paātrināta celulozes nanošķiedru atūdeņošana papīra ražošanai

Ultraskaņas apstrāde kombinācijā ar pienskābes (LA) modifikāciju ir videi draudzīga pieeja, lai paātrinātu celulozes nanošķiedru (CNF) atūdeņošanas procesu papīra ražošanai. Celulozes nanošķiedras ir pazīstamas ar augstu ūdens aizturi, izraisot ievērojamu aizkavēšanos drenāžas procesā, kas ir kritisks solis nanopapīra sagatavošanā un citos nanocelulozes lietojumos. Metode samazina drenāžas laiku par 75%, no 45 minūtēm līdz 10 minūtēm, esterificējot celulozes hidroksilgrupas ar pienskābi ultraskaņas stāvoklī. Šī modifikācija arī pazemina suspensijas viskozitāti un izrādās rūpnieciski mērogojama, piedāvājot praktisku risinājumu, lai uzlabotu celulozes nanošķiedras produktu efektivitāti un ražošanas ātrumu.

Ātra pienskābes modificētas celulozes nanošķiedru atūdeņošana ar ultraskaņu
(Pētījums un attēls: ©Sethi et al., 2018)

Uzlabota celulozes nanošķiedru atūdeņošanas efektivitāte, izmantojot ultraskaņas pienskābes modifikāciju

Celulozes nanošķiedras (CNF) tiek svinētas par daudzajām priekšrocībām papīra ražošanā, piemēram, uzlabojot izturību un modificējot reoloģiju. Tomēr viens būtisks trūkums ir pārmērīgi daudz laika, kas nepieciešams, lai novadītu ūdeni no celulozes nanošķiedras suspensijām, kas ir kritisks solis nanopapīru sagatavošanā. Šī problēma ne tikai ietekmē nanopapīra ražošanu, bet arī kavē nanocelulozes rūpniecisku pārstrādi citos gatavos produktos. Ilgstošais drenāžas laiks galvenokārt ir saistīts ar augsto ūdens aizturi ar celulozes nanošķiedrām, kas ir sašaurinājums no celulozes nanošķiedru iegūtu produktu komercializācijā.
Zemāk mēs iepazīstinām jūs ar Sethi un kolēģu zinātniskā pētījuma rezultātiem (2018), kuri izstrādāja celulozes nanošķiedru ultrasoniski atbalstītu pienskābes modifikāciju, kas noved pie 75% ātrākas CNF atūdeņošanas un uzlabotas materiālu funkcijas.

Celulozes nanošķiedru ultraskaņas modifikācija ar pienskābi

Lai risinātu šo problēmu, ir izstrādāta videi draudzīga, uz ūdeni balstīta pieeja, kas ietver ultraskaņas enerģiju un pienskābi (LA), lai modificētu celulozes nanošķiedru virsmu. Šī metode ievērojami paātrina atūdeņošanas procesu, samazinot drenāžas laiku līdz pat 75%.
Modifikācijas process ietver celulozes nanošķiedras suspensiju atšķaidīšanu līdz koncentrācijai 0,35 masas% un pienskābes pievienošanu dažādos daudzumos attiecībā pret celulozes nanošķiedras sauso saturu (0,5 reizes, 1 reizi, 5 reizes un 10 reizes celulozes nanošķiedras sausā satura suspensijā). Nanošķiedras, ūdeni un pienskābi sajauc, izmantojot ātrgaitas maisītāju ar ātrumu 1500 apgr./min 5 minūtes, un pēc tam apstrādā ar ultraskaņu ar Hielscher UP400S sonikatoru, kas aprīkots ar titāna galu (22 mm diametrā). Ultraskaņas apstrāde tiek veikta dažādos enerģijas līmeņos, ar maksimālo piešķirto enerģiju 600 J / ml, kas atbilst 10 minūšu ultraskaņas apstrādei.

Ietekme uz iztukšošanas laiku

Ultraskaņas-pienskābes modifikācijai ir dziļa ietekme uz celulozes nanošķiedras suspensiju novadīšanas laiku. Standarta suspensija atūdeņošanai nepieciešamas aptuveni 45 minūtes. Pēc ultraskaņas pienskābes modifikācijas šis laiks tiek samazināts līdz 10 minūtēm, kas ir 75% uzlabojums. Pat ar vieglu ultraskaņu (5 J / ml) drenāžas laiks tiek samazināts uz pusi līdz 23 minūtēm. Drenāžas laiks samazinās, palielinoties ultraskaņas enerģijai, galu galā sasniedzot plato apmēram 10 minūtēs.
Šis uzlabojums ir saistīts ar celulozes hidrofilo hidroksilgrupu aizstāšanu ar pienskābes hidrofobajām daļiņām. Hidroksilgrupas galvenokārt ir atbildīgas par augstu ūdens aizturi. Pienskābe ar karboksilgrupu var piedalīties esterifikācijas reakcijā ar celulozes hidroksilgrupām ultraskaņas stāvoklī. Ultraskaņas apstrāde šķidrā vidē rada niecīgus vakuuma dobumus, kas sabrūk, lai radītu ekstremālus apstākļus (5000 K temperatūra un 1000 atm spiediens), kas ir pietiekami, lai izraisītu ķīmiskas reakcijas, tostarp esterifikāciju.

Ultraskaņas apstrādes enerģija pret iztukšošanas laiku (minūtēs) nanopapīra sagatavošanai (kas atbilst CNF(1)LA paraugam).
100 J / ml ultraskaņas enerģijas atbilst 100 sekundēm ultraskaņas apstrādes utt.
(Pētījums un attēls: ©Sethi et al., 2018)

Celulozes nanošķiedras suspensiju viskozitātes samazināšana

Ultraskaņas apstrādes enerģija veicina arī celulozes nanošķiedras suspensiju viskozitātes samazināšanos. Viskozitāte ir apgriezti proporcionāla ultraskaņas apstrādes enerģijai, ar zemāko viskozitāti, kas novērota pie 600 J / ml, kam seko 300 J / ml un 60 J / ml. Šis viskozitātes samazinājums vēl vairāk palīdz uzlabot atūdeņošanas efektivitāti.

Ultraskaņas celulozes nanošķiedras modifikācijas rūpnieciskā nozīme

Ultraskaņas-pienskābes modifikācijas metode ir ne tikai efektīva, bet arī saderīga ar rūpnieciskiem lietojumiem. Hielscher vismodernākie ultraskaņas aparāti, kas spēj apstrādāt liela apjoma apstrādi, var efektīvi pabeigt uzdevumu, padarot šo metodi piemērotu liela mēroga operācijām.
Turklāt šī pieeja ļauj papīra loksnēs iekļaut līdz 10 masas% celulozes nanošķiedras, un atūdeņošana tiek pabeigta tikai 2 minūtēs, salīdzinot ar 23 minūtēm nemodificētām celulozes nanošķiedrām. Šis ievērojamais uzlabojums var revolucionizēt celulozes nanošķiedru izmantošanu papīra ražošanā, pārvarot vienu no galvenajiem šķēršļiem to komercializācijā.

Skaņas signāli celulozes nanošķiedru un papīra ražošanai

Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu zondes tipa ultraskaņas apstrādātāju aptuveno apstrādes jaudu:

Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Kvalitāte ražots Vācijā

Hielscher ultrasonikatori ir labi pazīstami ar saviem augstākajiem kvalitātes un dizaina standartiem. Robustums un viegla darbība ļauj vienmērīgi integrēt mūsu ultrasonikatorus rūpnieciskajās iekārtās. Hielscher ultrasonikatori viegli apstrādā neapstrādātus apstākļus un prasīgu vidi.

Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums un īpašu uzsvaru liek uz augstas veiktspējas ultrasonikatoriem, kas piedāvā vismodernākās tehnoloģijas un lietotājdraudzīgumu. Protams, Hielscher ultrasonikatori atbilst CE prasībām un atbilst UL, CSA un RoHs prasībām.