Ультразвуковое производство наноструктурированной целлюлозы

Наноцеллюлоза, замечательная высокоэффективная добавка, получила известность благодаря своему универсальному применению в качестве модификатора реологии, армирующего агента и ключевого компонента в различных современных материалах. Эти наноструктурированные фибриллы, полученные из любого источника, содержащего целлюлозу, могут быть эффективно изолированы с помощью мощной ультразвуковой гомогенизации и измельчения. Этот процесс, известный как ультразвуковая обработка, значительно усиливает фибрилляцию, что приводит к более высокому выходу наноцеллюлозы и получению более тонких и тонких волокон. Ультразвуковая технология превосходит традиционные методы производства благодаря своей способности создавать экстремальные кавитационные высокие силы сдвига, что делает ее исключительным инструментом для производства наноцеллюлозы.

Ультразвуковое производство наноцеллюлозы

Ультразвук высокой мощности способствует экстракции и выделению микро- и наноцеллюлозы из различных источников целлюлозных материалов, таких как древесина, лигноцеллюлозные волокна (волокна целлюлозы) и остатки, содержащие целлюлозу.
Для высвобождения растительных волокон из исходного материала, ультразвук Шлифование и гомогенизация является мощным и надежным методом, позволяющим обрабатывать очень большие объемы. Пульпа подается во встроенный сонореактор, где ультразвуковые силы с большими сдвиговыми усилиями разрушают клеточную структуру биомассы, так что фибриллированное вещество становится доступным.

На рисунке 1 ниже показано изображение ПЭМ “Никогда не сохший хлопок” (NDC), подвергнутые ферментативному гидролизу и обработанные ультразвуком Ультразвуковой аппарат Hielscher зондового типа UP400S в течение 20 минут.
[Биттенкур и др. 2008]

На рисунке 2 ниже показано СЭМ-изображение пленки вискозы, подвергнутой ферментативному гидролизу с последующей ультразвуком с помощью ультразвука ультразвуковой аппарат Hielscher модели UP400S.
[Биттенкур и др. 2008]

Ультразвуковая обработка наноцеллюлозой также может быть успешно сочетаема с обработкой окисленных волокон TEMPO. В процессе TEMPO нановолокна целлюлозы производятся путем системы окисления с использованием 2,2,6,6-тетраметилпиперидинил-1-оксила (TEMPO) в качестве катализатора, а также бромида натрия (NaBr) и гипохлорита натрия (NaOCl). Исследованиями доказано, что эффективность окисления значительно повышается при проведении окисления под ультразвуковым облучением.

Ультразвуковое диспергирование наноцеллюлозы

Дисперсии наноцеллюлозы демонстрируют исключительные реологические свойства благодаря своей высокой вязкости при низких концентрациях наноцеллюлозы. Это делает наноцеллюлозу очень интересной добавкой в качестве реологического модификатора, стабилизатора и геллянта для различных применений, например, в лакокрасочной, бумажной или пищевой промышленности. Чтобы выразить свои уникальные свойства, наноцеллюлоза должна быть
Ультразвуковое диспергирование является идеальным методом получения мелкодисперсной однодисперсной наноцеллюлозы. Поскольку наноцеллюлоза обладает высокой степенью разжижения при сдвиге, силовой ультразвук является предпочтительной технологией для создания наноцеллюлозных суспензий, поскольку соединение мощного ультразвука с жидкостями создает экстремальные силы сдвига.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковой кавитации в жидкостях!
После синтеза нанокристаллической целлюлозы наноцеллюлоза часто диспергируется ультразвуком в жидкой среде, например, в неполярном или полярном растворителе, таком как диметилформамид (ДМФА), для получения конечного продукта (например, нанокомпозитов, реологического модификатора и т. д.). Поскольку CNF используются в качестве добавок в составах коллекторов, надежное диспергирование имеет решающее значение. С помощью ультразвука образуются стабильные и равномерно диспергированные фибриллы.

Улучшенное ультразвуковое обезвоживание нановолокон целлюлозы

Ультразвуковое обезвоживание нановолокон целлюлозы является передовой технологией, которая значительно повышает эффективность удаления воды – Что делает нановолокна целлюлозы очень привлекательной добавкой для производства нанобумаги. Наноцеллюлозные волокна обычно требуют длительного обезвоживания из-за их высокой водоудерживающей способности. При воздействии ультразвуковых волн этот процесс ускоряется за счет создания интенсивных кавитационных сил, которые разрушают водную матрицу и способствуют более быстрому и равномерному выталкиванию воды. Это не только сокращает время сушки, но и улучшает структурную целостность и механические свойства полученных целлюлозных нановолокон, что делает его высокоэффективным методом производства высококачественной нанобумаги и других наноматериалов.
Узнайте больше об ультразвуковом обезвоживании нанобумаги!

Промышленное производство наноцеллюлозы с использованием силового ультразвука

Hielscher Ultrasonics предлагает широкий спектр мощных и надежных ультразвуковых решений, от небольших лабораторных ультразвуковых систем до крупномасштабных промышленных систем, идеально подходящих для коммерческой обработки наноцеллюлозы. Ключевое преимущество промышленных ультразвуковых аппаратов Hielscher заключается в их способности обеспечивать оптимальные ультразвуковые условия через проточные сонореакторы, которые бывают различных размеров и геометрии. Эти реакторы гарантируют, что ультразвуковая энергия равномерно и равномерно подается на целлюлозный материал, что приводит к превосходным результатам обработки.

Настольные ультразвуковые аппараты Hielscher, такие как UIP1000hdT, UIP2000hdT и UIP4000hdT, способны производить несколько килограммов наноцеллюлозы в день, что делает их пригодными для средних производственных потребностей. Для крупномасштабного коммерческого производства полностью промышленные установки, такие как UIP10000 и UIP16000hdT, могут обрабатывать обширные массовые потоки, обеспечивая эффективное производство больших объемов наноцеллюлозы.

Одним из наиболее существенных преимуществ ультразвуковых систем Hielscher является их линейная масштабируемость. Как настольные, так и промышленные ультразвуковые аппараты могут быть установлены в кластерах, обеспечивая практически неограниченную вычислительную мощность, что делает их идеальным выбором для операций, требующих высокой пропускной способности и надежной работы при производстве наноцеллюлозы.