Ultrasone hennepvezelverwerking
- Het ultrasoon roten van vezelachtige materialen zoals hennep en vlasvezels zorgt voor een snelle en efficiënte vezelmodificatie.
- Ultrasoon bewerkte bastvezels zijn gefibrilleerd en vertonen een beduidend hogere specifieke oppervlakte, verhoogde treksterkte en flexibiliteit.
- Ultrasone vezelverwerking is een snelle en eenvoudig te gebruiken verwerkingstechnologie voor industriële productie.
Ultrasoon strijken
Ultrasoon roten is een snel, efficiënt en groen alternatief voor het traditionele nat- of dauwroten. Akoestische cavitatie, gegenereerd door hoge intensiteit, laagfrequente echografie, breekt cellulaire structuren van biomaterialen zoals niet-hout, plantaardige vezels waaronder bastvezels zoals vlas, hennep, brandnetel, tarwestro, rijststro, jute, maar ook bladvezels (zoals sisal, manillahennep, abacá) en vruchtenvezels zoals kokosvezel uit kokosnootschalen.
Ultrasoon ontwarren transformeert microvezels (ca. 3-5µm) in nanovezels (≥100nm). Bovendien heeft ultrasone verwerking de afbraak van zuiver xyloglucaan en xylan in oplossing geïnduceerd, waarmee het ultrasone vermogen om hemicellulose af te breken wordt aangetoond.
Hoewel ultrasoon roten voornamelijk wordt gebruikt in een waterige oplossing, is het mogelijk dat ultrasoon roten wordt gebruikt in een waterige oplossing. – afhankelijk van de grondstof en het beoogde resultaat – om het ultrasoon proces te combineren met een alkali behandeling. Oplossingen van NaOH, H2de2 en H2ZO4 kan gebruikt worden voor alkalisatie om cellulose nanovezels te verkrijgen in een korte verwerkingstijd. Door ultrasone behandeling kan een fibrillatie van cellulose microvezels gemakkelijk worden bereikt. De ultrasoon geproduceerde vezels vertonen een specifieke morfologie waarbij de nanovezels (≥ 100nm) over het gehele oppervlak van de microvezels (3-5µm) verdeeld zijn.
Scannen van elektronische microscopie-analyse op vlas-, hennep- en kokosvezels met of zonder ultrasone verwerking.
bron: Renouard et al. 2014
UIP4000hdT (4kW) industriële ultrasone processor voor de verwerking van vezels
Ultrasone hennepvezelverwerking
Met de groeiende markt voor hennepzaden en fyto-cannabinoïden komt een toenemende productie van hennepstro. Als bijproduct wordt hennepstro en de vezels daarvan voornamelijk gebruikt voor de productie van papier of geotextiel, de versterking in composietmaterialen en bouwmaterialen.
Gedroogd en gesneden baststro kan worden gebruikt als grondstof voor ultrasone behandeling, maar voor superieure ultrasone procesoutput wordt het gebruik van (gedeeltelijk) ontcijferde scheven aanbevolen. Het bastmateriaal wordt bevochtigd in water (waterige oplossing), zodat een verpompbare drijfmest wordt verkregen, die de ultrasone doorstroomcel kan passeren. Het geluidsproces duurt slechts kort (ca. 30-60 sec.). Wetenschappelijk onderzoek heeft aangetoond dat ultrasoontechniek de extractie van hemicellulose en lignine uit lignocellulosehoudende materialen verbetert. Bovendien breekt de sonering cellulose en pectine af. Ultrasone verwerking van hennep en vlas verbetert ook de flexibiliteit en treksterkte van de vezels, die waardevolle eigenschappen zijn voor de textiel- en composietproductie.
- vermindering van het ligninegehalte
- micro- en nano-gefibrilleerde vezels en nanovezels
- grotere flexibiliteit van de vezels
- hogere treksterkte
- snel proces
- makkelijk te besturen
Ultrasoon-alkali behandeling van hennepvezel (Ferreira et al. 2019)
Ultrasonisch gewijzigde hennepvezel
Ultrasoon gefibrilleerde bastvezel (bijv. hennep, vlas) is bijzonder geschikt als versterking voor polymere harsen, thermoplastische en thermohardende composieten.
Hennepbastvezels zijn een waardevolle bron waaruit cellulose nanokristallen (CNC's) kunnen worden geëxtraheerd. Cellulose nanokristallen worden gekenmerkt door hun grote oppervlakte en hun buitengewone stijfheid en treksterkte. CNC's’ de treksterkte overtreft de sterkte van glas of aluminium. Cellulose nanokristallen zijn vrij goedkoop en zijn daarmee een competitieve nano-additieve nanokristallen, als het gaat om prijs, beschikbaarheid, toxiciteit en duurzaamheid.
Sonication is een eenvoudig te gebruiken, snelle en groene techniek, die het mogelijk maakt om hoogwaardige cellulose nanokristallen te produceren.
Sosiati e.a. 2014 tonen de gunstige effecten van geluid op de vezelverwerking.
Hoogwaardige ultrasoonapparaten voor vezelverwerking
Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone apparatuur voor zware toepassingen. Onze ultrasone systemen kunnen worden gebruikt voor batch- of continue inline verwerking. Alle Hielscher industriële ultrasoonprocessoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplituden tot 200µm kunnen eenvoudig continu worden gebruikt in 24/7 werking. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotrodes beschikbaar. Het vermogen van zeer hoge amplitudes alleen is echter niet voldoende om een succesvol ultrasoon vezelproces, zoals roten of fibrilleren, uit te voeren. Afhankelijk van de grondstof en het beoogde resultaat, worden de procesparameters – namelijk amplitude, druk, temperatuur en tijd... – moet precies controleerbaar en instelbaar zijn.
Hielscher's digitale ultrasone processoren registreren automatisch alle procesgegevens op een geïntegreerde SD-kaart, zodat de procesresultaten reproduceerbaar zijn. Amplitude en verwerkingsintensiteit kunnen nauwkeurig worden aangepast en gecontroleerd van zeer milde tot zeer intensieve geluidsomstandigheden. Dit geeft u de mogelijkheid om verschillende materialen te verwerken tot een optimaal resultaat.
De robuustheid van ultrasone apparatuur Hielscher's zorgt voor 24/7 gebruik in zware en in veeleisende omgevingen.
Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators:
| batch Volume | Stroomsnelheid | Aanbevolen apparaten |
|---|---|---|
| 1 tot 500 ml | 10 tot 200 ml / min | UP100H |
| 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 tot 20L | 0.2 tot 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 tot 100L | 2 tot 10 l / min | UIP4000hdT |
| na | 10 tot 100 l / min | UIP16000 |
| na | grotere | cluster van UIP16000 |
Neem contact met ons op! / Vraag ons!
Krachtige ultrasone processoren van laboratorium tot piloot en industriële schaal.
Literatuur / Referenties
- Diana P.Ferreira, Juliana Cruz, Raul Fangueiro (2019): Hoofdstuk 1 – Oppervlaktemodificatie van natuurlijke vezels in polymeercomposieten. Groene composieten voor de automobielindustrie. Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering 2019, blz. 3-41.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014): Karakterisering van de ultrasone impact op kokos-, vlas- en hennepvezels. Materiaal Letters 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014): Effect van de chemische behandelingen op de
kenmerken van natuurlijke cellulose. AIP-conferentieprocedures 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska , R. Kozłowski, J. Batog (2008): Nanolignine Gewijzigd Linnenweefsel als Multifunctioneel Product. Moleculaire Kristallen en Vloeibare Kristallen Vol. 484, Uitgave 1, 2008.
Feiten die de moeite waard zijn om te weten
hennepvezel
Hennep is een multifunctioneel gewas dat gebruikt wordt voor de hennepzaden en vervolgens voor zaadolie, terpenoïden en cannabinoïdes (bijv. CBD, CBG, enz.) en hennepstro, dat verwerkt kan worden tot waardevol vezelmateriaal. Met betrekking tot de kwaliteit van de hennepvezels wordt er een onderscheid gemaakt tussen de zogenaamde sleepvezels, die niet uitgelijnd zijn, korte vezelbundels en de zogenaamde lijnvezels, die lange (in de lengte uitgelijnde) vezels zijn.
De korte vezelbundels worden ook wel technische vezels genoemd en worden voornamelijk gebruikt in de automobielindustrie, voor de productie van papier en voor biobased composieten. Lange hennepvezels worden gebruikt voor textiel- en hoogwaardige toepassingen zoals hoogwaardige composieten en biocomposieten.
Productie van hennepvezels:
Vezelhennep (hennep die wordt gekweekt voor de productie van vezels) wordt idealiter geoogst voor de bloei. Deze vroege oogst resulteert in een hogere vezelkwaliteit omdat de kwaliteit afneemt als de bloei wordt toegestaan. Over het algemeen wordt vezelhennep 70-90 dagen na het zaaien geoogst. Om de hennep te oogsten worden de planten 2-3 cm boven de grond gesnoeid en vervolgens enkele dagen gedroogd. Na de oogst wordt de hennep geroot. Rotteren is een proces waarbij vocht en microben worden gebruikt om de plantennectoren af te breken, waardoor de hennepstengel chemisch aan elkaar wordt gebonden. Traditioneel worden hennepstelen met water geroot of met dauw geroot voordat de vezels worden gezwingeld. Het rottingsproces vergemakkelijkt de daaropvolgende scheiding van de bast van de zogenaamde hennepstronk of shiv (die de houtachtige kern van de hennepstelen vormt). Na het rotten worden de hennepstengels gedroogd (tot een vochtgehalte van minder dan 15% en worden ze op borgtochttochttochttochttochttocht.
Om hennepvezels te verkrijgen, die kunnen worden gebruikt voor de productie en als additieven, moeten de vezels worden gescheiden in een proces dat bekend staat als “zwingelen”. Tijdens het zwingelen wordt het hennepstro mechanisch verwerkt om de hennepplant te bekogelen, bijvoorbeeld met behulp van een hamerfabriek. In dit mechanische proces wordt de hennep tegen een scherm geslagen tot er hindernissen, kleinere bastvezels en stof door het scherm vallen. Moderne high-speed kinematische ontdooiingsmachines zijn in staat om hennep te scheiden in drie stromen; bastvezel, hindernis en groene microvezel.
Het cellulosegehalte in hennep bedraagt ongeveer 70-77%. Hennepvezels zijn een uitstekend alternatief voor houtcellulosevezels.
Voordelen van hennepvezels
- kostenefficient
- hoge treksterkte en stijfheid
- ideaal geschikt voor naaldgeribbelde vliesgevels
- effectieve vervanging van glasvezel
- verkort de giettijd
- gewichtsreductie in het afgewerkte deel
- gemakkelijk te verwerken en te recycleren
- kan worden aangepast om te voldoen aan een verscheidenheid aan specificaties en verschillende productiesystemen
- een constante kwaliteit en beschikbaarheid van het aanbod is mogelijk
Vezelachtige biomaterialen
Wanneer strovezels uit vlasstro worden geëxtraheerd, worden de niet-vezelbestanddelen van de stengel, met uitzondering van het zaad, in de regel scheven of pijnlijke plekken genoemd. In olievlas bijvoorbeeld, omvatten scheven ca. 70 % van de scheven. – 85% van het totale strogewicht, waardoor scheven het belangrijkste bijproduct van de verwerking van vlasstro zijn.
Ultrasoon geproduceerde, nano-gestructureerde lignine wordt gebruikt om multifunctionele linnen stoffen te maken. Door het opvullen van linnengoed met nanolignine kan multifunctioneel textiel worden gecreëerd. Dit multifunctionele textiel biedt de extra eigenschappen van UV-barrière, antibacteriële en antistatische eigenschappen.