Hielscher Ultrasonics
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Produção ultrassônica de celulose nanoestruturada

A nanocelulose, um notável aditivo de alto desempenho, ganhou destaque por suas aplicações versáteis como modificador de reologia, agente de reforço e componente-chave em vários materiais avançados. Essas fibrilas nanoestruturadas, derivadas de qualquer fonte contendo celulose, podem ser isoladas com eficiência por meio de homogeneização e moagem ultrassônica de alta potência. Esse processo, conhecido como sonicação, aumenta significativamente a fibrilação, resultando em um maior rendimento de nanocelulose e produzindo fibras mais finas e finas. A tecnologia ultrassônica supera os métodos convencionais de fabricação, graças à sua capacidade de gerar altas forças de cisalhamento cavitacionais extremas, tornando-a uma ferramenta excepcional para a produção de nanocelulose.

Fabricação ultrassônica de nanocelulose

O ultrassom de alta potência contribui para a extração e isolamento de micro e nanocelulose de várias fontes de materiais celulósicos, como madeira, fibras lignocelulósicas (fibras de celulose) e resíduos contendo celulose.
Para liberar as fibras vegetais do material de origem, ultrassônico Esmerilhação e homogeneização é um método poderoso e confiável, que permite processar volumes muito grandes. A polpa é alimentada em um sonorreator em linha, onde as forças ultrassônicas de alto cisalhamento quebram a estrutura celular da biomassa para que a matéria fibrilosa fique disponível.

Pedido de Informação







O UIP2000hdT é um poderoso dispersor ultrassônico usado para a desaglomeração de nanocelulose.

As pastas de nanocelulose são dispersas de forma confiável usando ultrassom. A imagem mostra o sonicador de alto desempenho UIP2000hdT em uma configuração em lote.

A Figura 1 abaixo mostra uma imagem TEM de “Algodão nunca seco” (NDC) submetidos à hidrólise enzimática e sonicados com um Sonicador tipo sonda Hielscher UP400S por 20 minutos.
[Bittencourt et al. 2008]

A nanocelulose apresenta excelentes propriedades devido à sua alta relação superfície/massa. A tecnologia de ultrassom da Hielscher é um método confiável e eficiente para produzir nanocelulose e nanocristais de celulose.

Imagem TEM de “Algodão nunca seco” (NDC) submetidos à hidrólise enzimática e sonicados com Sônico Hielscher UP400S por 20 minutos. [Bittencourt et al. 2008]

A Figura 2 abaixo mostra uma imagem de MEV de um filme de viscose, submetido à hidrólise enzimática, seguida de sonicação com o sonicador Hielscher modelo UP400S.
[Bittencourt et al. 2008]

Produção ultrassônica de compósitos nanocelulósicos.

Imagem de MEV de um filme de viscose, submetido à hidrólise enzimática, seguida de sonicação com UP400S [Bittencourt et al. 2008]

O processamento ultrassônico 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 usando 2,2,6,6-tetrametilpiperidinil-1-oxil (TEMPO) como catalisador, e brometo de sódio (NaBr) e hipoclorito de sódio (NaOCl). A pesquisa provou que a eficiência da oxidação é significativamente melhorada quando a oxidação é conduzida sob irradiação ultrassônica.

Dispersão ultrassônica de nanocelulose

As dispersões de nanocelulose demonstram um comportamento reológico extraordinário devido à sua alta viscosidade em baixas concentrações de nanocelulose. Isso torna a nanocelulose um aditivo muito interessante como modificador reológico, estabilizador e gelante para várias aplicações, por exemplo, na indústria de revestimentos, papel ou alimentos. Para expressar suas propriedades únicas, a nanocelulose deve ser
A dispersão ultrassônica é o método ideal para obter nanocelulose de tamanho fino e dispersão única. Como a nanocelulose é altamente diluída, o ultrassom de potência é a tecnologia preferida para formular suspensões nanocelulósicas, pois o acoplamento do ultrassom de alta potência em líquidos cria forças de cisalhamento extremas.
Clique aqui para saber mais sobre cavitação ultrassônica em líquidos!
Após a síntese da celulose nanocristalina, a nanocelulose é frequentemente dispersa por ultrassom em um meio líquido, por exemplo, um solvente apolar ou polar, como a dimetilformamida (DMF), para formular um produto final (por exemplo, nanocompósitos, modificador reológico, etc.) Como os CNFs são usados como aditivos em formulações múltiplas, uma dispersão confiável é crucial. A ultrassonografia produz fibrilas estáveis e uniformemente dispersas.

Desidratação Ultrassonicamente Melhorada de Nanofibras de Celulose

A desidratação ultrassonicamente aprimorada 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 altamente atraente para a produção de nanopapers. As fibras de nanocelulose normalmente requerem desidratação demorada devido à sua alta capacidade de retenção de água. Ao aplicar ondas ultrassônicas, esse processo é acelerado por meio da geração de intensas forças cavitacionais, que rompem a matriz hídrica e facilitam a expulsão de água mais rápida e uniforme. Isso não apenas reduz o tempo de secagem, mas também aumenta a integridade estrutural e as propriedades mecânicas das nanofibras de celulose resultantes, tornando-o um método altamente eficaz na produção de nanopapéis de alta qualidade e outros nanomateriais.
Saiba mais sobre a desidratação ultrassônica de nanopaper!

Produção Industrial de Nanocelulose usando Ultrassom de Potência

A Hielscher Ultrasonics oferece uma gama abrangente de soluções ultrassônicas poderosas e confiáveis, desde pequenos ultrassônicos em escala laboratorial até sistemas industriais de grande escala, ideais para o processamento comercial de nanocelulose. A principal vantagem dos sonicadores industriais do tipo sonda Hielscher reside em sua capacidade de fornecer condições ultrassônicas ideais por meio de seus sonorreatores de fluxo, que vêm em vários tamanhos e geometrias. Esses reatores garantem que a energia do ultrassom seja aplicada de forma consistente e uniforme ao material de celulose, levando a resultados de processamento superiores.

Os sonicadores de bancada Hielscher, como o UIP1000hdT, UIP2000hdT e UIP4000hdT, são capazes de produzir vários quilos de nanocelulose diariamente, tornando-os adequados para necessidades de produção de médio porte. Para produção comercial em larga escala, as unidades industriais completas, como o UIP10000 e o UIP16000hdT, podem lidar com extensos fluxos de massa, permitindo a produção eficiente de grandes volumes de nanocelulose.

Uma das vantagens mais significativas dos sistemas ultrassônicos Hielscher é sua escalabilidade linear. Os ultrassônicos de bancada e industriais podem ser instalados em clusters, fornecendo capacidade de processamento virtualmente ilimitada, tornando-os a escolha ideal para operações que exigem alto rendimento e desempenho confiável na produção de nanocelulose.

3 etapas para o processamento ultrassônico bem-sucedido: viabilidade- otimização - aumento de escala (clique para ampliar!)

Processamento ultrassônico: Hielscher orienta você desde a viabilidade e otimização até a produção comercial!

Benefícios ultrassônicos:

  • alto grau de fibrilação
  • alto rendimento de nanocelulose
  • fibras finas
  • Fibras desembaraçadas
O processamento ultrassônico de nanocelulose contribui para o isolamento, fibrilação, dispersão e formulação. (Clique para ampliar!)

Processamento ultrassônico

Dispositivos ultrassônicos, como o UP400S de Hielscher, são usados com sucesso para produzir nanocelulose

Ultrassônico de laboratório de Hielscher UP400S (400W, 24kHz)

Peça mais informações

Use o formulário abaixo para solicitar informações adicionais sobre sonicadores para processamento de nanocelulose, detalhes da aplicação, dados técnicos e preços. Teremos o maior prazer em discutir seu processo de nanocelulose com você e oferecer um sonicador que atenda às suas necessidades!









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A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos:

Volume do lote Vazão Dispositivos recomendados
0.5 a 1,5mL n.a. VialTweeter
1 a 500mL 10 a 200mL/min UP100H
10 a 2000mL 20 a 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 a 20L 0.2 a 4L/min UIP2000hdT
10 a 100L 2 a 10L/min UIP4000hdT
15 a 150L 3 a 15L/min UIP6000hdT
n.a. 10 a 100L/min UIP16000
n.a. maior cluster de UIP16000


O que é Nanocelulose?

A nanocelulose inclui diferentes tipos de nanofibras de celulose (CNF), que podem ser distinguidas em celulose microfibrilada (MFC), celulose nanocristalina (NCC) e nanocelulose bacteriana. Este último refere-se à celulose nanoestruturada produzida por bactérias.
A nanocelulose apresenta excelentes propriedades, como resistência e rigidez extraordinárias, alta cristalinidade, tixotropia, bem como uma alta concentração de grupo hidroxila em sua superfície. Muitas das características de alto desempenho da nanocelulose são causadas por sua alta relação superfície/massa.
As nanoceluloses são amplamente utilizadas em medicamentos e produtos farmacêuticos, eletrônicos, membranas, materiais porosos, papel e alimentos devido à sua disponibilidade, biocompatibilidade, degradabilidade biológica e sustentabilidade. Devido às suas características de alto desempenho, a nanocelulose é um material interessante para o reforço de plásticos, a melhoria das propriedades mecânicas de, por exemplo, resinas termoendurecíveis, matrizes à base de amido, proteína de soja, látex de borracha ou poli (lactídeo). Para aplicações compostas, a nanocelulose é usada para revestimentos e filmes, tintas, espumas, embalagens. Além disso, a nanocelulose é um componente promissor para a fabricação de aerogéis e espumas, seja em formulações homogêneas ou em compósitos.
Abreviações:
Celulose Nanocristalina (NCC)
Nanofibras de celulose (CNF)
Celulose Microfibrilada (MFC)
Bigodes de nanocelulose (NCW)
Nanocristais de celulose (CNC)

Literatura / Referências

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