung entsprécht.

Afloss op d’Oflafzäit

D’Ultraschallmodifikatioun mat Mëllechsaier huet e staarken Afloss op d’Oflafzäit vun Zellulos-Nanofasersuspensiounen. D’Referenzsuspensioun brauch ongeféier 45 Minutte fir d’Entwässerung. No der beschallungsënnerstëtzter Modifikatioun mat Mëllechsaier gëtt dës Zäit op 10 Minutte reduzéiert, wat enger Verbesserung vu 75% entsprécht. Och bei enger liichter Beschallung (5 J/ml) gëtt d’Oflafzäit op 23 Minutten halbéiert. D’Oflafzäit hëlt mat zouhuelender Beschallungsenergie of an erreecht schliisslech e Plateau bei ongeféier 10 Minutten.
Dës Verbesserung gëtt dorop zeréckgefouert, datt hydrophil Hydroxylgruppe vun der Zellulos duerch hydrophob Moleküldeeler vun der Mëllechsaier ersat ginn. D’Hydroxylgruppe sinn haaptsächlech fir déi héich Waasserretentioun verantwortlech. D’Mëllechsaier ka mat hirer Carboxylgrupp ënner Beschallung un enger Esterifizéierungsreaktioun mat den Hydroxylgruppe vun der Zellulos deelhuelen. D’Beschallung erzeugt winzeg Vakuumhuelraim am flëssege Medium, déi zesummefalen an dobäi extrem Bedéngungen (5000 K Temperatur an 1000 atm Drock) erzeugen, déi duergoen, fir cheemesch Reaktiounen, dorënner d’Esterifizéierung, auszeléisen.

Beschallungsenergie am Verglach mat der Oflafzäit (a Minutten) bei der Hierstellung vun Nanopabeier (entsprécht der Prouf CNF(1)LA).
100 J/ml Beschallungsenergie entspriechen 100 Sekonne Beschallung, asw.
(Etüd a Bild: ©Sethi et al., 2018)

Reduktioun vun der Viskositéit vun Zellulos-Nanofasersuspensiounen

D’Beschallungsenergie dréit och dozou bäi, d’Viskositéit vun den Zellulos-Nanofasersuspensiounen ze reduzéieren. D’Viskositéit ass ëmgedréint proportionell zu der Beschallungsenergie, woubäi déi niddregst Viskositéit bei 600 J/ml observéiert gëtt, gefollegt vun 300 J/ml a 60 J/ml. Dës Reduktioun vun der Viskositéit hëlleft zousätzlech, d’Entwässerungseffizienz ze verbesseren.

Industriell Relevanz vun der Ultraschallmodifikatioun vu Zellulos-Nanofaseren

D’Method vun der Ultraschallmodifikatioun mat Mëllechsaier ass net nëmme wierksam, mee och mat industriellen Uwendunge kompatibel. Hielscher Ultraschallapparater um neiste Stand vun der Technik, déi grouss Volumë veraarbechte kënnen, kënnen dës Aufgab effizient erfëllen, soudatt dës Method fir de Betrib a groussem Moossstaf gëeegent ass.
Zousätzlech erméiglecht dës Approche d’Abrénge vu bis zu 10 wt.% Zellulos-Nanofaseren a Pabeierblieder, woubäi d’Entwässerung a just 2 Minutten ofgeschloss ass, am Verglach zu 23 Minutte bei onmodifizéierten Zellulos-Nanofaseren. Dës bedeitend Verbesserung kann d’Benotzung vun Zellulos-Nanofaseren an der Pabeierhierstellung revolutionéieren an dobäi eng vun de groussen Hürde bei hirer Kommerzialiséierung iwwerwannen.

Ultraschallapparater fir Zellulos-Nanofaseren an d’Pabeierproduktioun

Déi follgend Tabell gëtt Iech en Unhaltspunkt fir déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eise Sonden-Ultraschallapparater:

Design, Fabrikatioun a Berodung – Qualitéit aus Däitschland

Hielscher Ultraschallapparater si fir hir héchst Qualitéits- an Designstandarde bekannt. Robustheet an einfach Bedéngung erméiglechen eng reiwungslos Integratioun vun eisen Ultraschallapparater an industriell Anlagen. Hielscher Ultraschallapparater gi liicht mat haarde Bedéngungen an usprochsvollen Ëmfelder eens.

Hielscher Ultrasonics ass en ISO-zertifizéiert Betrib a leet besonnesche Wäert op héichleeschtungsfäeg Ultraschallapparater mat Technologie um neiste Stand a Benotzerfrëndlechkeet. Natierlech sinn Hielscher Ultraschallapparater CE-konform an erfëllen d’Ufuerderunge vun UL, CSA a RoHs.