Ultraskaņas kaņepju šķiedru apstrāde
- Šķiedru materiālu, piemēram, kaņepju un linu šķiedru, ultraskaņas retēšana ļauj ātri un efektīvi modificēt šķiedras.
- Ultrasoniski apstrādātas lūksnes šķiedras ir fibrilētas un uzrāda ievērojami augstāku specifisko virsmu, paaugstinātu stiepes izturību un elastību.
- Ultraskaņas šķiedru apstrāde ir ātra un viegli lietojama apstrādes tehnoloģija rūpnieciskai ražošanai.
Ultraskaņas retting
Ultraskaņas retting ir ātra, efektīva un zaļa alternatīva tradicionālajai mitrai vai rasas retināšanai. Akustiskā kavitācija, ko rada augstas intensitātes, zemas frekvences ultraskaņa, izjauc tādu biomateriālu šūnu struktūras kā nekoksnes, augu šķiedras, kas ietver lūksnes šķiedru, piemēram, linu, kaņepju, nātru, kviešu salmus, rīsu salmus, džutu, kā arī no lapām iegūtas šķiedras (piemēram, sizalu, manillas kaņepes, abaka) un no augļiem iegūtas šķiedras, piemēram, kokosšķiedras no kokosriekstu čaumalām.
Ultraskaņas atdalīšana pārveido mikrošķiedras (aptuveni 3-5μm) nanošķiedrās (≥100nm). Turklāt ultraskaņas apstrāde izraisīja tīra ksiloglucāna un ksilāna noārdīšanos šķīdumā, demonstrējot ultraskaņas spēju noārdīt hemicelulozi.
Lai gan ultraskaņas retting galvenokārt tiek izmantots ūdens šķīdumā, tas ir iespējams – atkarībā no izejvielām un plānotā rezultāta – apvienot ultraskaņas procesu ar sārmu apstrādi. NaOH, H risinājumi2O2 un H2TIK4 var izmantot sārmaināšanai, lai īsā apstrādes laikā iegūtu celulozes nanošķiedras. Ar ultraskaņas apstrādi var viegli panākt celulozes mikrošķiedru fibrilāciju. Ultrasoniski ražotajām šķiedrām ir īpaša morfoloģija, kurā nanošķiedras (≥ 100nm) tiek sadalītas pa visu mikrošķiedru virsmu (3-5μm).
Skenēšanas elektroniskā mikroskopijas analīze uz linu, kaņepju un kokosšķiedru šķiedrām ar ultraskaņas apstrādi vai bez tās.
UIP4000hdT (4kW) Rūpnieciskais ultraskaņas procesors šķiedru apstrādei
Ultraskaņas kaņepju šķiedru apstrāde
Pieaugot kaņepju sēklu un fito-kanabinoīdu tirgum, pieaug kaņepju salmu ražošana. Kā blakusproduktu kaņepju salmus un to šķiedras galvenokārt izmanto papīra vai ģeotekstilmateriālu ražošanai, stiprināšanai kompozītmateriālos, kā arī celtniecības materiālos.
Žāvētus un sagrieztus lūksnes salmus var izmantot kā izejvielu ultraskaņas apstrādei, tomēr, lai nodrošinātu izcilu ultraskaņas procesa izvadi, ieteicams izmantot (daļēji) dekorētus stropus. Lūses materiāls tiek samitrināts ūdenī (ūdens šķīdumā), lai iegūtu sūknējamu vircu, kas var iziet cauri ultraskaņas caurplūdes šūnai. Ultraskaņas apstrādes process aizņem tikai īsu laika periodu (aptuveni 30-60 sekundes). Zinātniskie pētījumi ir parādījuši, ka ultrasonication uzlabo hemicelulozes un lignīna ekstrakciju no lignocelulozes materiāliem. Turklāt ultraskaņas apstrāde noārda celulozi un pektīnu. Kaņepju un linu ultraskaņas apstrāde arī uzlabo šķiedru elastību un stiepes izturību, kas ir vērtīgas īpašības tekstilizstrādājumu un kompozītmateriālu ražošanai.
- lignīna satura samazināšana
- mikro- un nanofibrilētas šķiedras
- palielināta šķiedru elastība
- augstāka stiepes izturība
- ātrs process
- viegli lietojams
Kaņepju šķiedras ultraskaņas un sārmu apstrāde (Ferreira et al. 2019)
Ultrasoniski modificēta kaņepju šķiedra
Ultrasoniski fibrilētā lūksnes šķiedra (piemēram, kaņepes, lini) ir īpaši piemērota polimēru sveķu, termoplastisko un termoreaktīvo kompozītu armatūrai.
Kaņepju lūksnes šķiedras ir vērtīgs avots, no kura var iegūt celulozes nanokristālus (CNC). Celulozes nanokristāliem ir raksturīgs augsts virsmas laukums un neparasts stīvums un stiepes izturība. CNC’ stiepes izturība izceļas ar stikla vai alumīnija izturību. Celulozes nanokristāli ir diezgan lēti un tādējādi ir konkurētspējīga nanopiedeva attiecībā uz cenu, pieejamību, toksicitāti, kā arī ilgtspējību.
Ultraskaņas apstrāde ir viegli lietojama, ātra un zaļa tehnika, kas ļauj ražot augstas kvalitātes celulozes nanokristālus.
2014. gads parāda ultraskaņas labvēlīgo ietekmi uz šķiedru apstrādi.
Augstas veiktspējas ultrasonikatori šķiedru apstrādei
Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas iekārtas lieljaudas lietojumiem. Mūsu ultraskaņas sistēmas var izmantot partijas vai nepārtrauktai inline apstrādei. Visi Hielscher rūpnieciskie ultraskaņas procesori var nodrošināt ļoti augstas amplitūdas. Amplitūdas līdz 200 μm var viegli nepārtraukti darbināt 24/7 darbībā. Vēl augstākām amplitūdām ir pieejami pielāgoti ultraskaņas sonotrodes. Tomēr tikai ļoti augstu amplitūdu spēja nav pietiekama, lai veiktu veiksmīgu ultraskaņas šķiedru procesu, piemēram, retting vai fibrilāciju. Atkarībā no izejvielām un no plānotā rezultāta procesa parametri – proti, amplitūda, spiediens, temperatūra un laiks – jābūt precīzi kontrolējamiem un regulējamiem.
Hielscher’s digital ultrasonic processors record automatically all process data on an integrated SD-card, so that process results are reproducible. Amplitude and processing intensity can be precisely adjusted and controlled from very mild to highly intense sonication conditions. This gives you the opportunity to process various materials to optimum output.
The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.
Zemāk redzamajā tabulā ir sniegta norāde par mūsu ultrasonikatoru aptuveno apstrādes jaudu:
| Partijas apjoms | Plūsmas ātrums | Ieteicamās ierīces |
|---|---|---|
| 1 līdz 500 ml | 10 līdz 200 ml/min | UP100H |
| 10 līdz 2000 ml | 20 līdz 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 līdz 20L | 02 līdz 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 līdz 100L | 2 līdz 10L/min | UIP4000hdT |
| n.p. | 10 līdz 100L/min | UIP16000 |
| n.p. | Lielāku | kopa UIP16000 |
Sazinieties ar mums!? Jautājiet mums!
Augstas jaudas ultraskaņas procesori no laboratorijas līdz izmēģinājuma un rūpnieciskajam mērogam.
Literatūra/Atsauces
- Diāna P.Ferreira, Džuliana Krusa, Rauls Fangueiro (2019): 1. nodaļa – Dabisko šķiedru virsmas modifikācija polimēru kompozītmateriālos. Zaļie kompozītmateriāli automobiļu lietojumiem. Woodhead Publishing sērija kompozītmateriālu zinātnē un inženierzinātnēs, 2019, 3.-41. lpp.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014): Ultraskaņas ietekmes raksturojums uz kokosšķiedras, linu un kaņepju šķiedrām. Materiāli Vēstules 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014): Ķīmiskās apstrādes ietekme uz
Dabiskās celulozes īpašības. AIP konferences rakstu krājums 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska , R. Kozłowski, J. Batog (2008): Nanolignīna modificēts lina audums kā daudzfunkcionāls produkts. Molekulārie kristāli un šķidrie kristāli, 484. sējums, 1. izdevums, 2008.
Fakti, kurus ir vērts zināt
kaņepju šķiedra
Kaņepes ir daudzfunkcionāla kultūra, ko izmanto kaņepju sēklām un pēc tam sēklu eļļai, terpenoīdiem un kanabinoīdiem (ti, CBD, CBG uc) un kaņepju salmiem, kurus var apstrādāt ar vērtīgu šķiedru materiālu. Attiecībā uz kaņepju šķiedras kvalitāti izšķir tā sauktās vilkšanas šķiedras, kas nav izlīdzinātas, īsas šķiedras saišķus un tā sauktās līnijas šķiedras, kas ir garas (gareniski izlīdzinātas) šķiedras.
Īso šķiedru bundeles sauc arī par tehnisko šķiedru, un tās galvenokārt izmanto automobiļu rūpniecībā, papīra ražošanā un biobāzētiem kompozītmateriāliem. Garās kaņepju šķiedras tiek izmantotas tekstilmateriāliem un augstvērtīgiem lietojumiem, piemēram, augstas veiktspējas kompozītmateriāliem un biokompozītmateriāliem.
Kaņepju šķiedras ražošana:
Šķiedru kaņepes (kaņepes, kas tiek audzētas šķiedru ražošanai)ir ideāli novāktas pirms ziedēšanas. Šī agrīnā augkopība rada augstāku šķiedru kvalitāti, jo kvalitāte samazinās, ja ziedēšana ir atļauta. Parasti šķiedras kaņepes novāc 70-90 dienas pēc sēšanas. Lai novāktu kaņepes, augus sagriež 2-3 cm virs augsnes un pēc tam dažas dienas žāvē. Pēc ražas novākšanas kaņepes tiek atjaunotas. Retting ir process, kurā tiek izmantots mitrums un mikrobi, lai sadalītu augu pektīnus, kas ķīmiski saista kaņepju kātu kopā. Tradicionāli kaņepju kāti pirms šķiedru nociršanas būtu ar ūdeni vai rasas retināti. Attīrīšanas process atvieglo turpmāku lūksnes atdalīšanu no tā sauktā kaņepju ķērāja vai šiva (kas ir kaņepju stublāju koksnes kodols). Pēc retēšanas kaņepju kātiņus žāvē (līdz mitruma saturam, kas mazāks par 15% un glābj.
Lai iegūtu kaņepju šķiedras, kuras var izmantot ražošanai un kā piedevas, šķiedras ir jāatdala procesā, kas pazīstams kā “Scutching”. Tīrīšanas procesā kaņepju salmi tiek mehāniski apstrādāti, lai knābtu kaņepju augu, piemēram, izmantojot āmuru dzirnavas. Šajā mehāniskajā procesā kaņepes tiek sitas pret ekrānu, līdz apskādē, mazākas lūksnes šķiedras un putekļi nokrīt caur ekrānu. Mūsdienu ātrgaitas kinemātiskās dekortikācijas mašīnas spēj atdalīt kaņepes trīs plūsmās; lūksnes šķiedra, shurd un zaļā mikrošķiedra.
Celulozes saturs kaņepēs ir aptuveni 70-77%. Kaņepju šķiedras ir lielisks koksnes celulozes šķiedru aizstājējs
Kaņepju šķiedru priekšrocības
- Rentablu
- augsta stiepes izturība un stīvums
- ideāli piemērots neaustiem izstrādājumiem, kas perforēti ar adatām
- efektīva stikla šķiedras aizstāšana
- Samazina formēšanas laiku
- svara samazināšana gatavajā daļā
- viegli apstrādājams un pārstrādājams
- var pielāgot, lai atbilstu dažādām specifikācijām un dažādām ražošanas sistēmām
- ir iespējama konsekventa piegādes kvalitāte un pieejamība
Šķiedru biomateriāli
Ja salmu šķiedras ekstrahē no linu stiebriem, stublāja daļas, kas nav šķiedras, izņemot sēklas, parasti sauc par spaļiem vai stropiem. Piemēram, eļļas augu linos spaļi veido aptuveni 70 – 85% no kopējā salmu svara, kas padara spailes par linu salmu apstrādes galveno blakusproduktu.
Ultrasoniski ražots, nanostrukturēts lignīns tiek izmantots daudzfunkcionālu linu audumu izgatavošanai. Papildinot lina tekstilizstrādājumus ar nanolignīnu, var izveidot daudzfunkcionālus tekstilizstrādājumus. Šie daudzfunkcionālie tekstilizstrādājumi piedāvā UV barjeras, antibakteriālo un antistatisko īpašību papildu īpašības.