Përpunimi me ultratinguj i fibrave të kërpit
- Macerimi me ultratinguj i materialeve fibroze, si fibrat e kërpit dhe të lirit, mundëson modifikimin e shpejtë dhe efikas të fibrave.
- Fibrat e lëvores të përpunuara me ultratinguj fibrilohen dhe shfaqin një sipërfaqe specifike dukshëm më të madhe, rezistencë më të lartë në tërheqje dhe fleksibilitet më të madh.
- Përpunimi i fibrave me ultratinguj është një teknologji përpunimi e shpejtë dhe e lehtë për t’u përdorur në prodhimin industrial.
Macerimi me ultratinguj
Macerimi me ultratinguj është një alternativë e shpejtë, efikase dhe ekologjike ndaj macerimit tradicional në ujë ose me vesë. Kavitacioni akustik, i gjeneruar nga ultratinguj me intensitet të lartë dhe frekuencë të ulët, shpërbën strukturat qelizore të biomaterialeve, si fibrat bimore jodrusore, të cilat përfshijnë fibrat e lëvores, si liri, kërpi, hithra, kashta e grurit, kashta e orizit, juta, si edhe fibrat e përftuara nga gjethet (p.sh., sizali, kërpi i Manilës, abacá) dhe fibrat e përftuara nga frutat, si fibrat nga lëvozhgat e arrës së kokosit.
Shpleksja me ultratinguj i shndërron mikrofibrat (rreth 3–5µm) në nanofibra (≥100nm). Për më tepër, përpunimi me ultratinguj shkaktoi degradimin e ksiloglukanit dhe ksilanit të pastër në tretësirë, duke treguar aftësinë e ultratingujve për të degraduar hemicelulozën.
Megjithëse macerimi me ultratinguj përdoret kryesisht në tretësirë ujore, është e mundur – në varësi të lëndës së parë dhe rezultatit të synuar – të kombinohet procesi me ultratinguj me një trajtim alkalin. Tretësirat e NaOH, H2O2 dhe H2SO4 mund të përdoren për alkalizim për të përftuar nanofibra celuloze brenda një kohe të shkurtër përpunimi. Nëpërmjet trajtimit me ultratinguj mund të arrihet lehtësisht fibrilimi i mikrofibrave të celulozës. Fibrat e prodhuara me ultratinguj shfaqin një morfologji specifike, në të cilën nanofibrat (≥ 100nm) shpërndahen në të gjithë sipërfaqen e mikrofibrave (3–5µm).
Analizë me mikroskopi elektronike skanuese e fibrave të lirit, kërpit dhe arrës së kokosit, me ose pa përpunim me ultratinguj.
burimi: Renouard et al. 2014
UIP4000hdT (4kW) procesor industrial me ultratinguj për përpunimin e fibrave
Përpunimi me ultratinguj i fibrave të kërpit
Zgjerimi i tregut për farat e kërpit dhe fitokanabinoidet shoqërohet me një rritje të prodhimit të kashtës së kërpit. Si nënprodukt, kashta e kërpit dhe fibrat e saj përdoren kryesisht për prodhimin e letrës ose të gjeotekstileve, për përforcimin e materialeve kompozite, si edhe si material ndërtimi.
Kashta me fibra lëvoreje, e tharë dhe e prerë, mund të përdoret si lëndë e parë për trajtimin me ultratinguj; megjithatë, për rezultate më të mira të procesit me ultratinguj rekomandohet përdorimi i copëzave të bërthamës drunore të dekortikuara (pjesërisht). Materiali i lëvores laget në ujë (tretësirë ujore), në mënyrë që të përftohet një suspension që mund të pompohet dhe të kalojë nëpër qelizën e rrjedhjes së vazhdueshme me ultratinguj. Procesi i sonikimit zgjat vetëm një kohë të shkurtër (rreth 30–60 sek.). Kërkimet shkencore kanë treguar se trajtimi me ultratinguj përmirëson ekstraktimin e hemicelulozës dhe ligninës nga materialet lignocelulozike. Përveç kësaj, sonikimi degradon celulozën dhe pektinën. Përpunimi me ultratinguj i kërpit dhe lirit përmirëson gjithashtu fleksibilitetin dhe rezistencën në tërheqje të fibrave, të cilat janë karakteristika të vlefshme për prodhimin e tekstileve dhe materialeve kompozite.
- ulje e përmbajtjes së ligninës
- fibra të fibriluara në shkallë mikro dhe nano
- fleksibilitet më i madh i fibrave
- rezistencë më e lartë në tërheqje
- proces i shpejtë
- i lehtë për t’u përdorur
Trajtimi i fibrave të kërpit me ultratinguj dhe alkali (Ferreira et al. 2019)
Fibra të kërpit të modifikuara me ultratinguj
Fibra e lëvores e fibriluar me ultratinguj (p.sh., kërp, li) është veçanërisht e përshtatshme si përforcim për rrëshirat polimerike dhe kompozitet termoplastike e termongurtësuese.
Fibrat e lëvores së kërpit janë një burim i vlefshëm nga i cili mund të nxirren nanokristale celuloze (CNC). Nanokristalet e celulozës karakterizohen nga sipërfaqja e tyre e madhe dhe ngurtësia e rezistenca e tyre e jashtëzakonshme në tërheqje. Rezistenca në tërheqje e CNC-ve tejkalon rezistencën e qelqit ose aluminit. Nanokristalet e celulozës janë mjaft të lira dhe, për rrjedhojë, janë një nanoshtesë konkurruese për sa i përket çmimit, disponueshmërisë, toksicitetit dhe qëndrueshmërisë mjedisore.
Sonikimi është një teknikë e lehtë për t’u përdorur, e shpejtë dhe ekologjike, e cila mundëson prodhimin e nanokristaleve të celulozës me cilësi të lartë.
Sosiati et al. 2014 tregojnë efektet e dobishme të sonikimit në përpunimin e fibrave.
Pajisje ultrasonike me performancë të lartë për përpunimin e fibrave
Hielscher Ultrasonics prodhon pajisje ultrasonike me performancë të lartë për aplikime me ngarkesë të rëndë. Sistemet tona ultrasonike mund të përdoren për përpunim me lote ose për përpunim të vazhdueshëm në linjë. Të gjithë procesorët ultrasonikë industrialë Hielscher mund të japin amplituda shumë të larta. Amplitudat deri në 200µm mund të mbahen lehtësisht në mënyrë të vazhdueshme gjatë funksionimit 24/7. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotroda ultrasonike të personalizuara. Megjithatë, vetëm aftësia për të arritur amplituda shumë të larta nuk mjafton për të kryer me sukses një proces ultrasonik të fibrave, si macerimi ose fibrilimi. Në varësi të lëndës së parë dhe rezultatit të synuar, parametrat e procesit – përkatësisht amplituda, presioni, temperatura dhe koha – duhet të mund të kontrollohen dhe të rregullohen me saktësi.
Procesorët ultrasonikë digjitalë të Hielscher regjistrojnë automatikisht të gjitha të dhënat e procesit në një kartë SD të integruar, në mënyrë që rezultatet e procesit të jenë të riprodhueshme. Amplituda dhe intensiteti i përpunimit mund të rregullohen dhe të kontrollohen me saktësi, nga kushte sonikimi shumë të buta deri te kushte shumë intensive. Kjo ju jep mundësinë të përpunoni materiale të ndryshme për të arritur rezultate optimale.
Qëndrueshmëria e pajisjeve ultrasonike të Hielscher mundëson funksionimin 24/7 me ngarkesë të rëndë dhe në mjedise kërkuese.
Tabela më poshtë ju jep një orientim për kapacitetin e përafërt të përpunimit të pajisjeve tona ultrasonike:
| Vëllimi i lotit | Prurja | Pajisjet e rekomanduara |
|---|---|---|
| 1 deri në 500mL | 10 deri në 200mL/min | UP100H |
| 10 deri në 2000mL | 20 deri në 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 deri në 20L | 0,2 deri në 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 deri në 100L | 2 deri në 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 deri në 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | më e madhe | grup pajisjesh UIP16000 |
Na kontaktoni! / Na pyesni!
Procesorë ultrasonikë me fuqi të lartë, nga shkalla laboratorike deri te shkalla pilot dhe industriale.
Literaturë/Referenca
- Diana P.Ferreira, Juliana Cruz, Raul Fangueiro (2019): Kapitulli 1 – Modifikimi i sipërfaqes së fibrave natyrore në kompozitet polimerike. Kompozite ekologjike për aplikime në industrinë automobilistike. Seria e botimeve Woodhead në shkencën dhe inxhinierinë e kompoziteve 2019, Faqet 3–41.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014): Karakterizimi i ndikimit të ultratingujve në fibrat e lëvores së arrës së kokosit, të lirit dhe të kërpit. Materials Letters 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014): Efekti i trajtimeve kimike në
karakteristikat e celulozës natyrore. AIP Conference Proceedings 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska , R. Kozłowski, J. Batog (2008): Pëlhura e lirit e modifikuar me nanoligninë si produkt shumëfunksional. Molecular Crystals and Liquid Crystals Vëll. 484, Numri 1, 2008.
Fakte që ia vlen të dini
Fibra e kërpit
Kërpi është një kulturë bujqësore me përdorime të shumëfishta, që shfrytëzohet për farat e kërpit dhe më pas për vajin e farave, terpenoidet dhe kanabinoidet (d.m.th. CBD, CBG, etj.), si dhe për kashtën e kërpit, e cila mund të përpunohet në material fijor me vlerë. Për sa i përket cilësisë së fibrave të kërpit, bëhet dallimi midis të ashtuquajturave fibra të shtupës, që janë tufa të shkurtra fibrash të parreshtuara, dhe të ashtuquajturave fibra të gjata, që janë fibra të gjata (të rreshtuara në drejtimin gjatësor).
Tufat e shkurtra të fibrave quhen edhe fibra teknike dhe përdoren kryesisht në industrinë e automobilave, për prodhimin e letrës dhe për kompozite me bazë biologjike. Fibrat e gjata të kërpit përdoren për tekstile dhe për zbatime me vlerë të lartë, si kompozitet me performancë të lartë dhe biokompozitet.
Prodhimi i fibrave të kërpit:
Kërpi për fibra (kërpi që kultivohet për prodhimin e fibrave) idealisht korret para lulëzimit. Kjo korrje e hershme jep fibra me cilësi më të lartë, sepse cilësia bie nëse lejohet lulëzimi. Në përgjithësi, kërpi për fibra korret 70–90 ditë pas mbjelljes. Për korrjen e kërpit, bimët priten 2–3cm mbi tokë dhe më pas thahen për disa ditë. Pas korrjes, kërpi i nënshtrohet macerimit. Macerimi është një proces që përdor lagështinë dhe mikrobet për të zbërthyer pektinat bimore, të cilat e mbajnë të bashkuar kërcellin e kërpit nëpërmjet lidhjeve kimike. Tradicionalisht, kërcellet e kërpit i nënshtroheshin macerimit në ujë ose me vesë përpara se fibrat të ndaheshin me rrahje. Procesi i macerimit lehtëson ndarjen e mëvonshme të lëvores fibroze nga të ashtuquajturat pjesë drunore të kërpit (që përbëjnë bërthamën drunore të kërcellit të kërpit). Pas macerimit, kërcellet e kërpit thahen (deri në një përmbajtje lagështie më të vogël se 15%) dhe paketohen në dengje.
Për të përftuar fibra kërpi që mund të përdoren në prodhim dhe si aditivë, fibrat duhet të ndahen nëpërmjet një procesi të njohur si “rrahje”. Gjatë procesit të rrahjes, kashta e kërpit përpunohet mekanikisht për të copëtuar bimën e kërpit, p.sh. duke përdorur një mulli me çekiçë. Në këtë proces mekanik, kërpi rrihet kundrejt një site derisa pjesët drunore, fibrat më të vogla të lëvores dhe pluhuri të kalojnë përmes sitës. Makinat moderne kinematike të dekortikimit me shpejtësi të lartë janë në gjendje ta ndajnë kërpin në tri rrjedha; fibra të lëvores, pjesë drunore dhe mikrofibra të gjelbra.
Përmbajtja e celulozës në kërp është afërsisht 70–77%. Fibrat e kërpit janë një zëvendësues i shkëlqyer për fibrat e celulozës së drurit
Përparësitë e fibrave të kërpit
- me kosto efektive
- rezistencë e lartë në tërheqje dhe ngurtësi e lartë
- ideale për produkte tekstile jo të endura të përpunuara me shpim me gjilpëra
- zëvendësues efektiv për fibrat e qelqit
- zvogëlon kohën e formimit në kallëp
- ulje e peshës së pjesës së përfunduar
- të lehta për t’u përpunuar dhe ricikluar
- mund të përshtaten për të përmbushur një larmi specifikimesh dhe kërkesat e sistemeve të ndryshme të prodhimit
- është e mundur të sigurohen cilësi e qëndrueshme dhe disponueshmëri furnizimi
Biomateriale fibroze
Kur fibrat nxirren nga kashta e lirit, pjesët jofibroze të kërcellit, pa përfshirë farën, zakonisht quhen pjesë drunore. Për shembull, te liri vajor, pjesët drunore përbëjnë afërsisht 70 – 85% të peshës totale të kashtës, çka i bën ato nënproduktin kryesor të përpunimit të kashtës së lirit.
Linjina me nanostrukturë, e prodhuar me ultratinguj, përdoret për të prodhuar pëlhura liri shumëfunksionale. Nëpërmjet impregnimit të tekstileve të lirit me nanolinjinë, mund të krijohen tekstile shumëfunksionale. Këto tekstile shumëfunksionale ofrojnë veti shtesë si barrierë ndaj rrezatimit UV, veti antibakteriale dhe antistatike.