Ultrazvočna obdelava konopljinih vlaken
- Ultrazvočno navlačenje vlaknastih materialov, kot so konoplja in lanena vlakna, omogoča hitro in učinkovito modifikacijo vlaken.
- Ultrazvočno obdelana lična vlakna so fibrilirana in kažejo bistveno višjo specifično površino, povečano natezno trdnost in prožnost.
- Ultrazvočna obdelava vlaken je hitra in enostavna za uporabo tehnologija obdelave za industrijsko proizvodnjo.
Ultrazvočno namakanje
Ultrazvočno namakanje je hitra, učinkovita in zelena alternativa tradicionalnemu mokremu navlačenju ali rosi. Akustična kavitacija, ki jo ustvarja visokointenziven, nizkofrekvenčni ultrazvok, razbija celične strukture bioloških materialov, kot so nelesna, rastlinska vlakna, ki vključujejo lična vlakna, kot so lan, konoplja, kopriva, pšenična slama, riževa slama, juta, pa tudi vlakna, pridobljena iz listov (npr. sisal, manilla konoplja, abaká) in vlakna, pridobljena iz sadja, kot so kokosova vlakna iz kokosovih lupin.
Ultrazvočno razpletanje pretvori mikrovlakna (približno 3-5 μm) v nanovlakna (≥100nm). Poleg tega je ultrazvočna obdelava povzročila razgradnjo čistega ksiloglukana in ksilana v raztopini, kar dokazuje ultrazvočno sposobnost razgradnje hemiceluloze.
Čeprav se ultrazvočno namakanje uporablja predvsem v vodni raztopini, je možno – odvisno od surovine in ciljnega rezultata – združiti ultrazvočni postopek z alkalijsko obdelavo. Rešitve NaOH, H2O2 in H2TAKO4 se lahko uporablja za alkalizacijo za pridobivanje celuloznih nanovlaken v kratkem času obdelave. Z ultrazvočno obdelavo lahko zlahka dosežemo fibrilacijo celuloznih mikrovlaken. Ultrazvočno proizvedena vlakna kažejo specifično morfologijo, v kateri so nanovlakna (≥ 100 nm) porazdeljena po celotni površini mikrovlaken (3-5 μm).
Skeniranje elektronske mikroskopske analize na lanenih, konopljinih in kokosovih vlaknih z ultrazvočno obdelavo ali brez nje.
vir: Renouard et al. 2014
UIP4000hdT (4kW) Industrijski ultrazvočni procesor za obdelavo vlaken
Ultrazvočna obdelava konopljinih vlaken
Z rastočim trgom konopljinih semen in fitokanabinoidov prihaja do vse večje proizvodnje konopljine slame. Kot stranski proizvod se konopljina slama in njena vlakna uporabljajo predvsem za proizvodnjo papirja ali geotekstila, ojačitev v kompozitnih materialih in gradbenem materialu.
Posušena in rezana slama se lahko uporablja kot surovina za ultrazvočno obdelavo, vendar je za vrhunsko ultrazvočno procesno proizvodnjo priporočljiva uporaba (delno) oluščenih prstov. Material se navlaži v vodi (vodna raztopina), tako da dobimo črpljivo gnojevko, ki lahko preide skozi ultrazvočno pretočno celico. Postopek ultrazvočnega razbijanja traja le kratek čas (približno 30-60 sekund). Znanstvene raziskave so pokazale, da ultrasonication izboljša ekstrakcijo hemiceluloze in lignina iz lignoceluloznih materialov. Poleg tega ultrazvočno razbijanje razgrajuje celulozo in pektin. Ultrazvočna obdelava konoplje in lana prav tako izboljša prožnost in natezno trdnost vlaken, ki so dragocene lastnosti za proizvodnjo tekstila in kompozitov.
- zmanjšanje vsebnosti lignina
- mikro- in nanofibrilirana vlakna
- povečana fleksibilnost vlaken
- višja natezna trdnost
- Hiter postopek
- enostaven za uporabo
Ultrazvočno-alkalna obdelava konopljinih vlaken (Ferreira et al. 2019)
Ultrazvočno modificirana konopljina vlakna
Ultrazvočno fibrilirana vlakna (npr. konoplja, lan) so še posebej primerna kot ojačitev za polimerne smole, termoplastične in termoreaktivne kompozite.
Konopljina vlakna so dragocen vir, iz katerega je mogoče ekstrahirati celulozne nanokristale (CNC). Za celulozne nanokristale je značilna velika površina ter izjemna togost in natezna trdnost. CNC-ji’ Natezna trdnost je boljša od trdnosti stekla ali aluminija. Celulozni nanokristali so precej poceni in so zato konkurenčen nano-dodatek, ko gre za ceno, razpoložljivost, toksičnost in trajnost.
Sonication je enostavna za uporabo, hitra in zelena tehnika, ki omogoča proizvodnjo visokokakovostnih celuloznih nanokristalov.
Sosiati et al. 2014 kažejo koristne učinke ultrazvočnega razbijanja na predelavo vlaken.
Visoko zmogljivi ultrazvočni aparati za obdelavo vlaken
Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljivo ultrazvočno opremo za težke aplikacije. Naši ultrazvočni sistemi se lahko uporabljajo za serijsko ali neprekinjeno inline obdelavo. Vsi Hielscher industrijski ultrazvočni procesorji lahko zagotovijo zelo visoke amplitude. Amplitude do 200 μm se lahko enostavno neprekinjeno izvajajo v 24/7 delovanju. Za še višje amplitude so na voljo prilagojene ultrazvočne sonotrode. Vendar pa sposobnost zelo visokih amplitud sama po sebi ni dovolj za izvedbo uspešnega procesa ultrazvočnih vlaken, kot sta retting ali fibrilacija. Glede na surovino in ciljni rezultat so parametri procesa – in sicer amplitudo, tlak, temperaturo in čas – mora biti natančno nadzorovana in nastavljiva.
Hielscherjevi digitalni ultrazvočni procesorji samodejno beležijo vse procesne podatke na integrirano SD kartico, tako da so rezultati procesa ponovljivi. Amplitudo in intenzivnost obdelave je mogoče natančno prilagoditi in nadzorovati od zelo blagih do zelo intenzivnih ultrazvočnih pogojev. To vam daje priložnost za obdelavo različnih materialov do optimalnega rezultata.
Robustnost Hielscherjeve ultrazvočne opreme omogoča 24/7 delovanje pri težkih obremenitvah in v zahtevnih okoljih.
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov:
| Obseg serije | Pretok | Priporočene naprave |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 00,2 do 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Večji | Grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Vprašajte nas!
Ultrazvočni procesorji visoke moči od laboratorija do pilotnega in industrijskega obsega.
Literatura/Reference
- Diana P.Ferreira, Juliana Cruz, Raul Fangueiro (2019): 1. poglavje – Površinska modifikacija naravnih vlaken v polimernih kompozitih. Zeleni kompoziti za avtomobilsko uporabo. Woodhead Publishing Series v Composites Science and Engineering 2019, strani 3-41.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014): Karakterizacija ultrazvočnega vpliva na vlakna kokosovih, lanenih in konopljinih vlaken. Materiali Pisma 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014): Učinek kemičnih obdelav na
značilnosti naravne celuloze. Zbornik konference AIP 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska , R. Kozłowski, J. Batog (2008): Nanolignin modificirana lanena tkanina kot večnamenski izdelek. Molekularni kristali in tekoči kristali, zvezek 484, številka 1, 2008.
Dejstva, ki jih je vredno vedeti
Konopljina vlakna
Konoplja je večnamenski pridelek, ki se uporablja za semena konoplje in nato semensko olje, terpenoide in kanabinoide (tj. CBD, CBG itd.) ter konopljino slamo, ki jo je mogoče predelati v dragocen vlakenski material. Glede kakovosti konopljinih vlaken se razlikujejo tako imenovana vlečna vlakna, ki niso poravnana, kratki vlakni in tako imenovana linijska vlakna, ki so dolga (vzdolžno poravnana) vlakna.
Kratka vlakna se imenujejo tudi tehnična vlakna in se uporabljajo predvsem v avtomobilski industriji, za proizvodnjo papirja in za kompozite na biološki osnovi. Dolga konopljina vlakna se uporabljajo za tekstilne in visoko vredne aplikacije, kot so visoko zmogljivi kompoziti in biokompoziti.
Proizvodnja konopljinih vlaken:
Konoplja iz vlaken (konoplja, ki se goji za proizvodnjo vlaken) se idealno pobere pred cvetenjem. To zgodnje obrezovanje ima za posledico višjo kakovost vlaken, ker se kakovost zmanjša, če je dovoljeno cvetenje. Na splošno se konoplja iz vlaken pobere 70-90 dni po sejanju. Za žetev konoplje se rastline razrežejo 2-3 cm nad zemljo in nato posušijo nekaj dni. Po žetvi se konoplja obnavlja. Retting je postopek, ki uporablja vlago in mikrobe za razgradnjo rastlinskih pektinov, ki kemično povežejo steblo konoplje. Tradicionalno bi bili stebli konoplje natopljeni z vodo ali roso, preden se vlakna pokosijo. Postopek rettinga olajša naknadno ločevanje ličja od tako imenovanega konopljinega hurda ali shiv (ki je leseno jedro konopljinih stebel). Po rettingu se konopljini stebli posušijo (do vsebnosti vlage manj kot 15% in se varujejo).
Za pridobitev konopljinih vlaken, ki se lahko uporabljajo za proizvodnjo in kot dodatki, je treba vlakna ločiti v postopku, znanem kot “Rezanje”. Med postopkom rezanja se konopljina slama mehansko obdela, da se kljun spusti po rastlini konoplje, npr. S kladivnim mlinom. V tem mehanskem procesu se konoplja pretepa proti zaslonu, dokler skozi zaslon ne padejo huda, manjša vlakna in prah. Sodobni hitri kinematični stroji za dekortikacijo so sposobni ločiti konopljo v tri tokove; vlakna, hurd in zelena mikrovlakna.
Vsebnost celuloze v konoplji je približno 70-77%. Konopljina vlakna so odličen nadomestek za lesna celulozna vlakna
Prednosti konopljinih vlaken
- Gospodarne
- visoka natezna trdnost in togost
- Idealen za netkane izdelke z iglo
- učinkovita zamenjava za steklena vlakna
- skrajša čas oblikovanja
- zmanjšanje teže v končnem delu
- enostavna obdelava in recikliranje
- lahko se prilagodi različnim specifikacijam in različnim proizvodnim sistemom
- Možna je dosledna kakovost in razpoložljivost oskrbe
Vlaknasti biološki materiali
Kadar se slamnata vlakna pridobivajo iz lanene slame, se nevlakenski deli stebla, ki ne vključujejo semena, običajno imenujejo stebrij ali steg. Na primer, v oljnem lanu je šezp približno 70 – 85% skupne teže slame, zaradi česar je žeznik glavni stranski proizvod predelave lanene slame.
Ultrazvočno proizveden, nanostrukturiran lignin se uporablja za izdelavo večnamenskih lanenih tkanin. Z oblazinjenjem lanenega tekstila z nano-ligninom lahko ustvarimo večnamenske tekstilije. Ti večnamenski tekstili ponujajo dodatne lastnosti UV bariere, antibakterijske in antistatične lastnosti.