Largimi i përshpejtuar i ujit nga nanofibrat e celulozës për prodhimin e letrës

Trajtimi me ultratinguj në kombinim me modifikimin me acid laktik (LA) është një qasje miqësore ndaj mjedisit për të përshpejtuar procesin e largimit të ujit nga nanofibrat e celulozës (CNFs) për prodhimin e letrës. Nanofibrat e celulozës njihen për mbajtjen e lartë të ujit, e cila shkakton vonesa të konsiderueshme në procesin e kullimit, një hap kritik në përgatitjen e nanoletrës dhe në zbatime të tjera të nanocelulozës. Metoda e zvogëlon kohën e kullimit me 75%, nga 45 minuta në 10 minuta, përmes esterifikimit të grupeve hidroksile të celulozës me acid laktik gjatë trajtimit me ultratinguj. Ky modifikim ul gjithashtu viskozitetin e suspensionit dhe rezulton i zbatueshëm në shkallë industriale, duke ofruar një zgjidhje praktike për të rritur efikasitetin dhe ritmin e prodhimit të produkteve me bazë nanofibrash celuloze.

Largimi i shpejtë i ujit nga nanofibrat e celulozës të modifikuara me acid laktik gjatë trajtimit me ultratinguj
(Studimi dhe imazhi: ©Sethi et al., 2018)

Rritja e efikasitetit të largimit të ujit nga nanofibrat e celulozës përmes modifikimit me acid laktik me ndihmën e ultratingujve

Nanofibrat e celulozës (CNFs) vlerësohen për përfitimet e tyre të shumta në prodhimin e letrës, si rritja e rezistencës dhe modifikimi i reologjisë. Megjithatë, një mangësi e rëndësishme është koha tepër e gjatë që nevojitet për të kulluar ujin nga suspensionet e nanofibrave të celulozës, një hap kritik në përgatitjen e nanoletrave. Kjo sfidë jo vetëm që ndikon në prodhimin e nanoletrës, por edhe pengon përpunimin industrial të nanocelulozës në produkte të tjera të gatshme. Koha e zgjatur e kullimit shkaktohet kryesisht nga mbajtja e lartë e ujit nga nanofibrat e celulozës, e cila përbën një pengesë në tregtimin e produkteve të përftuara nga nanofibrat e celulozës.
Më poshtë ju paraqesim rezultatet e një studimi shkencor nga Sethi dhe kolegët (2018), të cilët zhvilluan një modifikim të nanofibrave të celulozës me acid laktik të ndihmuar nga ultratingujt, i cili mundëson largimin e ujit nga CNFs me 75% më shpejt dhe përmirëson funksionalitetet e materialit.

Modifikimi i nanofibrave të celulozës me acid laktik me ndihmën e ultratingujve

Për të trajtuar këtë problem, është zhvilluar një qasje miqësore ndaj mjedisit, me bazë uji, që përdor energjinë e trajtimit me ultratinguj dhe acidin laktik (LA) për të modifikuar sipërfaqen e nanofibrave të celulozës. Kjo metodë e përshpejton ndjeshëm procesin e largimit të ujit, duke e zvogëluar kohën e kullimit deri në 75%.
Procesi i modifikimit përfshin hollimin e suspensioneve të nanofibrave të celulozës deri në një përqendrim prej 0,35 wt.% dhe shtimin e acidit laktik në sasi të ndryshme në raport me përmbajtjen e thatë të nanofibrave të celulozës (0,5 herë, 1 herë, 5 herë dhe 10 herë përmbajtjen e thatë të nanofibrave të celulozës në suspension). Nanofibrat, uji dhe acidi laktik përzihen duke përdorur një përzierës me shpejtësi të lartë në 1500 rpm për 5 minuta dhe më pas trajtohen me ultratinguj me një pajisje Hielscher UP400S të pajisur me një majë titani (me diametër 22 mm). Trajtimi me ultratinguj kryhet në nivele të ndryshme energjie, me një energji maksimale të transmetuar prej 600 J/ml, që korrespondon me 10 minuta trajtim me ultratinguj.

Ndikimi në kohën e kullimit

Modifikimi me ultratinguj dhe acid laktik ka një ndikim të madh në kohën e kullimit të suspensioneve të nanofibrave të celulozës. Suspensionit të referencës i duhen afërsisht 45 minuta për largimin e ujit. Pas modifikimit me acid laktik të ndihmuar nga ultratingujt, kjo kohë zvogëlohet në 10 minuta, çka përfaqëson një përmirësim prej 75%. Edhe me trajtim të butë me ultratinguj (5 J/ml), koha e kullimit përgjysmohet në 23 minuta. Koha e kullimit zvogëlohet me rritjen e energjisë së trajtimit me ultratinguj, derisa stabilizohet në rreth 10 minuta.
Ky përmirësim i atribuohet zëvendësimit të grupeve hidroksile hidrofile të celulozës me pjesë hidrofobe të molekulës së acidit laktik. Grupet hidroksile janë kryesisht përgjegjëse për mbajtjen e lartë të ujit. Acidi laktik, me grupin e tij karboksilik, mund të marrë pjesë në një reaksion esterifikimi me grupet hidroksile të celulozës gjatë trajtimit me ultratinguj. Trajtimi me ultratinguj krijon zgavra shumë të vogla vakumi në mjedisin e lëngshëm, të cilat shemben duke krijuar kushte ekstreme (temperaturë 5000 K dhe presion 1000 atm), të mjaftueshme për të nxitur reaksione kimike, përfshirë esterifikimin.

Energjia e trajtimit me ultratinguj kundrejt kohës së kullimit (në minuta) për përgatitjen e nanoletrës (që korrespondon me mostrën CNF(1)LA).
100 J/ml energji trajtimi me ultratinguj korrespondon me 100 sekonda trajtim me ultratinguj, etj.
(Studimi dhe imazhi: ©Sethi et al., 2018)

Ulja e viskozitetit të suspensioneve të nanofibrave të celulozës

Energjia e trajtimit me ultratinguj kontribuon gjithashtu në uljen e viskozitetit të suspensioneve të nanofibrave të celulozës. Viskoziteti është në përpjesëtim të zhdrejtë me energjinë e trajtimit me ultratinguj, me viskozitetin më të ulët të vërejtur në 600 J/ml, pasuar nga 300 J/ml dhe 60 J/ml. Kjo ulje e viskozitetit ndihmon më tej në përmirësimin e efikasitetit të largimit të ujit.

Rëndësia industriale e modifikimit të nanofibrave të celulozës me ultratinguj

Metoda e modifikimit me ultratinguj dhe acid laktik është jo vetëm efektive, por edhe e përshtatshme për zbatime industriale. Pajisjet me ultratinguj Hielscher me teknologjinë më të përparuar, të afta për të përpunuar vëllime të mëdha, mund ta kryejnë me efikasitet këtë detyrë, duke e bërë këtë metodë të përshtatshme për operacione në shkallë të gjerë.
Për më tepër, kjo qasje mundëson përfshirjen e deri në 10 wt.% nanofibrash celuloze në fletët e letrës, me largimin e ujit të përfunduar në vetëm 2 minuta, krahasuar me 23 minuta për nanofibrat e pamodifikuara të celulozës. Ky përmirësim i konsiderueshëm mund të revolucionarizojë përdorimin e nanofibrave të celulozës në prodhimin e letrës, duke kapërcyer një nga pengesat kryesore në tregtimin e tyre.

Pajisje me ultratinguj për nanofibrat e celulozës dhe prodhimin e letrës

Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të pajisjeve tona me ultratinguj me sondë:

Projektim, prodhim dhe konsulencë – Cilësi e prodhuar në Gjermani

Pajisjet me ultratinguj Hielscher njihen për standardet e tyre më të larta të cilësisë dhe projektimit. Qëndrueshmëria dhe përdorimi i lehtë mundësojnë integrimin pa vështirësi të pajisjeve tona me ultratinguj në impiantet industriale. Pajisjet me ultratinguj Hielscher përballojnë lehtësisht kushte të ashpra dhe mjedise kërkuese.

Hielscher Ultrasonics është një kompani e certifikuar sipas ISO dhe i kushton rëndësi të veçantë pajisjeve me ultratinguj me performancë të lartë, që ofrojnë teknologjinë më të përparuar dhe lehtësi përdorimi. Sigurisht, pajisjet me ultratinguj Hielscher janë në përputhje me CE dhe përmbushin kërkesat e UL, CSA dhe RoHs.