Prelucrarea fibrelor de cânepă cu ultrasunete
- Retarea cu ultrasunete a materialelor fibroase, ar fi fibrele de cânepă și in, permite o modificare rapidă și eficientă a fibrelor.
- Fibrele liberale prelucrate ultrasonically sunt fibrilate și prezintă o suprafață specifică semnificativ mai mare, rezistență crescută la tracțiune și flexibilitate.
- Prelucrarea fibrelor cu ultrasunete este o tehnologie de procesare rapidă și ușor de utilizat pentru producția industrială.
Retting cu ultrasunete
Rettingul cu ultrasunete este o alternativă rapidă, eficientă și ecologică la retarea tradițională umedă sau rouă. Cavitația acustică, generată de ultrasunete de înaltă intensitate, de joasă frecvență, descompune structurile celulare ale biomaterialelor, cum ar fi fibrele vegetale nelemnoase, care includ fibrele liberiene, cum ar fi inul, cânepa, urzica, paiele de grâu, paiele de orez, iuta, precum și fibrele derivate din frunze (de exemplu, sisal, cânepă manilla, abacá) și fibrele derivate din fructe, cum ar fi nuca de cocos din coji de nucă de cocos.
Dezlegarea cu ultrasunete transformă microfibrele (aproximativ 3-5μm) în nanofibre (≥100nm). În plus, procesarea cu ultrasunete a indus degradarea xiloglucanului pur și a xilanului în soluție, demonstrând capacitatea ultrasunetelor de a degrada hemiceluloza.
Deși rettingul cu ultrasunete este utilizat în principal într-o soluție apoasă, este posibil – în funcție de materia primă și de rezultatul vizat – pentru a combina procesul cu ultrasunete cu un tratament alcalin. Soluții de NaOH, H2O2 și H2DECI4 Poate fi utilizat pentru alcalinizare pentru a obține nanofibre de celuloză într-un timp scurt de procesare. Prin tratamentul cu ultrasunete, o fibrilație a microfibrelor de celuloză poate fi ușor realizată. Fibrele produse ultrasonically prezintă o morfologie specifică în care nanofibrele (≥ 100nm) sunt distribuite pe întreaga suprafață a microfibrelor (3-5μm).
Analiza microscopiei electronice de scanare pe fibre de in, cânepă și nucă de cocos cu sau fără prelucrare cu ultrasunete.
sursa: Renouard et al. 2014
UIP4000hdT (4kW) procesor industrial cu ultrasunete pentru prelucrarea fibrelor
Prelucrarea fibrelor de cânepă cu ultrasunete
Odată cu creșterea pieței pentru semințele de cânepă și fito-canabinoizi vine o producție tot mai mare de paie de cânepă. Ca produs secundar, paiele de cânepă și fibrele sale sunt utilizate în principal pentru producția de hârtie sau geotextile, armarea în materiale compozite, precum și materiale de construcție.
Paiele uscate și tăiate pot fi folosite ca materie primă pentru tratamentul cu ultrasunete, cu toate acestea, pentru o ieșire superioară a procesului cu ultrasunete se recomandă utilizarea (parțial) a deșeurilor decorticate. Materialul baston este umezit în apă (soluție apoasă), astfel încât să se obțină o suspensie pompabilă, care poate trece celula de curgere cu ultrasunete. Procesul de sonicare durează doar o perioadă scurtă de timp (aprox. 30-60 sec.). Cercetările științifice au arătat că ultrasonication îmbunătățește extracția hemicelulozei și ligninei din materiale lignocelulozice. În plus, sonicare degradează celuloza si pectina. Prelucrarea cu ultrasunete de cânepă și in îmbunătățește, de asemenea, flexibilitatea și rezistența la tracțiune a fibrelor, care sunt caracteristici valoroase pentru fabricarea textilă și compozită.
- reducerea conținutului de lignină
- fibre micro- și nano-fibrilate
- flexibilitate crescută a fibrelor
- rezistență mai mare la tracțiune
- proces rapid
- ușor de operat
Tratamentul cu ultrasunete-alcaline al fibrei de cânepă (Ferreira et al. 2019)
Fibra de cânepă modificată ultrasonically
Fibra de baston fibrilată ultrasonically (de exemplu, cânepă, in) este deosebit de potrivită ca armătură pentru rășini polimerice, compozite termoplastice și termorezistente.
Fibrele de cânepă sunt o sursă valoroasă din care pot fi extrase nanocristale de celuloză (CNC). Nanocristalele de celuloză se caracterizează prin suprafața lor ridicată și prin rigiditatea și rezistența lor extraordinare la tracțiune. CNC-uri’ Rezistența la tracțiune excelează rezistența sticlei sau aluminiului. Nanocristalele de celuloză sunt destul de ieftine și, prin urmare, sunt un nano-aditiv competitiv, atunci când vine vorba de preț, disponibilitate, toxicitate, precum și durabilitate.
Sonicare este o tehnică ușor de utilizat, rapidă și verde, care permite producerea de nanocristale de celuloză de înaltă calitate.
Sosiati et al. 2014 arată efectele benefice ale sonicare pe prelucrarea fibrelor.
Ultrasonicators de înaltă performanță pentru prelucrarea fibrelor
Hielscher Ultrasonics produce echipamente cu ultrasunete de înaltă performanță pentru aplicații grele. Sistemele noastre cu ultrasunete pot fi utilizate pentru lot sau continuu inline de prelucrare. Toate procesoarele cu ultrasunete industriale Hielscher pot livra amplitudini foarte mari. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor rulate continuu în funcționare 24/7. Pentru amplitudini chiar mai mari, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile. Cu toate acestea, capacitatea de amplitudini foarte mari singur nu este suficient pentru a rula un proces de succes cu fibre cu ultrasunete, ar fi retting sau fibrilație. În funcție de materia primă și de rezultatul vizat, parametrii procesului – și anume, amplitudinea, presiunea, temperatura și timpul – trebuie să fie exact controlabile și reglabile.
Hielscher procesoare digitale cu ultrasunete înregistra automat toate datele de proces pe un card SD integrat, astfel încât rezultatele procesului sunt reproductibile. Amplitudinea și intensitatea procesării pot fi ajustate și controlate cu precizie de la condiții de sonicare foarte ușoare până la foarte intense. Acest lucru vă oferă posibilitatea de a procesa diverse materiale pentru o producție optimă.
Robustețea echipamentului cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 la grele și în medii solicitante.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:
| Volumul lotului | Debitul | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 1 până la 500 ml | 10 până la 200 ml/min | UP100H |
| 10 până la 2000 ml | 20 până la 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 până la 20L | 00.2 până la 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L / min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 până la 100L / min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | grup de UIP16000 |
Contactează-ne! / Întreabă-ne!
Procesoare cu ultrasunete de mare putere de la laborator la pilot și scară industrială.
Literatură/Referințe
- Diana P.Ferreira, Juliana Cruz, Raul Fangueiro (2019): Capitolul 1 – Modificarea suprafeței fibrelor naturale în compozite polimerice. Compozite ecologice pentru aplicații auto. Woodhead Publishing Series în Composites Science and Engineering 2019, paginile 3-41.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014): Caracterizarea impactului cu ultrasunete asupra fibrelor de coir, in și cânepă. Materiale Scrisori 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014): Efectul tratamentelor chimice asupra
caracteristicile celulozei naturale. Lucrările conferinței AIP 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska , R. Kozłowski, J. Batog (2008): Țesătură de in modificată cu nanolignină ca produs multifuncțional. Cristale moleculare și cristale lichide Vol. 484, Numărul 1, 2008.
Fapte care merită știute
fibră de cânepă
Cânepa este o cultură multifuncțională utilizată pentru semințele de cânepă și, ulterior, uleiul de semințe, terpenoide și canabinoide (adică CBD, CBG etc.) și paiele de cânepă, care pot fi prelucrate în material fibros valoros. În ceea ce privește calitatea fibrelor de cânepă, se face distincție între așa-numitele fibre de remorcare, care nu sunt aliniate, fascicule scurte de fibre și așa-numitele fibre de linie, care sunt fibre lungi (aliniate longitudinal).
Bundelurile scurte din fibre sunt, de asemenea, numite fibre tehnice și sunt utilizate în principal în industria auto, pentru producția de hârtie și pentru compozite bio. Fibrele lungi de cânepă sunt utilizate pentru aplicații textile și de înaltă valoare, cum ar fi compozite de înaltă performanță și biocompozite.
Producția de fibre de cânepă:
Fibra de cânepă (cânepă, care este cultivată pentru producția de fibre) este recoltată în mod ideal înainte de înflorire. Această cultură timpurie are ca rezultat o calitate mai bună a fibrelor, deoarece calitatea scade dacă înflorirea este permisă. În general, cânepa din fibre este recoltată la 70-90 de zile după însămânțare. Pentru recoltarea cânepei, plantele sunt tăiate la 2-3 cm deasupra solului și apoi uscate timp de câteva zile. După recoltare, cânepa este retată. Rettingul este un proces care utilizează umezeala și microbii pentru a descompune pectinele plantei, care leagă chimic tulpina de cânepă împreună. În mod tradițional, tulpinile de cânepă ar fi turnate în apă sau rouă înainte ca fibrele să fie scutate. Procesul de topire facilitează separarea ulterioară a liberului de așa-numitul hurd de cânepă sau shiv (care este miezul lemnos al tulpinilor de cânepă). După topire, tulpinile de cânepă sunt uscate (la un conținut de umiditate mai mic de 15% și cauționate.
Pentru a obține fibre de cânepă, care pot fi utilizate pentru fabricare și ca aditivi, fibrele trebuie separate într-un proces cunoscut sub numele de “scuturare”. În timpul procesului de scutare, paiele de cânepă sunt prelucrate mecanic pentru a ciocni planta de cânepă, de exemplu, folosind o moară cu ciocane. În acest proces mecanic, cânepa este bătută de un ecran până când hurd, fibrele mai mici și praful cad prin ecran. Mașinile moderne de decorticare cinematică de mare viteză sunt capabile să separe cânepa în trei fluxuri; Fibră liberă, Hurd și microfibră verde.
Conținutul de celuloză din cânepă este de aproximativ 70-77%. Fibrele de cânepă sunt un substitut excelent pentru fibrele de celuloză din lemn
Avantajele fibrelor de cânepă
- Rentabile
- rezistență ridicată la tracțiune și rigiditate
- ideal pentru produse nețesute perforate cu ac
- Înlocuitor eficient pentru fibra de sticlă
- reduce timpul de turnare
- reducerea greutății în partea finită
- ușor de procesat și reciclat
- pot fi personalizate pentru a satisface o varietate de specificații și diferite sisteme de fabricație
- Este posibilă o calitate constantă și disponibilitatea aprovizionării
Biomateriale fibroase
Atunci când fibrele de paie sunt extrase din paie de in, părțile nefibroase ale tulpinii, cu excepția semințelor, sunt denumite în mod normal deșeuri sau dungi. De exemplu, în inul de semințe oleaginoase, deșeurile cuprind aproximativ 70 – 85% din greutatea totală a paielor, ceea ce face ca deșeurile să fie principalul produs secundar al prelucrării paielor de in.
Lignina nano-structurată produsă ultrasonically este utilizată pentru a face țesături multifuncționale de in. Prin căptușirea textilelor de in cu nano-lignină, pot fi create textile multifuncționale. Aceste textile multifuncționale oferă proprietățile suplimentare ale barierei UV, proprietăților antibacteriene și antistatice.