Processamento ultrassônico de fibra de cânhamo

• A maceração ultrassônica de materiais fibrosos, como fibras de cânhamo e linho, permite uma modificação rápida e eficiente da fibra.
• As fibras liberianas processadas por ultrassom são fibriladas e apresentam uma superfície específica significativamente maior, maior resistência à tração e flexibilidade.
• O processamento de fibra ultrassônica é uma tecnologia de processamento rápida e fácil de usar para produção industrial.

Amadurecimento ultrassônico

A maceração ultrassônica é uma alternativa rápida, eficiente e ecológica à maceração úmida ou orvalhante tradicional. A cavitação acústica, gerada por ultrassom de alta intensidade e baixa frequência, quebra as estruturas celulares de biomateriais, como fibras vegetais não madeireiras, que incluem fibras liberianas, como linho, cânhamo, urtiga, palha de trigo, palha de arroz, juta, bem como fibras derivadas de folhas (por exemplo, sisal, cânhamo manilha, abacá) e fibras derivadas de frutas, como fibra de coco de cascas de coco.
O desemaranhamento ultrassônico transforma microfibras (aprox. 3-5μm) em nanofibras (≥100nm). Além disso, o processamento ultrassônico induziu a degradação do xiloglucano puro e do xilano em solução, demonstrando a capacidade do ultrassom de degradar a hemicelulose.
Embora a maceração ultrassônica seja usada principalmente em uma solução aquosa, é possível – dependendo da matéria-prima e do resultado pretendido – para combinar o processo ultrassônico com um tratamento alcalino. Soluções de NaOH, H₂O₂ e H₂ENTÃO₄ pode ser usado para alcalinização para obter nanofibras de celulose em um curto tempo de processamento. Por tratamento ultrassônico, uma fibrilação de microfibras de celulose pode ser facilmente alcançada. As fibras produzidas por ultrassom apresentam uma morfologia específica na qual as nanofibras (≥ 100nm) são distribuídas por toda a superfície das microfibras (3-5μm).

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

Processamento ultrassônico de fibra de cânhamo

Com o crescente mercado de sementes de cânhamo e fitocanabinóides, surge uma produção crescente de palha de cânhamo. Como subproduto, a palha de cânhamo e suas fibras são utilizadas principalmente para a produção de papel ou geotêxteis, o reforço em materiais compósitos, bem como material de construção.
A palha seca e cortada pode ser usada como matéria-prima para tratamento ultrassônico, no entanto, para uma saída superior do processo ultrassônico, recomenda-se o uso de colmeias (parcialmente) decorticadas. O material liberiano é umedecido em água (solução aquosa) para que seja obtida uma pasta bombeável, que pode passar pela célula de fluxo ultrassônico. O processo de sonicação leva apenas um curto período de tempo (aprox. 30-60 seg.). A pesquisa científica mostrou que a ultrassonografia melhora a extração de hemicelulose e lignina de materiais lignocelulósicos. Além disso, a sonicação degrada a celulose e a pectina. O processamento ultrassônico de cânhamo e linho também melhora a flexibilidade e a resistência à tração das fibras, que são características valiosas para a fabricação de têxteis e compósitos.

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

Fibra de cânhamo modificada por ultrassom

A fibra liberiana fibrilada por ultrassom (por exemplo, cânhamo, linho) é particularmente adequada como reforço para resinas poliméricas, termoplásticos e compósitos termofixos.
As fibras de cânhamo são uma fonte valiosa da qual os nanocristais de celulose (CNCs) podem ser extraídos. Os nanocristais de celulose são caracterizados por sua alta área superficial e 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, portanto, um nano-aditivo competitivo, quando se trata de preço, disponibilidade, toxicidade e sustentabilidade.
A sonicação é uma técnica fácil de usar, rápida e ecológica, que permite produzir nanocristais de celulose de alta qualidade.

Ultrassonicadores de alto desempenho para processamento de fibras

A Hielscher Ultrasonics fabrica equipamentos ultrassônicos de alto desempenho para aplicações pesadas. Nossos sistemas ultrassônicos podem ser usados para processamento em lote ou contínuo em linha. Todos os processadores ultrassônicos industriais Hielscher podem fornecer amplitudes muito altas. Amplitudes de até 200 μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24 horas por dia, 7 dias por semana. Para amplitudes ainda maiores, estão disponíveis sonotrodos ultrassônicos personalizados. No entanto, a capacidade de amplitudes muito altas por si só não é suficiente para executar um processo de fibra ultrassônica bem-sucedido, como maceração ou fibrilação. Dependendo da matéria-prima e do resultado desejado, os parâmetros do processo – ou seja, amplitude, pressão, temperatura e tempo – deve ser exatamente controlável e ajustável.
Os processadores ultrassônicos digitais da Hielscher registram automaticamente todos os dados do processo em um cartão SD integrado, para que os resultados do processo sejam reproduzíveis. A amplitude e a intensidade de processamento podem ser ajustadas e controladas com precisão de condições de sonicação muito leves a altamente intensas. Isto dá-lhe a oportunidade de processar vários materiais para uma saída ótima.
A robustez do equipamento ultrassônico da Hielscher permite a operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em serviços pesados e em ambientes exigentes.
A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos: