Nanostrukturētas celulozes ražošana ar ultraskaņu

Nanoceluloze – izcila augstas veiktspējas piedeva – ir ieguvusi ievērību, pateicoties tās daudzveidīgajam lietojumam kā reoloģisko īpašību modifikatoram, armējošam līdzeklim un svarīgai sastāvdaļai dažādos progresīvos materiālos. Šīs nanostrukturētās fibrillas, kas iegūtas no jebkura celulozi saturoša izejmateriāla, var efektīvi izolēt, izmantojot lielas jaudas ultraskaņas homogenizāciju un malšanu. Šis process, ko sauc par apstrādi ar ultraskaņu, ievērojami uzlabo fibrilāciju, palielinot nanocelulozes iznākumu un iegūstot smalkākas, plānākas šķiedras. Ultraskaņas tehnoloģija pārspēj tradicionālās ražošanas metodes, pateicoties tās spējai kavitācijas rezultātā radīt ārkārtīgi lielus bīdes spēkus, kas padara to par izcilu līdzekli nanocelulozes ražošanai.

Nanocelulozes ražošana ar ultraskaņu

Lielas jaudas ultraskaņa veicina mikrocelulozes un nanocelulozes ekstrakciju un izolēšanu no dažādiem celulozes materiālu avotiem, piemēram, koksnes, lignocelulozes šķiedrām (celulozes masas šķiedrām) un celulozi saturošiem atlikumiem.
Lai atbrīvotu augu šķiedras no izejmateriāla, ultraskaņas smalcināšana un homogenizācija ir iedarbīga un uzticama metode, kas ļauj apstrādāt ļoti lielus apjomus. Celulozes masu ievada plūsmā integrētā ultraskaņas reaktorā, kur ultraskaņas radītie lielie bīdes spēki sagrauj biomasas šūnu struktūru, padarot šķiedraino materiālu pieejamu.

Tālāk 1. attēlā redzams nekad nežāvētas kokvilnas (NDC) TEM attēls pēc enzimātiskas hidrolīzes un 20 minūšu ilgas apstrādes ar Hielscher zondes tipa sonikatoru UP400S.
[Bittencourt et al. 2008]

Tālāk 2. attēlā redzams viskozes plēves SEM attēls pēc enzimātiskas hidrolīzes un tai sekojošas apstrādes ar Hielscher sonikatora modeli UP400S.
[Bittencourt et al. 2008]

Nanocelulozes apstrādi ar ultraskaņu var arī veiksmīgi apvienot ar TEMPO oksidētu šķiedru apstrādi. TEMPO procesā celulozes nanošķiedras ražo ar oksidēšanas sistēmu, izmantojot 2,2,6,6-tetrametilpiperidinil-1-oksilu (TEMPO) kā katalizatoru, kā arī nātrija bromīdu (NaBr) un nātrija hipohlorītu (NaOCl). Pētījumos ir pierādīts, ka oksidēšanas efektivitāte ievērojami uzlabojas, ja oksidēšanu veic ultraskaņas iedarbībā.

Nanocelulozes disperģēšana ar ultraskaņu

Nanocelulozes dispersijām piemīt neparastas reoloģiskās īpašības, jo tām ir augsta viskozitāte pie zemas nanocelulozes koncentrācijas. Tas padara nanocelulozi par ļoti interesantu piedevu, ko izmanto kā reoloģisko īpašību modifikatoru, stabilizatoru un gelveidotāju dažādos lietojumos, piemēram, pārklājumu, papīra vai pārtikas rūpniecībā. Lai izpaustos nanocelulozes unikālās īpašības, tai jābūt
Disperģēšana ar ultraskaņu ir ideāla metode smalkas, atsevišķi disperģētas nanocelulozes iegūšanai. Tā kā nanocelulozes viskozitāte bīdes ietekmē ievērojami samazinās, lielas jaudas ultraskaņa ir vēlamā tehnoloģija nanocelulozes suspensiju formulēšanai, jo lielas jaudas ultraskaņas enerģijas ievadīšana šķidrumos rada ārkārtīgi lielus bīdes spēkus.
Noklikšķiniet šeit, lai uzzinātu vairāk par ultraskaņas kavitāciju šķidrumos!
Pēc nanokristāliskās celulozes sintēzes nanocelulozi bieži ar ultraskaņu disperģē šķidrā vidē, piemēram, nepolārā vai polārā šķīdinātājā, piemēram, dimetilformamīdā (DMF), lai formulētu galaproduktu (piemēram, nanokompozītus, reoloģisko īpašību modifikatoru u. c.). Tā kā celulozes nanošķiedras (CNF) izmanto kā piedevas daudzveidīgos sastāvos, uzticama disperģēšana ir izšķiroši svarīga. Apstrāde ar ultraskaņu nodrošina stabilas un vienmērīgi disperģētas fibrillas.

Celulozes nanokristālu pašorganizēšanās ar ultraskaņas palīdzību

Apstrādei ar ultraskaņu ir svarīga veicinoša loma celulozes nanokristālu (CNC) sintēzē un apstrādē, jo tā sašķeļ hidrolīzē radušos agregātus, disperģē kūlīšus un rada viendabīgākas suspensijas ar reproducējamu daļiņu mijiedarbību. Lai gan CNC parasti iegūst ar skābes hidrolīzi, iegūtais materiāls bieži satur sakopojumu apgabalus, kas var kavēt uzticamu pašorganizēšanos un izraisīt reoloģisko un optisko īpašību atšķirības starp partijām. Kontrolētas ultraskaņas enerģijas izmantošana pēc sintēzes uzlabo dispersijas kvalitāti un palīdz standartizēt CNC morfoloģiju, kas ir izšķiroši svarīgi konsekventai holesteriskās struktūras sakārtotībai, paredzamai gelu veidošanās uzvedībai un tādu funkcionālo materiālu ražošanai, kuru pamatā ir CNC, ar iespēju palielināt ražošanas mērogu. Uzziniet vairāk par ultraskaņas veicinātu CNC pašorganizēšanos!

Ar ultraskaņu uzlabota celulozes nanošķiedru atūdeņošana

Ar ultraskaņu uzlabota celulozes nanošķiedru atūdeņošana ir progresīva metode, kas ievērojami uzlabo ūdens atdalīšanas efektivitāti – padarot celulozes nanošķiedras par ļoti pievilcīgu piedevu nanopapīra ražošanai. Nanocelulozes šķiedru atūdeņošana parasti ir laikietilpīga to augstās ūdens aizturēšanas spējas dēļ. Izmantojot ultraskaņas viļņus, šis process tiek paātrināts, radot intensīvus kavitācijas spēkus, kas izjauc ūdens matricu un veicina ātrāku, vienmērīgāku ūdens izvadīšanu. Tas ne tikai samazina žāvēšanas laiku, bet arī uzlabo iegūto celulozes nanošķiedru strukturālo integritāti un mehāniskās īpašības, padarot šo metodi ļoti efektīvu augstas kvalitātes nanopapīra un citu nanomateriālu ražošanā.
Uzziniet vairāk par nanopapīra atūdeņošanu ar ultraskaņu!

Nanocelulozes rūpnieciska ražošana, izmantojot lielas jaudas ultraskaņu

Hielscher Ultrasonics piedāvā plašu jaudīgu un uzticamu ultraskaņas risinājumu klāstu – no nelielām laboratorijas ultraskaņas iekārtām līdz liela mēroga rūpnieciskām sistēmām, kas ir ideāli piemērotas nanocelulozes komerciālai apstrādei. Hielscher rūpniecisko zondes tipa ultraskaņas iekārtu galvenā priekšrocība ir to spēja nodrošināt optimālus ultraskaņas apstrādes apstākļus dažāda izmēra un ģeometrijas caurplūdes sonoreaktoros. Šie reaktori nodrošina konsekventu un vienmērīgu ultraskaņas enerģijas ievadīšanu celulozes materiālā, tādējādi panākot izcilākus apstrādes rezultātus.

Hielscher galda ultraskaņas iekārtas, piemēram, UIP1000hdT, UIP2000hdT un UIP4000hdT, spēj saražot vairākus kilogramus nanocelulozes dienā, tādēļ tās ir piemērotas vidēja mēroga ražošanas vajadzībām. Liela mēroga komerciālai ražošanai pilna mēroga rūpnieciskās iekārtas, piemēram, UIP10000 un UIP16000hdT, spēj apstrādāt lielas masas plūsmas, nodrošinot efektīvu nanocelulozes ražošanu lielos apjomos.

Viena no būtiskākajām Hielscher ultraskaņas sistēmu priekšrocībām ir to lineārā mērogojamība. Gan galda, gan rūpnieciskās ultraskaņas iekārtas var uzstādīt grupās, nodrošinot praktiski neierobežotu apstrādes jaudu, tādēļ tās ir ideāla izvēle procesiem, kuros nanocelulozes ražošanā nepieciešams augsts ražīgums un uzticama darbība.