Produção ultra-sônica de celulose nano-estruturada

A nanocelulose, um notável aditivo de alto desempenho, ganhou destaque pelas suas aplicações versáteis como modificador de reologia, agente de reforço e componente-chave em vários materiais avançados. Estas fibrilas nano-estruturadas, derivadas de qualquer fonte que contenha celulose, podem ser eficientemente isoladas através de homogeneização e moagem ultra-sónica de alta potência. Este processo, conhecido como sonicação, melhora significativamente a fibrilação, resultando num maior rendimento de nanocelulose e produzindo fibras mais finas e mais finas. A tecnologia ultra-sónica ultrapassa os métodos de fabrico convencionais, graças à sua capacidade de gerar forças de cisalhamento elevadas cavitacionais extremas, tornando-a uma ferramenta excecional para a produção de nanocelulose.

Fabrico de nanocelulose por ultra-sons

Os ultra-sons de alta potência contribuem para a extração e isolamento de micro e nano-celulose a partir de várias fontes de materiais celulósicos, tais como madeira, fibras lignocelulósicas (fibras de polpa) e resíduos contendo celulose.
Para libertar as fibras vegetais do material de origem, é utilizada a tecnologia de ultra-sons Retificação e Homogeneização é um método poderoso e fiável, que permite processar volumes muito grandes. A polpa é alimentada num sonoreactor em linha, onde forças ultra-sónicas de alto cisalhamento quebram a estrutura celular da biomassa para que a matéria fibrosa fique disponível.

A figura 1 abaixo mostra uma imagem TEM de “Algodão nunca seco” (NDC) submetida a hidrólise enzimática e sonicada com um Sonicador de tipo sonda Hielscher UP400S durante 20 minutos.
[Bittencourt et al. 2008]

A figura 2 abaixo mostra uma imagem SEM de uma película de viscose, submetida à hidrólise enzimática, seguida de sonicação com o sonicador Hielscher modelo UP400S.
[Bittencourt et al. 2008]

O processamento ultrassónico de nanocelulose também pode ser combinado com sucesso com o tratamento de fibra oxidada TEMPO. No processo TEMPO, as nanofibras de celulose são produzidas por um sistema de oxidação utilizando 2,2,6,6-tetrametilpiperidinil-1-oxilo (TEMPO) como catalisador, e brometo de sódio (NaBr) e hipoclorito de sódio (NaOCl). A investigação provou que a eficiência da oxidação é significativamente melhorada quando a oxidação é conduzida sob irradiação ultra-sónica.

Dispersão ultra-sónica de nanocelulose

As dispersões de nanocelulose demonstram um comportamento reológico extraordinário devido à sua elevada viscosidade a baixas concentrações de nanocelulose. Este facto torna a nanocelulose um aditivo muito interessante como modificador reológico, estabilizador e gelificante para várias aplicações, por exemplo, na indústria de revestimentos, de papel ou alimentar. Para expressar as suas propriedades únicas, a nanocelulose deve ser
A dispersão ultra-sónica é o método ideal para obter nanocelulose de tamanho fino e de dispersão única. Como a nanocelulose é altamente diluidora de cisalhamento, o ultrassom de potência é a tecnologia preferível para formular suspensões nanocelulósicas, pois o acoplamento de ultrassom de alta potência em líquidos cria forças de cisalhamento extremas.
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Após a síntese de celulose nanocristalina, a nanocelulose é muitas vezes ultrasonicamente dispersa em um meio líquido, por exemplo, um solvente não polar ou polar, como dimetilformamida (DMF), para formular um produto final (por exemplo, nanocompósitos, modificador reológico etc.) Como CNFs são usados como aditivos em formulações múltiplas, uma dispersão confiável é crucial. Ultrasonication produz fibrilas estáveis e uniformemente dispersos.

Ultrassonicamente melhorado desidratação de nanofibras de celulose

A desidratação ultra-sónica de nanofibras de celulose é uma técnica de ponta que melhora significativamente a eficiência da remoção de água – tornando as nanofibras de celulose um aditivo muito atrativo para a produção de nanopapel. As fibras de nanocelulose, normalmente requerem desidratação demorada devido à sua alta capacidade de retenção de água. Ao aplicar ondas ultra-sónicas, este processo é acelerado através da geração de forças cavitacionais intensas, que perturbam a matriz de água e facilitam a expulsão de água mais rápida e uniforme. Isto não só reduz o tempo de secagem, como também melhora a integridade estrutural e as propriedades mecânicas das nanofibras de celulose resultantes, tornando-o um método altamente eficaz na produção de nanopapéis e outros nanomateriais de alta qualidade.
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Produção industrial de nanocelulose utilizando ultra-sons de potência

A Hielscher Ultrasonics oferece uma gama abrangente de soluções ultra-sónicas potentes e fiáveis, desde pequenos ultrasonicadores de escala laboratorial a sistemas industriais de grande escala, ideais para o processamento comercial de nanocelulose. A principal vantagem dos sonicadores industriais do tipo sonda da Hielscher reside na sua capacidade de fornecer condições ultra-sónicas óptimas através dos seus sonoreactores de fluxo, que vêm em vários tamanhos e geometrias. Estes reactores assegurar que a energia de ultra-sons é aplicada de forma consistente e uniforme para o material de celulose, levando a resultados de processamento superiores.

Os sonicadores de bancada da Hielscher, como o UIP1000hdT, o UIP2000hdT e o UIP4000hdT, são capazes de produzir vários quilogramas de nanocelulose por dia, o que os torna adequados para as necessidades de produção em média escala. Para a produção comercial em grande escala, as unidades industriais completas, como a UIP10000 e a UIP16000hdT, podem lidar com fluxos de massa extensos, permitindo a produção eficiente de grandes volumes de nanocelulose.

Uma das vantagens mais significativas dos sistemas de ultra-sons Hielscher é a sua escalabilidade linear. Tanto os ultrassons de bancada como os industriais podem ser instalados em clusters, proporcionando uma capacidade de processamento praticamente ilimitada, o que os torna a escolha ideal para operações que requerem um elevado rendimento e um desempenho fiável na produção de nanocelulose.