Processamento ultra-sônico da fibra do cânhamo

  • O maceração ultra-sônico de materiais fibrosos tais como fibras do cânhamo e do Flax permite uma modificação rápida e eficiente da fibra.
  • As fibras ultrassonicamente processadas do Bast são fibrilated e mostram uma superfície específica significativamente mais elevada, uma força elástica aumentada e uma flexibilidade.
  • O processamento ultra-sônico da fibra é uma tecnologia de processamento rápida e easy-to-use para a produção industrial.

Retting ultra-sônico

Maceração ultra-sônico é uma alternativa rápida, eficiente e verde ao tradicional molhado-ou orvalho-maceração. A cavitação acústica, gerada pelo ultra-som de alta intensidade, de baixa frequência, quebra acima das estruturas celulares dos bio-materiais tais como a não-madeira, as fibras vegetais que incluem a fibra do Bast tal como o linho, o cânhamo, a urtiga, a palha do trigo, a palha do arroz, a juta, assim como fibras derivadas de folhas (p. ex., sisal, cânhamo de Manilla, abacá) e fibras derivadas de frutos como o coco de conchas de coco.
Desembaraçar ultra-sônico transforma microfibras (aprox. 3-5 μm) em nanofibras (≥ 100nm). Além disso, o processamento ultra-sônico induziu a degradação do xiloglucano e do xilana puros na solução, demonstrando a habilidade dos ultrassons de degradar o Hemicellulose.
Embora o maceração ultra-sônico seja usado principalmente em uma solução aquosa, é possível – dependendo da matéria-prima e do resultado alvo – para combinar o processo ultra-sônico com um tratamento do alcalóide. Soluções de NaOH, H2O2 e H2ASSIM4 pode ser usado para a alcalalização para obter nanofibras de celulose em um curto tempo de processamento. Pelo tratamento ultra-sônico, uma fibrilação de microfibras da celulose pode facilmente ser conseguida. As fibras produzidas ultrassonicamente mostram uma morfologia específica na qual as nanofibras (≥ 100nm) são distribuídas em toda a superfície das microfibras (3-5 μm).

Processamento ultra-sônico de fibras do cânhamo, do linho e do coco.

Análise de microscopia eletrônica de varredura em fibras de linho, cânhamo e coco com ou sem processamento Ultrassônico.
Fonte: Renouard et al. 2014

Processador ultra-sônico poderoso de UIP4000hdT 4kW para a extração

UIP4000hdT (4 kW) processador ultra-sônico industrial para o processamento da fibra

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Processamento ultra-sônico da fibra do cânhamo

Com o crescente mercado de sementes de cânhamo e Phyto-cannabinoids vem uma produção crescente de palha de cânhamo. Como um subproduto, a palha do cânhamo e suas fibras são usadas principalmente para a produção de papel ou de geo-Textiles, o reforço em materiais compostos assim como o material de construção.
A palha secada e cortada do Bast pode ser usada como a matéria-prima para o tratamento ultra-sônico, porém para a saída ultra-sônica superior do processo o uso de cana decorticada (parcialmente) é recomendado. O material do Bast é molhado na água (solução aquosa) de modo que uma pasta pumpable seja obtida, que possa passar o fluxo ultra-sônico-através da pilha. O processo sonication leva apenas um curto período de tempo (aprox. 30-60 seg.). A pesquisa científica mostrou que o ultrasonication melhora a extração do hemicelulose e da lignina dos materiais lignocelulósica. Adicionalmente, a sonicação degrada a celulose e a pectina. O processamento ultra-sônico do cânhamo e do linho igualmente melhora a flexibilidade e a força elástica das fibras, que são características valiosas para a fabricação de matéria têxtil e composta.

Vantagens de processamento de fibra ultra-sônica

  • redução do teor de lignina
  • fibras micro e nano-fibriladas
  • maior flexibilidade de fibra
  • maior resistência à tração
  • processo rápido
  • fácil de operar
Ultrasonic-alkali treatment of hemp fiber

Tratamento ultrassônico-álcali de fibra de cânhamo (Ferreira et al. 2019)

Fibra de cânhamo ultrassonicamente modificada

A fibra de Bast ultrasonically fibrilated (por exemplo, cânhamo, linho) é particular apropriada como um reforço para resinas poliméricos, thermoplastic, e compostos thermoset.
Fibras de cânhamo Bast são uma fonte valiosa a partir do qual nanocristais de celulose (CNCs) pode ser extraído. Os nanocristais de celulose caracterizam-se pela sua elevada área superficial e pela sua extraordinária rigidez e resistência à tração. Cncs’ a força elástica se destaca a força do vidro ou do alumínio. Nanocristais de celulose são um bastante barato e são, portanto, um nano-aditivo competitivo, quando se trata de preço, disponibilidade, toxicidade, bem como a sustentabilidade.
Sonication é uma técnica fácil de usar, rápida e verde, que permite produzir nanocristais de celulose de alta qualidade.

Fibras ultrasonicamente processadas de kenaf.

Sosiati et al. 2014 mostram os efeitos benéficos da sonicação sobre o processamento de fibras.

Ultrasonicators de alto desempenho para processamento de fibras

Hielscher ultrasonics fabrica equipamentos Ultrassônicos de alto desempenho para aplicações pesadas. Nossos sistemas ultra-sônicos podem por usado para o lote ou o processamento inline contínuo. Todos os processadores ultra-sônicos industriais da Hielscher podem oferecer amplitudes muito elevadas. As amplitudes de até 200 μm podem facilmente ser funcionam continuamente na operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, os sonotrodes ultra-sônicos personalizados estão disponíveis. No entanto, a capacidade de amplitudes muito elevadas por si só não é suficiente para executar um processo de fibra ultra-sônica de sucesso, como maceração ou fibrilação. Dependendo da matéria-prima e do resultado alvo, os parâmetros do processo – ou seja, amplitude, pressão, temperatura e tempo – deve ser exatamente controlável e ajustável.
Os processadores ultra-sônicos digitais da Hielscher registram automaticamente todos os dados do processo em um cartão SD integrado, de modo que os resultados do processo sejam reprodutíveis. Amplitude e intensidade de processamento pode ser precisamente ajustado e controlado de muito leve a condições de sonication altamente intenso. Isto dá-lhe a oportunidade de processar vários materiais à saída a melhor.
A robustez do equipamento de ultra-sons de Hielscher permite a operação 24/7 de serviço pesado e em ambientes exigentes.
A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:

Volume batch Quociente de vazão Dispositivos Recomendados
1 a 500mL 10 a 200 mL / min UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 a 20L 00,2 a 4 L / min UIP2000hdT
10 a 100L 2 de 10L / min UIP4000hdT
n / D. 10 a 100L / min UIP16000
n / D. maior aglomerado de UIP16000

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Hielscher ultrasonics fabrica ultrasonicators de alto desempenho para aplicações sonoquímicas.

Processadores ultra-sônicos de alta potência do laboratório à escala piloto e industrial.

Literatura / Referências

  • Diana P. Ferreira, Juliana Cruz, Raul fangueiro (2019): Capítulo 1 – Modificação superficial de fibras naturais em compósitos poliméricos. Compósitos verdes para aplicações automotivas. Woodhead Publishing Series em compósitos de ciência e engenharia 2019, páginas 3-41.
  • Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014): caracterização do impacto ultra-sônico em fibras do Coir, do linho e do cânhamo. Materiais Letters 129, 2014. 137 – 141.
  • H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014): efeito dos tratamentos químicos no
    características da celulose natural. Anais da conferência do AIP 1617, 105 (2014).
  • M. Zimniewska, R. KOZŁOWSKI, J. Batog (2008): Nanolignin tecido de linho modificado como um produto multifuncional. Cristais moleculares e cristais líquidos Vol. 484, edição 1, 2008.


Fatos, vale a pena conhecer

Fibra de cânhamo

O cânhamo é uma cultura polivalente usada para as sementes de cânhamo e, subsequentemente, óleo de semente, terpenóides e canabinóides (ou seja, CBD, CBG, etc.) e palha de cânhamo, que pode ser processado para material de fibra valiosa. No que diz respeito à qualidade da fibra de cânhamo, não se distingue entre as chamadas fibras de reboque, que não são alinhados, feixes de fibras curtas e as chamadas fibras de linha, que são longas (longitudinais alinhados) fibras.
Os bundels curtos da fibra são chamados igualmente fibra técnica e são usados principalmente na indústria automotriz, para a produção de papel e para compostos bio-baseados. Fibras de cânhamo longas são usadas para aplicações têxteis e de alto valor, como compósitos de alto desempenho e biocompósitos.
Produção da fibra do cânhamo:
O cânhamo de fibras (cânhamo que é cultivado para a produção de fibras) é idealmente colhido antes da floração. Esse cultivo precoce resulta em maior qualidade da fibra porque a qualidade diminui se a floração for permitida. Geralmente, o cânhamo de fibraé colhido 70-90 dias após a semeada. Para colher o cânhamo, as plantas são cortadas 2-3cm acima do solo e depois secas por alguns dias. Após a colheita, o cânhamo é retido. A retificação é um processo que usa umidade e micróbios para quebrar as pectinas vegetais, que unem quimicamente o caule de cânhamo. Tradicionalmente, os talos de cânhamo seriam retados à água ou retidas antes que as fibras fossem cortadas. O processo de retade facilita a posterior separação do bast do chamado cânhamo hurd ou shiv (que é o núcleo amadeirado das hastes de cânhamo). Após a retificação, os talos de cânhamo são secos (a um teor de umidade inferior a 15% e saqueados.
Para obter fibras de cânhamo, que podem ser utilizados para a fabricação e como aditivos, as fibras devem ser separadas em um processo conhecido como “espadeladouros”. Durante o processo de espadeladouros a palha do cânhamo é processada mecanicamente ao bico abaixo da planta do cânhamo, por exemplo, usando um martelo-moinho. Neste processo mecânico o cânhamo é batido contra uma tela até Hurd, pequenas fibras de Bast, e queda de poeira através da tela. Modernas máquinas de decorticação cinemática de alta velocidade são capazes de separar o cânhamo em três córregos; fibra do Bast, Hurd, e microfiber verde.
O teor de celulose em cânhamo é de aproximadamente 70-77%. As fibras de cânhamo são um excelente substituto para fibras de celulose de madeira

Vantagens de fibras de cânhamo

  • económicamente viáveis
  • alta resistência à tração e rigidez
  • serido idealmente para produtos não tecidos agulha-perfurados
  • recolocação eficaz para a fibra de vidro
  • reduz o tempo de moldagem
  • redução de peso na parte terminada
  • fácil processar e recicl
  • pode ser personalizado para atender a uma variedade de especificações e diferentes sistemas de fabricação
  • qualidade consistente e disponibilidade de fornecimento é possível

Bio-materiais fibrosos

Quando as fibras da palha são extraídas da palha do linho, as partes da não-fibra da haste, não incluindo a semente, são referidas normalmente como cana ou hurds. Por exemplo no linho da semente oleaginosa, os cana compreendem aproximadamente 70 – 85% do peso total da palha, que faz cana o subproduto principal do processamento da palha do Flax.
Ultrasonically produzido, a lignina nano-estruturada é usada para fazer telas de linho multifunctional. Por estofamento têxteis de linho com nano-lignina, têxteis multifuncionais podem ser criados. Esses têxteis multifuncionais oferecem as propriedades adicionais de barreira UV, antibacteriano, e propriedades antiestáticas.