Ультразвуковая обработка конопляного волокна
- Ультразвуковая решетка волокнистых материалов, таких как волокна конопли и льна, позволяет быстро и эффективно модифицировать волокна.
- Лубяные волокна, обработанные ультразвуком, фибриллируются и имеют значительно более высокую удельную поверхность, повышенную прочность на разрыв и гибкость.
- Ультразвуковая обработка волокна – это быстрая и простая в использовании технология обработки для промышленного производства.
Ультразвуковая реттинговая обработка
Ультразвуковая реттинговая обработка является быстрой, эффективной и экологичной альтернативой традиционному мокрому или росоулавливанию. Акустическая кавитация, создаваемая высокоинтенсивным низкочастотным ультразвуком, разрушает клеточные структуры биоматериалов, таких как недревесные, растительные волокна, включая лубяные волокна, такие как лен, конопля, крапива, пшеничная солома, рисовая солома, джут, а также волокна, полученные из листьев (например, сизаль, манильская конопля, абака) и фруктовые волокна, такие как кокосовая койра из скорлупы кокосовых орехов.
Ультразвуковое распутывание превращает микроволокна (около 3-5 мкм) в нановолокна (≥100 нм). Кроме того, ультразвуковая обработка индуцировала деградацию чистого ксилоглукана и ксилана в растворе, демонстрируя способность ультразвука разлагать гемицеллюлозу.
Хотя ультразвуковая решетка в основном используется в водном растворе, она возможна – в зависимости от сырья и намеченного результата – сочетать ультразвуковой процесс с обработкой щелочью. Решения NaOH, H2O2 и H2ТАК4 может быть использован для подщелачивания с получением нановолокон целлюлозы за короткое время обработки. С помощью ультразвуковой обработки можно легко добиться фибрилляции целлюлозных микроволокон. Волокна, полученные с помощью ультразвука, имеют специфическую морфологию, в которой нановолокна (≥ 100 нм) распределены по всей поверхности микроволокон (3-5 мкм).
Сканирующий электронный микроскопический анализ на волокнах льна, конопли и кокосового волокна с ультразвуковой обработкой или без нее.
источник: Renouard et al. 2014
UIP4000hdT (4 кВт) Промышленный ультразвуковой процессор для обработки волокна
Ультразвуковая обработка конопляного волокна
С ростом рынка семян конопли и фитоканнабиноидов увеличивается производство конопляной соломы. В качестве побочного продукта солома конопли и ее волокна в основном используются для производства бумаги или геотекстиля, армирования в композитных материалах, а также в качестве строительного материала.
Высушенная и резаная лубяная солома может быть использована в качестве сырья для ультразвуковой обработки, однако для получения превосходного результата ультразвукового процесса рекомендуется использовать (частично) декортикированные струи. Лубяной материал смачивается в воде (водный раствор) таким образом, чтобы получилась перекачиваемая суспензия, которая может проходить через ультразвуковую проточную ячейку. Процесс ультразвуковой обработки занимает совсем небольшой промежуток времени (около 30-60 сек.). Научные исследования показали, что ультразвуковая обработка улучшает экстракцию гемицеллюлозы и лигнина из лигноцеллюлозных материалов. Кроме того, ультразвуковая обработка разрушает целлюлозу и пектин. Ультразвуковая обработка конопли и льна также улучшает гибкость и прочность волокон на разрыв, которые являются ценными характеристиками для производства текстиля и композитов.
- снижение содержания лигнина
- Микро- и нанофибриллированные волокна
- Повышенная гибкость волокна
- Более высокая прочность на разрыв
- Быстрый процесс
- Простота в эксплуатации
Ультразвуковая щелочная обработка конопляного волокна (Ferreira et al. 2019)
Ультразвуково модифицированное конопляное волокно
Ультразвуковое фибриллированное лубяное волокно (например, конопляное, льняное) особенно подходит в качестве армирования для полимерных смол, термопластичных и термореактивных композитов.
Волокна луба конопли являются ценным источником, из которого можно извлечь нанокристаллы целлюлозы (ЧПУ). Нанокристаллы целлюлозы характеризуются большой площадью поверхности и необычайной жесткостью и прочностью на разрыв. ЧПУ’ Прочность на разрыв превосходит прочность стекла или алюминия. Нанокристаллы целлюлозы довольно дешевы и, таким образом, являются конкурентоспособной нанодобавкой, когда речь идет о цене, доступности, токсичности, а также устойчивости.
Ультразвуковая обработка – это простая в использовании, быстрая и экологичная методика, которая позволяет получать высококачественные нанокристаллы целлюлозы.
Sosiati et al. 2014 показывают благотворное влияние ультразвуковой обработки на обработку волокна.
Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты для обработки волокна
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительное ультразвуковое оборудование для тяжелых условий эксплуатации. Наши ультразвуковые системы могут использоваться для периодической или непрерывной поточной обработки. Все промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher могут обеспечивать очень высокую амплитуду. Амплитуды до 200 мкм могут легко работать непрерывно в режиме 24/7. Для еще более высоких амплитуд доступны индивидуальные ультразвуковые сонотроды. Тем не менее, способность работать с очень высокими амплитудами сама по себе недостаточна для успешного выполнения процесса ультразвукового волокна, такого как реттинг или фибрилляция. В зависимости от сырья и желаемого результата, параметры процесса – а именно, амплитуду, давление, температуру и время – должны быть точно управляемыми и регулируемыми.
Цифровые ультразвуковые процессоры Hielscher автоматически записывают все технологические данные на встроенную SD-карту, что обеспечивает воспроизводимость результатов процесса. Амплитуда и интенсивность обработки могут быть точно отрегулированы и контролироваться от очень слабых до очень интенсивных условий ультразвука. Это дает вам возможность обрабатывать различные материалы с оптимальной производительностью.
Надежность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 в тяжелых условиях эксплуатации и в сложных условиях.
В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:
| Объем партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| от 1 до 500 мл | От 10 до 200 мл/мин | УП100Ч |
| от 10 до 2000 мл | от 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
| 0.1 до 20 л | 0от 0,2 до 4 л/мин | УИП2000HDT |
| От 10 до 100 л | От 2 до 10 л/мин | УИП4000HDT |
| н.а. | От 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
| н.а. | больше | Кластер UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Спросите нас!
Мощные ультразвуковые процессоры от лабораторных до пилотных и промышленных масштабов.
Литература/Литература
- Диана. Феррейра, Джулиана Крус, Рауль Фангейро (2019): Глава 1 – Модификация поверхности натуральных волокон в полимерных композитах. Зеленые композиты для автомобильной промышленности. Серия публикаций Woodhead в журнале «Композитная наука и техника» 2019 г., стр. 3-41.
- Салливан Ренуар, Кристоф Хано, Жоэль Дуссо, Жан-Филипп Блондо, Эрик Лайне (2014): Характеристика ультразвукового воздействия на волокна кокосовой, льняной и конопляной койры. Материалы Письма 129, 2014. 137–141.
- Х. Сосиати, М. Мухаймин,. Абдила, Д. А. Виджаянти, Харсоджо, К. Трияна (2014): Влияние химических обработок на
Характеристики натуральной целлюлозы. Материалы конференции AIP 1617, 105 (2014). - М. Зимневска, Р. Козловски, Й. Батог (2008): Модифицированная льняная ткань с нанолигнином как многофункциональный продукт. Молекулярные кристаллы и жидкие кристаллы Том 484, Выпуск 1, 2008.
Факты, которые стоит знать
конопляное волокно
Конопля - это многоцелевая культура, используемая для семян конопли, а затем и семенного масла, терпеноидов и каннабиноидов (т.е. КБД, КБГ и т.д.), а также конопляной соломы, которые могут быть переработаны в ценный волокнистый материал. Что касается качества конопляного волокна, то различают так называемые волокна-пакли, которые представляют собой невыровненные короткие пучки волокон, и так называемые линейные волокна, которые представляют собой длинные (продольно выровненные) волокна.
Коротковолокнистые бундели также называются техническими волокнами и в основном используются в автомобильной промышленности, для производства бумаги и композитов на биологической основе. Длинные волокна конопли используются для текстиля и дорогостоящих целей, таких как высокоэффективные композиты и биокомпозиты.
Производство конопляного волокна:
Волокнистую коноплю (коноплю, которую выращивают для производства волокна) идеально собирать до цветения. Этот ранний урожай приводит к более высокому качеству волокна, потому что качество снижается, если разрешено цветение. Как правило, волокнистую коноплю собирают через 70-90 дней после посева. Чтобы собрать урожай конопли, растения срезают на высоте 2-3 см над почвой, а затем сушат в течение нескольких дней. После сбора урожая коноплю подвергают термической обработке. Реттинг — это процесс, в котором используется влага и микробы для расщепления пектинов растения, которые химически связывают стебель конопли вместе. Традиционно, стебли конопли подвергались водоотвержению или росе до того, как волокна будут отрезаны. Процесс реттинга облегчает последующее отделение луба от так называемого конопляного хурда или шивы (который представляет собой древесную сердцевину стеблей конопли). После отрубания стебли конопли подсушивают (до влажности менее 15%) и обваливают.
Для получения конопляных волокон, которые могут быть использованы для производства и в качестве добавок, волокна должны быть разделены в процессе, известном как “трепание”. В процессе трепанья конопляная солома подвергается механической обработке для опускания клюва на растение конопли, например, с помощью молотковой дробилки. В этом механическом процессе конопля ударяется о экран до тех пор, пока через сито не попадут хрены, более мелкие лубяные волокна и пыль. Современные высокоскоростные кинематические машины для декортикации способны разделять коноплю на три потока; Лубяное волокно, хурд и зеленая микрофибра.
Содержание клетчатки в конопле составляет около 70-77%. Волокна конопли являются отличной заменой волокнам древесной целлюлозы
Преимущества конопляных волокон
- Рентабельный
- высокая прочность на разрыв и жесткость
- Идеально подходит для иглопробивных нетканых изделий
- Эффективная замена стекловолокна
- сокращает время формовки
- снижение веса готовой детали
- Легко перерабатывается и перерабатывается
- может быть изготовлен по индивидуальному заказу в соответствии с различными спецификациями и различными производственными системами
- Возможно стабильное качество и доступность поставок
Волокнистые биоматериалы
Когда соломенные волокна извлекаются из льняной соломы, неволокнистые части стебля, не включая семена, обычно называются шивами или хурдами. Например, в масличном льне стружка составляет около 70 – 85% от общего веса соломы, что делает шкуру основным побочным продуктом переработки льняной соломы.
Полученный ультразвуком, наноструктурированный лигнин используется для изготовления многофункциональных льняных тканей. Набивка льняного текстиля нанолигнином позволяет создавать многофункциональные текстильные изделия. Эти многофункциональные ткани обладают дополнительными свойствами ультрафиолетового барьера, антибактериальными и антистатическими свойствами.