Ultrazvukové spracovanie konopných vlákien
- Ultrazvukové máčanie vláknitých materiálov, ako sú konopné a ľanové vlákna, umožňuje rýchlu a efektívnu úpravu vlákien.
- Ultrazvukom spracované lykové vlákna sú fibrilované a vykazujú výrazne vyšší špecifický povrch, zvýšenú pevnosť v ťahu a pružnosť.
- Ultrazvukové spracovanie vlákien je rýchla a ľahko použiteľná technológia spracovania pre priemyselnú výrobu.
Ultrazvukové máčanie
Ultrazvukové máčanie je rýchla, efektívna a ekologická alternatíva k tradičnému mokrému alebo rosnému presúvaniu. Akustická kavitácia, generovaná vysokointenzívnym nízkofrekvenčným ultrazvukom, rozbíja bunkové štruktúry biomateriálov, ako sú nedrevené, rastlinné vlákna, ktoré zahŕňajú lykové vlákno, ako je ľan, konope, žihľava, pšeničná slama, ryžová slama, juta, ako aj vlákna získané z listov (napr. sisal, konope manilla, abacá) a vláknina pochádzajúca z ovocia, ako je kokosové vlákno z kokosových škrupín.
Ultrazvukové rozmotávanie transformuje mikrovlákna (cca 3-5 μm) na nanovlákna (≥100 nm). Okrem toho ultrazvukové spracovanie vyvolalo degradáciu čistého xyloglukánu a xylánu v roztoku, čo preukázalo ultrazvukovú schopnosť degradovať hemicelulózu.
Aj keď sa ultrazvukové máčanie používa hlavne vo vodnom roztoku, je to možné – v závislosti od suroviny a cieľového výsledku – kombinovať ultrazvukový proces s alkalickou úpravou. Riešenia NaOH, H2O2 a H2TAK4 Môže byť použitý na alkalizáciu na získanie celulózových nanovlákien v krátkom čase spracovania. Ultrazvukovým ošetrením je možné ľahko dosiahnuť fibriláciu celulózových mikrovlákien. Ultrazvukom vyrobené vlákna vykazujú špecifickú morfológiu, v ktorej sú nanovlákna (≥ 100 nm) rozmiestnené po celom povrchu mikrovlákien (3-5 μm).
Analýza skenovacej elektronickej mikroskopie na ľanových, konopných a kokosových vláknach s ultrazvukovým spracovaním alebo bez neho.
zdroj: Renouard et al. 2014
UIP4000hdT (4 kW) Priemyselný ultrazvukový procesor na spracovanie vlákien
Ultrazvukové spracovanie konopných vlákien
S rastúcim trhom s konopnými semienkami a fytokanabinoidmi prichádza rastúca produkcia konopnej slamy. Ako vedľajší produkt sa konopná slama a jej vlákna používajú najmä na výrobu papiera alebo geotextílií, vystuženie v kompozitných materiáloch, ako aj stavebný materiál.
Sušená a rezaná lyková slama sa môže použiť ako surovina na ultrazvukové ošetrenie, avšak pre vynikajúci výkon ultrazvukového procesu sa odporúča použitie (čiastočne) olúpaných pazúrí. Lýkový materiál sa navlhčí vo vode (vodný roztok), aby sa získala čerpateľná suspenzia, ktorá môže prejsť ultrazvukovou prietokovou bunkou. Proces sonikácie trvá len krátky čas (cca 30-60 sekúnd). Vedecký výskum ukázal, že ultrazvuk zlepšuje extrakciu hemicelulózy a lignínu z lignocelulózových materiálov. Okrem toho sonikácia degraduje celulózu a pektín. Ultrazvukové spracovanie konope a ľanu tiež zlepšuje pružnosť a pevnosť v ťahu vlákien, čo sú cenné vlastnosti pre textilnú a kompozitnú výrobu.
- zníženie obsahu lignínu
- mikro- a nanofibrilované vlákna
- zvýšená flexibilita vlákien
- vyššia pevnosť v ťahu
- rýchly proces
- jednoduchá obsluha
Ultrazvukovo-alkalické ošetrenie konopných vlákien (Ferreira et al. 2019)
Ultrazvukom modifikované konopné vlákno
Ultrazvukom fibrilované lykové vlákno (napr. konope, ľan) je vhodné najmä ako výstuž pre polymérne živice, termoplasty a termosetové kompozity.
Konopné lykové vlákna sú cenným zdrojom, z ktorého je možné extrahovať nanokryštály celulózy (CNC). Nanokryštály celulózy sa vyznačujú vysokým povrchom a mimoriadnou tuhosťou a pevnosťou v ťahu. CNC’ Pevnosť v ťahu prevyšuje pevnosť skla alebo hliníka. Celulózové nanokryštály sú pomerne lacné, a preto sú konkurencieschopnou nanoprísadou, pokiaľ ide o cenu, dostupnosť, toxicitu a udržateľnosť.
Sonikácia je ľahko použiteľná, rýchla a zelená technika, ktorá umožňuje vyrábať vysokokvalitné nanokryštály celulózy.
Sosiati et al. 2014 ukazujú priaznivé účinky sonikácie na spracovanie vlákien.
Vysoko výkonné ultrazvukové prístroje na spracovanie vlákien
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia pre náročné aplikácie. Naše ultrazvukové systémy je možné použiť na dávkové alebo kontinuálne inline spracovanie. Všetky priemyselné ultrazvukové procesory Hielscher môžu poskytovať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až 200 μm je možné ľahko nepretržite prevádzkovať v prevádzke 24 hodín denne, 7 dní v týždni. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy. Samotná schopnosť veľmi vysokých amplitúd však nestačí na spustenie úspešného procesu ultrazvukových vlákien, ako je máčanie alebo fibrilácia. V závislosti od suroviny a cieľového výsledku sú parametre procesu – menovite amplitúda, tlak, teplota a čas – musia byť presne ovládateľné a nastaviteľné.
Digitálne ultrazvukové procesory Hielscher automaticky zaznamenávajú všetky procesné údaje na integrovanú SD kartu, takže výsledky procesu sú reprodukovateľné. Amplitúdu a intenzitu spracovania je možné presne nastaviť a regulovať od veľmi miernych až po veľmi intenzívne sonikácie. To vám dáva možnosť spracovať rôzne materiály na optimálny výkon.
Robustnosť ultrazvukového zariadenia Hielscher umožňuje prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri náročných nákladoch a v náročných prostrediach.
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml/min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20 l | 00,2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 až 100 l/min | UIP16000 |
| N.A. | väčší | Zhluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Vysokovýkonné ultrazvukové procesory od laboratórneho až po pilotné a priemyselné meradlo.
Literatúra/Referencie
- Diana P. Ferreira, Juliana Cruz, Raul Fangueiro (2019): Kapitola 1 – Povrchová modifikácia prírodných vlákien v polymérnych kompozitoch. Zelené kompozity pre automobilové aplikácie. Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering 2019, strany 3-41.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014): Charakterizácia ultrazvukového vplyvu na kokosové, ľanové a konopné vlákna. Materiály Listy 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014): Vplyv chemických ošetrení na
vlastnosti prírodnej celulózy. Zborník z konferencie AIP 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska , R. Kozłowski, J. Batog (2008): Ľanová tkanina modifikovaná nanolignínom ako multifunkčný produkt. Molekulárne kryštály a tekuté kryštály zv. 484, vydanie 1, 2008.
Fakty, ktoré stoja za to vedieť
konopné vlákno
Konope je viacúčelová plodina používaná na konopné semienka a následne na olej zo semien, terpenoidy a kanabinoidy (t. j. CBD, CBG atď.) a konopnú slamu, ktorá sa dá spracovať na cenný vláknitý materiál. Z hľadiska kvality konopných vlákien sa rozlišujú tzv. ťažné vlákna, ktoré sú nezarovnané, krátke zväzky vlákien a tzv. líniové vlákna, čo sú dlhé (pozdĺžne zarovnané) vlákna.
Krátke vlákna sa tiež nazývajú technické vlákno a používajú sa hlavne v automobilovom priemysle, na výrobu papiera a na výrobu kompozitov na biologickej báze. Dlhé konopné vlákna sa používajú na textilné a vysokohodnotné aplikácie, ako sú vysokovýkonné kompozity a biokompozity.
Výroba konopných vlákien:
Vláknité konope (konope, ktoré sa pestuje na výrobu vlákniny) sa ideálne zbiera pred kvitnutím. Toto skoré orezanie má za následok vyššiu kvalitu vlákna, pretože kvalita klesá, ak je povolené kvitnutie. Vo všeobecnosti sa vláknité konope zberá 70-90 dní po zasiatí. Na zber konope sa rastliny odrežú 2 - 3 cm nad pôdou a potom sa niekoľko dní sušia. Po zbere je konope retované. Máčanie je proces, ktorý využíva vlhkosť a mikróby na rozklad rastlinných pektínov, ktoré chemicky spájajú stonku konope. Tradične by sa stonky konope pred rozrezaním vlákien namáčali vodou alebo rosou. Proces máčania uľahčuje následné oddelenie lýka od takzvaného konopného hurdu alebo palice (čo je drevité jadro stoniek konope). Po natiahnutí sa stonky konope vysušia (na obsah vlhkosti menej ako 15% a vyložia sa z kaucie.
Na získanie konopných vlákien, ktoré sa dajú použiť na výrobu a ako prísady, musia byť vlákna oddelené v procese známom ako “Krápanie”. Počas procesu krájania sa konopná slama mechanicky spracováva tak, aby sa zobákovala do rastliny konope, napr. pomocou kladivového mlyna. V tomto mechanickom procese sa konope bije o obrazovku, až kým cez sito nespadnú hurd, menšie lykové vlákna a prach. Moderné vysokorýchlostné kinematické dekortiačné stroje sú schopné rozdeliť konope do troch prúdov; lýkové vlákno, hurd a zelené mikrovlákno.
Obsah celulózy v konope je cca. 70-77%. Konopné vlákna sú vynikajúcou náhradou drevených celulózových vlákien
Výhody konopných vlákien
- Nákladovo efektívne
- vysoká pevnosť v ťahu a tuhosť
- ideálne pre vpichované netkané výrobky
- účinná náhrada sklenených vlákien
- skracuje čas lisovania
- Zníženie hmotnosti hotového dielu
- jednoduché spracovanie a recyklácia
- možno prispôsobiť tak, aby spĺňali rôzne špecifikácie a rôzne výrobné systémy
- je možná konzistentná kvalita a dostupnosť dodávok
Vláknité biomateriály
Keď sa slamené vlákna extrahujú z ľanovej slamy, nevláknité časti stonky, okrem semena, sa zvyčajne označujú ako pazúrice alebo pazle. Napríklad v ľane olejnatom je pazúr približne 70 – 85 % z celkovej hmotnosti slamy, čo robí z pazúrov hlavný vedľajší produkt spracovania ľanovej slamy.
Ultrazvukom vyrobený, nanoštruktúrovaný lignín sa používa na výrobu multifunkčných ľanových tkanín. Čalúnením ľanových textílií nanolignínom je možné vytvoriť multifunkčné textílie. Tieto multifunkčné textílie ponúkajú ďalšie vlastnosti UV bariéry, antibakteriálne a antistatické vlastnosti.