Ultrasone verwerking van hennepvezels

• Ultrasoon roten van vezelige materialen zoals hennep- en vlasvezels maakt een snelle en efficiënte vezelmodificatie mogelijk.
• Ultrasonisch bewerkte bastvezels zijn gefibrilleerd en vertonen een aanzienlijk hoger specifiek oppervlak, verhoogde treksterkte en flexibiliteit.
• Ultrasone vezelverwerking is een snelle en gebruiksvriendelijke verwerkingstechnologie voor industriële productie.

Ultrasone Retting

Ultrasoon roten is een snel, efficiënt en groen alternatief voor het traditionele nat- of dauwroten. Akoestische cavitatie, gegenereerd door ultrageluid met een hoge intensiteit en lage frequentie, breekt de celstructuren van biomaterialen zoals niet-houten, plantaardige vezels waaronder bastvezels zoals vlas, hennep, brandnetel, tarwestro, rijststro, jute, maar ook vezels die van bladeren zijn afgeleid (bijv. sisal, manillahennep, abacá) en vezels die van fruit zijn afgeleid zoals kokosvezel uit kokosnootschalen.
Ultrasone ontwarring transformeert microvezels (ongeveer 3-5 µm) in nanovezels (≥100nm). Bovendien induceerde ultrasone verwerking degradatie van pure xyloglucaan en xylan in oplossing, wat het vermogen van ultrasone geluiden aantoont om hemicellulose af te breken.
Hoewel ultrasoon roten voornamelijk wordt gebruikt in een waterige oplossing, is het mogelijk om – afhankelijk van de grondstof en het beoogde resultaat – om het ultrasone proces te combineren met een alkali-behandeling. Oplossingen van NaOH, H₂O₂ en H₂SO₄ kan worden gebruikt voor alkalisatie om cellulosenanovezels te verkrijgen in een korte verwerkingstijd. Door ultrasone behandeling kan gemakkelijk een fibrillatie van cellulose microfibers worden bereikt. De ultrasoon geproduceerde vezels vertonen een specifieke morfologie waarbij de nanovezels (≥ 100 nm) verdeeld zijn over het gehele oppervlak van de microvezels (3-5 µm).

Scanelektronenmicroscopie-analyse van vlas-, hennep- en kokosvezels met of zonder ultrasone verwerking.bron: Renouard et al. 2014

Ultrasone verwerking van hennepvezels

Met de groeiende markt voor hennepzaden en fyto-cannabinoïden groeit ook de productie van hennepstro. Als bijproduct worden hennepstro en zijn vezels voornamelijk gebruikt voor de productie van papier of geotextiel, als versterking in composietmaterialen en als bouwmateriaal.
Gedroogd en gesneden baststro kan worden gebruikt als grondstof voor ultrasone behandeling, maar voor een superieur resultaat van het ultrasone proces wordt het gebruik van (gedeeltelijk) ontdopte scheven aanbevolen. Het bastmateriaal wordt bevochtigd in water (waterige oplossing) zodat een verpompbare slurry wordt verkregen die de ultrasone doorstroomcel kan passeren. Het sonificatieproces duurt slechts kort (ongeveer 30-60 sec.). Wetenschappelijk onderzoek heeft aangetoond dat ultrasoonbehandeling de extractie van hemicellulose en lignine uit lignocellulosehoudende materialen verbetert. Bovendien breekt ultrasoonbehandeling cellulose en pectine af. Ultrasone verwerking van hennep en vlas verbetert ook de flexibiliteit en treksterkte van de vezels, wat waardevolle eigenschappen zijn voor de productie van textiel en composieten.

Ultrasoon-alkali behandeling van hennepvezel (Ferreira et al. 2019)

Ultrasoon gemodificeerde hennepvezel

Ultrasonisch gefibrilleerde bastvezel (bijv. hennep, vlas) is bijzonder geschikt als versterking voor polymere harsen, thermoplastische en thermohardende composieten.
Hennepbastvezels zijn een waardevolle bron waaruit cellulosenanokristallen (CNC's) gewonnen kunnen worden. Cellulosenanokristallen worden gekenmerkt door hun hoge oppervlak en hun buitengewone stijfheid en treksterkte. CNC's’ treksterkte de sterkte van glas of aluminium overtreft. Cellulose nanokristallen zijn vrij goedkoop en daardoor een concurrerende nano-additie als het gaat om prijs, beschikbaarheid, toxiciteit en duurzaamheid.
Sonificatie is een gebruiksvriendelijke, snelle en groene techniek waarmee cellulosenanokristallen van hoge kwaliteit geproduceerd kunnen worden.

Ultrasoonapparaten met hoge prestaties 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 200 µm kunnen gemakkelijk continu worden gebruikt in een 24/7 bedrijf. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotrodes verkrijgbaar. De mogelijkheid van zeer hoge amplitudes alleen is echter niet genoeg om een succesvol ultrasoon vezelproces uit te voeren, zoals roten of fibrilleren. Afhankelijk van de grondstof en het beoogde resultaat, zijn de procesparameters – namelijk amplitude, druk, temperatuur en tijd – moet exact controleerbaar en instelbaar zijn.
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.
De robuustheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher maakt 24/7 gebruik mogelijk bij zware belasting en in veeleisende omgevingen.
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines: