Processamento ultrassónico de fibras de cânhamo

• A retífica ultra-sónica de materiais fibrosos, como as fibras de cânhamo e de linho, permite uma modificação rápida e eficiente das fibras.
• As fibras liberianas processadas por ultra-sons são fibriladas e apresentam uma superfície específica significativamente mais elevada, maior resistência à tração e flexibilidade.
• O processamento de fibras por ultra-sons é uma tecnologia de processamento rápida e fácil de utilizar para a produção industrial.

Retenção por ultra-sons

A retífica por ultra-sons é uma alternativa rápida, eficiente e ecológica à retífica tradicional por via húmida ou por orvalho. A cavitação acústica, gerada por ultra-sons de alta intensidade e baixa frequência, rompe as estruturas celulares de biomateriais, tais como fibras vegetais não lenhosas, que incluem fibras liberianas, como o linho, o cânhamo, a urtiga, a palha de trigo, a palha de arroz, a juta, bem como fibras derivadas de folhas (por exemplo, sisal, cânhamo de manila, abacá) e fibras derivadas de frutos, como a fibra de coco das cascas de coco.
O desembaraço ultra-sônico transforma microfibras (aprox. 3-5µm) em nanofibras (≥100nm). Além disso, o processamento ultrassónico induziu a degradação de xiloglucano puro e xilano em solução, demonstrando a capacidade de ultra-sons para degradar hemicelulose.
Embora a retífica por ultra-sons seja principalmente utilizada numa solução aquosa, é possível – consoante a matéria-prima e o resultado pretendido – para combinar o processo ultrassónico com um tratamento alcalino. Soluções de NaOH, H₂O₂ e H₂SO₄ pode ser utilizado para alcalinizar a obtenção de nanofibras de celulose num curto espaço de tempo de processamento. Por tratamento ultrassónico, uma fibrilação de microfibras de celulose pode ser facilmente alcançado. As fibras ultrassonicamente produzidas mostram uma morfologia específica em que as nanofibras (≥ 100nm) são distribuídas por toda a superfície das microfibras (3-5µm).

Análise de microscopia eletrónica de varrimento em fibras de linho, cânhamo e coco com ou sem processamento ultrassónico.
fonte: Renouard et al. 2014

Processamento ultrassónico de fibras de cânhamo

Com o crescimento do mercado das sementes de cânhamo e dos fitocanabinóides, aumenta a produção de palha de cânhamo. Como subproduto, a palha de cânhamo e as suas fibras são utilizadas principalmente para a produção de papel ou geotêxteis, para o reforço de materiais compósitos e para a construção civil.
A palha seca e cortada pode ser utilizada como matéria-prima para o tratamento ultrassónico. No entanto, para obter um melhor rendimento do processo ultrassónico, recomenda-se a utilização de cana (parcialmente) descascada. A matéria-prima é humedecida em água (solução aquosa), de modo a obter-se uma pasta bombeável, que pode passar pela célula de ultra-sons. O processo de ultra-sons demora apenas um curto período de tempo (cerca de 30-60 segundos). A investigação científica tem demonstrado que a ultra-sons melhora a extração de hemicelulose e lenhina a partir de materiais lignocelulósicos. Além disso, a sonicação degrada a celulose e a pectina. O processamento ultrassónico do cânhamo e do linho também melhora a flexibilidade e a resistência à tração das fibras, que são caraterísticas valiosas para o fabrico de têxteis e compósitos.

Tratamento ultrassónico-alcalino da fibra de cânhamo (Ferreira et al. 2019)

Fibra de cânhamo modificada por ultra-sons

A fibra de fibra ultrassónica (por exemplo, cânhamo, linho) é particularmente adequada como reforço para resinas poliméricas, termoplásticos e compósitos termoendurecíveis.
As fibras de cânhamo são uma fonte valiosa a partir da qual se podem extrair nanocristais de celulose (CNC). Os nanocristais de celulose caracterizam-se pela sua elevada área de superfície e pela sua extraordinária rigidez e resistência à tração. CNCs’ A resistência à tração supera a resistência do vidro ou do alumínio. Os nanocristais de celulose são bastante baratos e são, por isso, um nano-aditivo competitivo, no que respeita ao preço, à disponibilidade, à toxicidade e à sustentabilidade.
A sonicação é uma técnica fácil de utilizar, rápida e ecológica, que permite produzir nanocristais de celulose de alta qualidade.

Ultrassons de alto desempenho para processamento de fibras

A Hielscher Ultrasonics fabrica equipamento ultrassónico de alto desempenho para aplicações pesadas. Os nossos sistemas de ultra-sons podem ser utilizados para processamento em lote ou contínuo em linha. Todos os processadores ultra-sónicos industriais da Hielscher podem fornecer amplitudes muito elevadas. Amplitudes de até 200µm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultra-sónicos personalizados. No entanto, a capacidade de amplitudes muito elevadas por si só não é suficiente para executar um processo de fibra ultra-sónica bem sucedido, tal como retting ou fibrilação. Dependendo da matéria-prima e do resultado desejado, os parâmetros do processo – nomeadamente, amplitude, pressão, temperatura e tempo – deve ser exatamente controlável e ajustável.
Os processadores ultra-sónicos digitais da Hielscher registam automaticamente todos os dados do processo num cartão SD integrado, para que os resultados do processo sejam reproduzíveis. A amplitude e a intensidade do processamento podem ser ajustadas e controladas com precisão, desde condições de sonicação muito suaves a muito intensas. Isto dá-lhe a oportunidade de processar vários materiais para uma saída óptima.
A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite o funcionamento 24 horas por dia, 7 dias por semana, em serviço pesado e em ambientes exigentes.
O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: