Ultradźwiękowa produkcja nanostrukturalnej celulozy

Nanoceluloza, niezwykły wysokowydajny dodatek, zyskała na znaczeniu dzięki swoim wszechstronnym zastosowaniom jako modyfikator reologii, środek wzmacniający i kluczowy składnik różnych zaawansowanych materiałów. Te nanostrukturalne włókna, pochodzące z dowolnego źródła zawierającego celulozę, mogą być skutecznie izolowane poprzez homogenizację ultradźwiękową o dużej mocy i mielenie. Proces ten, znany jako sonikacja, znacznie poprawia fibrylację, co skutkuje wyższą wydajnością nanocelulozy i wytwarzaniem drobniejszych, cieńszych włókien. Technologia ultradźwiękowa przewyższa konwencjonalne metody produkcji, dzięki swojej zdolności do generowania ekstremalnych kawitacyjnych sił ścinających, co czyni ją wyjątkowym narzędziem do produkcji nanocelulozy.

Ultradźwiękowa produkcja nanocelulozy

Ultradźwięki o dużej mocy przyczyniają się do ekstrakcji i izolacji mikro- i nanocelulozy z różnych źródeł materiałów celulozowych, takich jak drewno, włókna lignocelulozowe (włókna celulozowe) i pozostałości zawierające celulozę.
Aby uwolnić włókna roślinne z materiału źródłowego, ultradźwięki Szlifowanie i homogenizacja to wydajna i niezawodna metoda, która pozwala na przetwarzanie bardzo dużych objętości. Miazga jest podawana do sonoreaktora inline, gdzie ultradźwiękowe siły ścinające rozbijają strukturę komórkową biomasy, dzięki czemu włóknista materia staje się dostępna.

Obraz TEM “Nigdy nie suszona bawełna” (NDC) poddany hydrolizie enzymatycznej i poddany działaniu ultradźwięków za pomocą Sonikator Hielscher UP400S przez 20 minut. [Bittencourt et al. 2008].

Rysunek 2 poniżej przedstawia obraz SEM folii z wiskozy, poddanej hydrolizie enzymatycznej, a następnie sonikacji za pomocą sonikator Hielscher model UP400S.
[Bittencourt et al. 2008].

Obraz SEM folii wiskozowej poddanej hydrolizie enzymatycznej, a następnie sonikacji za pomocą UP400S [Bittencourt et al. 2008].

Ultradźwiękowe przetwarzanie nanocelulozy można również z powodzeniem łączyć z obróbką włókien utlenionych TEMPO. W procesie TEMPO nanowłókna celulozowe są wytwarzane przez system utleniania przy użyciu 2,2,6,6-tetrametylopiperydynylo-1-oksylu (TEMPO) jako katalizatora oraz bromku sodu (NaBr) i podchlorynu sodu (NaOCl). Badania dowiodły, że wydajność utleniania jest znacznie lepsza, gdy utlenianie jest przeprowadzane pod wpływem promieniowania ultradźwiękowego.

Dyspersja ultradźwiękowa nanocelulozy

Dyspersje nanocelulozy wykazują niezwykłe właściwości reologiczne ze względu na wysoką lepkość przy niskich stężeniach nanocelulozy. Sprawia to, że nanoceluloza jest bardzo interesującym dodatkiem jako modyfikator reologiczny, stabilizator i środek żelujący do różnych zastosowań, np. w przemyśle powłokowym, papierniczym lub spożywczym. Aby wyrazić swoje unikalne właściwości, nanoceluloza musi być
Dyspergowanie ultradźwiękowe jest idealną metodą otrzymywania drobnoziarnistej, pojedynczo zdyspergowanej nanocelulozy. Ponieważ nanoceluloza jest silnie rozrzedzana ścinaniem, ultradźwięki mocy są preferowaną technologią do formułowania zawiesin nanocelulozowych, ponieważ sprzężenie ultradźwięków o dużej mocy z cieczami tworzy ekstremalne siły ścinające.
Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o kawitacji ultradźwiękowej w cieczach!
Po syntezie nanokrystalicznej celulozy, nanoceluloza jest często rozpraszana ultradźwiękowo w ciekłym ośrodku, np. w niepolarnym lub polarnym rozpuszczalniku, takim jak dimetyloformamid (DMF), w celu sformułowania produktu końcowego (np. nanokompozytów, modyfikatora reologicznego itp.) Ponieważ CNF są stosowane jako dodatki w różnorodnych preparatach, kluczowe znaczenie ma niezawodne dyspergowanie. Ultradźwięki wytwarzają stabilne i równomiernie rozproszone włókna.

Ultradźwiękowo ulepszone odwadnianie nanowłókien celulozowych

Ultradźwiękowo wzmocnione odwadnianie nanowłókien celulozowych jest najnowocześniejszą techniką, która znacznie poprawia skuteczność usuwania wody – czyniąc nanowłókna celulozowe bardzo atrakcyjnym dodatkiem do produkcji nanopapieru. Włókna nanocelulozowe zazwyczaj wymagają czasochłonnego odwadniania ze względu na wysoką zdolność zatrzymywania wody. Stosując fale ultradźwiękowe, proces ten jest przyspieszany poprzez generowanie intensywnych sił kawitacyjnych, które zakłócają matrycę wodną i ułatwiają szybsze, bardziej równomierne wydalanie wody. Nie tylko skraca to czas suszenia, ale także poprawia integralność strukturalną i właściwości mechaniczne powstałych nanowłókien celulozowych, dzięki czemu jest to bardzo skuteczna metoda w produkcji wysokiej jakości nanopapierów i innych nanomateriałów.
Dowiedz się więcej o ultradźwiękowym odwadnianiu nanopapieru!

Przemysłowa produkcja nanocelulozy przy użyciu ultradźwięków mocy

Hielscher Ultrasonics oferuje szeroką gamę wydajnych i niezawodnych rozwiązań ultradźwiękowych, od małych ultrasonografów laboratoryjnych po wielkoskalowe systemy przemysłowe, idealne do komercyjnego przetwarzania nanocelulozy. Kluczową zaletą sonikatorów przemysłowych Hielscher jest ich zdolność do zapewnienia optymalnych warunków ultradźwiękowych poprzez sonoreaktory przepływowe, które są dostępne w różnych rozmiarach i geometriach. Reaktory te zapewniają, że energia ultradźwiękowa jest konsekwentnie i równomiernie nakładana na materiał celulozowy, co prowadzi do doskonałych wyników przetwarzania.

Sonikatory stołowe Hielscher, takie jak UIP1000hdT, UIP2000hdT i UIP4000hdT, są w stanie wyprodukować kilka kilogramów nanocelulozy dziennie, dzięki czemu nadają się do potrzeb produkcyjnych na średnią skalę. W przypadku produkcji komercyjnej na dużą skalę, pełne jednostki przemysłowe, takie jak UIP10000 i UIP16000hdT, mogą obsługiwać duże strumienie masowe, umożliwiając wydajną produkcję dużych ilości nanocelulozy.

Jedną z najważniejszych zalet systemów ultradźwiękowych Hielscher jest ich liniowa skalowalność. Zarówno ultradźwięki stołowe, jak i przemysłowe mogą być instalowane w klastrach, zapewniając praktycznie nieograniczoną wydajność przetwarzania, co czyni je idealnym wyborem dla operacji wymagających wysokiej przepustowości i niezawodnej wydajności w produkcji nanocelulozy.

Przetwarzanie ultradźwiękowe: Hielscher poprowadzi Cię od wykonalności i optymalizacji do produkcji komercyjnej!