Veraarbechtung vun Hanffasere mat Ultraschall
- D’Réischte vu faserege Materialie wéi Hanf- a Flaxfasere mat Ultraschall erméiglecht eng séier an effizient Modifikatioun vun de Faseren.
- Mat Ultraschall verschaffte Baaschtfasere si fibrilléiert a weisen eng däitlech méi grouss spezifesch Uewerfläch, eng erhéicht Zuchfestegkeet a Flexibilitéit.
- D’Faserveraarbechtung mat Ultraschall ass eng séier an einfach uwendbar Veraarbechtungstechnologie fir d’industriell Produktioun.
Réischte mat Ultraschall
D’Réischte mat Ultraschall ass eng séier, effizient an ëmweltfrëndlech Alternativ zum traditionelle Waasser- oder Dauréischten. Akustesch Kavitatioun, déi duerch Ultraschall mat héijer Intensitéit an niddreger Frequenz entsteet, brécht d’Zellstrukture vu Biomaterialien op, zum Beispill vu planzleche Faseren, déi net aus Holz stamen. Dozou gehéiere Baaschtfasere wéi Flax, Hanf, Brennnesselen, Weessstréi, Räisstréi a Jute, souwéi Faseren aus Blieder (z. B. Sisal, Manila-Hanf, Abacá) a Faseren aus Friichte wéi Kokosfaseren aus Kokosnossschuelen.
D’Entflechte mat Ultraschall verwandelt Mikrofaseren (ongeféier 3–5µm) an Nanofaseren (≥100nm). Ausserdeem huet d’Ultraschallveraarbechtung den Ofbau vu rengem Xyloglucan a Xylan a Léisung ausgeléist, wat d’Fäegkeet vum Ultraschall weist, Hemizellulos ofzebauen.
Obwuel d’Réischte mat Ultraschall haaptsächlech an enger wässerlecher Léisung duerchgefouert gëtt, ass et méiglech – ofhängeg vum Réimaterial an dem ugestrieften Zil – den Ultraschallprozess mat enger Alkalibehandlung ze kombinéieren. Léisunge vun NaOH, H2O2 an H2SO4 kënne fir d’Alkaliséierung benotzt ginn, fir Zellulosnanofaseren an enger kuerzer Veraarbechtungszäit ze gewannen. Duerch eng Ultraschallbehandlung kann eng Fibrilléierung vun Zellulosmikrofaseren einfach erreecht ginn. Déi mat Ultraschall produzéiert Fasere weisen eng spezifesch Morphologie, bei där d’Nanofaseren (≥ 100nm) iwwer déi ganz Uewerfläch vun de Mikrofaseren (3–5µm) verdeelt sinn.
Rasterelektronemikroskopesch Analys vu Flax-, Hanf- a Kokosfasere mat oder ouni Ultraschallveraarbechtung.
Quell: Renouard et al. 2014
UIP4000hdT (4kW) industriellen Ultraschallprozessor fir d’Faserveraarbechtung
Veraarbechtung vun Hanffasere mat Ultraschall
Mam wuessende Maart fir Hanfsom a Phytocannabinoide geet eng ëmmer méi grouss Produktioun vun Hanfstréi an. Als Nieweprodukt ginn Hanfstréi a seng Faseren haaptsächlech fir d’Produktioun vu Pabeier oder Geotextilien, fir d’Verstäerkung vu Kompositmaterialien an als Baumaterial benotzt.
Gedréchent a geschniddent Baaschtstréi kann als Réimaterial fir d’Ultraschallbehandlung benotzt ginn. Fir e bessert Resultat vum Ultraschallprozess gëtt awer d’Benotzung vun (deelweis) entbaaschte Schiewe recommandéiert. D’Baaschtmaterial gëtt a Waasser (wässerlech Léisung) befiicht, soudatt eng pompelfäeg Suspensioun entsteet, déi duerch d’Ultraschall-Duerchflosszell fléisse kann. D’Ultraschallbehandlung dauert nëmme kuerz (ongeféier 30–60 Sek.). Wëssenschaftlech Fuerschung huet gewisen, datt d’Ultraschallbehandlung d’Extraktioun vun Hemizellulos a Lignin aus lignozellulosesche Materialie verbessert. Ausserdeem baut d’Ultraschallbehandlung Zellulos a Pektin of. D’Ultraschallveraarbechtung vun Hanf a Flax verbessert och d’Flexibilitéit an d’Zuchfestegkeet vun de Faseren, déi wäertvoll Eegenschafte fir d’Produktioun vun Textilien a Kompositmaterialie sinn.
- Reduktioun vum Ligningehalt
- mikro- an nanofibrilléiert Faseren
- erhéicht Flexibilitéit vun de Faseren
- méi héich Zuchfestegkeet
- séiere Prozess
- einfach ze bedéngen
Ultraschall-Alkalibehandlung vun Hanffaseren (Ferreira et al. 2019)
Mat Ultraschall modifizéiert Hanffaseren
Mat Ultraschall fibrilléiert Baschtfaseren (z. B. Hanf, Fluess) eegne sech besonnesch als Verstäerkung fir Polymerharzen, thermoplastesch an duroplastesch Verbondmaterialien.
Hanfbaschtfasere sinn eng wäertvoll Quell, aus där Cellulose-Nanokristaller (CNCs) extrahéiert kënne ginn. Cellulose-Nanokristaller zeechne sech duerch hir grouss Uewerfläch an hir aussergewéinlech Steifegkeet an Zuchfestegkeet aus. D’Zuchfestegkeet vun CNCs iwwertrefft déi vu Glas oder Aluminium. Cellulose-Nanokristaller sinn zimlech bëlleg an domat e konkurrenzfäegen Nanoadditiv, wat de Präis, d’Verfügbarkeet, d’Toxizitéit an d’Nohaltegkeet ugeet.
D’Ultraschallbehandlung ass eng einfach uwendbar, séier an ëmweltfrëndlech Technik, mat där héichwäerteg Cellulose-Nanokristaller hiergestallt kënne ginn.
Sosiati et al. 2014 weisen déi positiv Auswierkunge vun der Ultraschallbehandlung op d’Faserveraarbechtung.
Héichleeschtungs-Ultraschallapparater fir d’Faserveraarbechtung
Hielscher Ultrasonics stellt héichleeschtungsfäeg Ultraschallapparater fir Uwendunge mat héijer Belaaschtung hier. Eis Ultraschallsystemer kënne fir chargëweis oder kontinuéierlech Inline-Veraarbechtung agesat ginn. All industriell Ultraschallprozessoren vun Hielscher kënne ganz héich Amplitudë liwweren. Amplitudë vu bis zu 200µm kënne problemlos kontinuéierlech am 24/7-Betrib agesat ginn. Fir nach méi héich Amplitudë si personaliséiert Ultraschallsonotroden disponibel. D’Fäegkeet, ganz héich Amplituden ze liwweren, geet awer eleng net duer, fir en Ultraschallprozess fir Faseren, wéi d’Réischten oder d’Fibrilléierung, erfollegräich duerchzeféieren. Ofhängeg vum Réimaterial a vum ugestriefte Resultat mussen d’Prozessparameter – nämlech Amplitude, Drock, Temperatur an Zäit – genee kontrolléierbar an astellbar sinn.
Déi digital Ultraschallprozessoren vun Hielscher späicheren automatesch all Prozessdaten op enger integréierter SD-Kaart, sou datt d’Prozessresultater reproduzéierbar sinn. D’Amplitude an d’Veraarbechtungsintensitéit kënne präzis agestallt a kontrolléiert ginn, vu ganz douce bis zu héichintensive Bedéngunge vun der Ultraschallbehandlung. Dëst gëtt Iech d’Méiglechkeet, verschidde Materialie mat engem optimale Resultat ze verschaffen.
D’Robustheet vun den Ultraschallapparater vun Hielscher erméiglecht en 24/7-Betrib bei héijer Belaaschtung an an usprochsvollen Ëmfeld.
D’Tabell hei drënner gëtt Iech en Iwwerbléck iwwer déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater:
| Chargevolumen | Duerchfloss | Recommandéiert Apparater |
|---|---|---|
| 1 bis 500mL | 10 bis 200mL/min | UP100H |
| 10 bis 2000mL | 20 bis 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 bis 20L | 0,2 bis 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100L | 2 bis 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 bis 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | méi héich | Grupp vu UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Leeschtungsstaark Ultraschallprozessoren, vum Labo iwwer de Pilotmoossstaf bis zum industrielle Moossstaf.
Literatur/Referenzen
- Diana P.Ferreira, Juliana Cruz, Raul Fangueiro (2019): Kapitel 1 – Uewerflächemodifikatioun vun natierleche Faseren a Polymerverbondmaterialien. Ëmweltfrëndlech Verbondmaterialie fir Uwendungen am Automobilberäich. Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering 2019, Säiten 3–41.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014): Charakteriséierung vun den Auswierkunge vun Ultraschall op Kokos-, Fluess- an Hanffaseren. Materials Letters 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014): Afloss vun de cheemesche Behandlungen op d’
Eegenschafte vun natierlecher Cellulose. AIP Conference Proceedings 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska , R. Kozłowski, J. Batog (2008): Mat Nanolignin modifizéierte Léngestoff als multifunktionellt Produkt. Molecular Crystals and Liquid Crystals Band 484, Ausgab 1, 2008.
Wëssenswäertes
Hanffaser
Hanf ass eng Kulturplanz mat ville Gebrauchsméiglechkeeten, déi wéinst hiren Hanfsomen an dem doraus gewonnene Somueleg, hiren Terpenoiden a Cannabinoiden (d. h. CBD, CBG, asw.) an hirem Hanfstréi ugebaut gëtt, dat zu wäertvollem Fasermaterial verschafft ka ginn. Wat d’Qualitéit vun den Hanffaseren ugeet, gëtt tëscht de sougenannte Wiergfaseren, déi aus kuerzen, net ausgeriichte Faserbëntele bestinn, an de sougenannte Laangfaseren ënnerscheet, déi laang, an der Längsrichtung ausgeriichte Fasere sinn.
Déi kuerz Faserbëntele ginn och technesch Fasere genannt a ginn haaptsächlech an der Automobilindustrie, fir d’Produktioun vu Pabeier a fir biobaséiert Kompositmaterialie benotzt. Laang Hanffasere gi fir Textilien an héichwäerteg Uwendunge wéi Héichleeschtungskompositen a Biokomposite benotzt.
Produktioun vun Hanffaseren:
Faserhanf (Hanf, dee fir d’Faserproduktioun ugebaut gëtt) gëtt am beschte virun der Bléi geziicht. Dës fréi Recolte féiert zu enger méi héijer Faserqualitéit, well d’Qualitéit ofhëlt, wann d’Planzen zur Bléi kommen. Am Allgemenge gëtt Faserhanf 70–90 Deeg no der Aussaat geziicht. Fir den Hanf ze recoltéieren, ginn d’Planzen 2–3cm iwwer dem Buedem ofgeschnidden an duerno e puer Deeg gedréchent. No der Recolte gëtt den Hanf rettéiert. De Rettage ass e Prozess, bei deem Fiichtegkeet a Mikroben d’Pektinne vun der Planz ofbauen, déi den Hanfstängel cheemesch zesummenhalen. Traditionell goufen Hanfstängelen am Waasser oder am Da rettéiert, éier d’Fasere geschwonge goufen. De Rettage erliichtert déi uschléissend Trennung vum Bascht vun de sougenannten Hanfschiewen (dem hëlzene Kär vun den Hanfstängelen). Nom Rettage ginn d’Hanfstängelen op e Fiichtegkeetsgehalt vu manner wéi 15% gedréchent an a Balle gepresst.
Fir Hanffaseren ze gewannen, déi fir d’Fabrikatioun an als Zousazstoffer benotzt kënne ginn, mussen d’Faseren duerch e Prozess getrennt ginn, deen als „Schwéngen“ bekannt ass. Beim Schwénge gëtt d’Hanfstréi mechanesch verschafft, fir d’Hanfplanz opzebriechen, z. B. mat enger Hammermillen. Bei dësem mechanesche Prozess gëtt den Hanf géint e Sift geschloen, bis d’Schiewen, méi kleng Baschtfaseren an de Stëbs duerch de Sift falen. Modern kinematesch Dekortikatiounsmaschinne mat héijer Vitess kënnen den Hanf an dräi Materialstréim trennen: Baschtfaseren, Schiewen a gréng Mikrofaseren.
Den Zellulosegehalt am Hanf läit bei ongeféier 70–77%. Hanffasere sinn en exzellenten Ersatz fir Zellulosefaseren aus Holz
Virdeeler vun Hanffaseren
- käschtegënschteg
- héich Zuchfestegkeet a Steifegkeet
- ideal fir mat Nole verfestegt Vliesprodukter gëeegent
- effektiven Ersatz fir Glasfaseren
- verkierzt d’Formzäit
- Gewiichtsreduktioun am fäerdege Baudeel
- einfach ze verschaffen an ze recycléieren
- kënnen un eng Villfalt vu Spezifikatiounen a verschidde Fabrikatiounssystemer ugepasst ginn
- eng gläichbleiwend Qualitéit an eng geséchert Liwwerdisponibilitéit si méiglech
Faserhalteg Biomaterialien
Wa Stréifaseren aus Fluesstréi gewonne ginn, ginn déi net faserhalteg Deeler vum Stängel, ouni d’Somen, normalerweis als Schiewe bezeechent. Beim Uelegflues maachen d’Schiewen zum Beispill ongeféier 70 – 85% vum gesamte Stréigewiicht aus, wouduerch si d’Haaptnieweprodukt vun der Verschaffung vu Fluesstréi sinn.
Mat Ultraschall produzéiert, nanostrukturéiert Lignin gëtt benotzt, fir multifunktionell Léngegewiewer hierzestellen. Duerch d’Foulardéiere vu Léngentextilie mat Nanolignin kënne multifunktionell Textilien hiergestallt ginn. Dës multifunktionell Textilie bidden zousätzlech eng Barrière géint UV-Stralung souwéi antibakteriell an antistatesch Eegenschaften.