Ултразвучна производња наноструктуриране целулозе

Наноцелулоза, изузетан адитив високих перформанси, стекла је значај захваљујући разноврсним применама као модификатор реологије, средство за ојачавање и кључна компонента различитих напредних материјала. Ове наноструктуриране фибриле, добијене из било ког извора који садржи целулозу, могу се ефикасно изоловати ултразвучном хомогенизацијом и млевењем велике снаге. Овај процес, познат као соникација, значајно побољшава фибрилацију, што доводи до већег приноса наноцелулозе и стварања финијих, тањих влакана. Ултразвучна технологија надмашује конвенционалне методе производње захваљујући својој способности да кавитацијом ствара изузетно велике силе смицања, што је чини изузетним алатом за производњу наноцелулозе.

Ултразвучна производња наноцелулозе

Ултразвук велике снаге доприноси екстракцији и изоловању микроцелулозе и наноцелулозе из различитих извора целулозних материјала, као што су дрво, лигноцелулозна влакна (влакна целулозне пулпе) и остаци који садрже целулозу.
За ослобађање биљних влакана из полазног материјала, примена ултразвучног млевења и хомогенизације представља моћну и поуздану методу која омогућава обраду веома великих запремина. Пулпа се доводи у проточни сонореактор, где велике силе смицања настале деловањем ултразвука разарају ћелијску структуру биомасе, чиме фибрилни материјал постаје доступан.

Слика 1 испод приказује снимак трансмисионе електронске микроскопије (TEM) памука који никада није сушен („Never Dried Cotton“, NDC), подвргнутог ензимској хидролизи и соникацији помоћу Hielscher соникатора са сондом UP400S током 20 минута.
[Bittencourt et al. 2008]

Слика 2 испод приказује снимак скенирајуће електронске микроскопије (SEM) вискозног филма, подвргнутог ензимској хидролизи, а затим соникацији помоћу Hielscher соникатора модела UP400S.
[Bittencourt et al. 2008]

Ултразвучна обрада наноцелулозе може се успешно комбиновати и са третманом влакана оксидованих помоћу TEMPO. У TEMPO процесу, целулозна нановлакна производе се оксидационим системом који користи 2,2,6,6-тетраметилпиперидинил-1-оксил (TEMPO) као катализатор, као и натријум-бромид (NaBr) и натријум-хипохлорит (NaOCl). Истраживања су доказала да се ефикасност оксидације значајно побољшава када се оксидација спроводи уз ултразвучно озрачивање.

Ултразвучно дисперговање наноцелулозе

Дисперзије наноцелулозе показују изузетно реолошко понашање услед високе вискозности при ниским концентрацијама наноцелулозе. То чини наноцелулозу веома занимљивим адитивом који се користи као модификатор реологије, стабилизатор и средство за желирање у различитим применама, нпр. у индустрији премаза, папира или хране. Да би испољила своја јединствена својства, наноцелулоза мора бити
Ултразвучно дисперговање је идеална метода за добијање фине наноцелулозе са појединачно диспергованим честицама. Пошто се вискозност наноцелулозе знатно смањује при смицању, ултразвук велике снаге је пожељна технологија за формулисање наноцелулозних суспензија, јер увођење ултразвука велике снаге у течности ствара изузетно велике силе смицања.
Кликните овде да сазнате више о ултразвучној кавитацији у течностима!
Након синтезе нанокристалне целулозе, наноцелулоза се често ултразвучно диспергује у течном медијуму, нпр. у неполарном или поларном растварачу као што је диметилформамид (DMF), ради формулисања коначног производа (нпр. нанокомпозита, модификатора реологије итд.). Пошто се целулозна нановлакна (CNF) користе као адитиви у многобројним формулацијама, поуздано дисперговање је од пресудног значаја. Ултразвучном обрадом добијају се стабилне и равномерно дисперговане фибриле.

Ултразвучно самосклапање нанокристала целулозе

Ултразвучни третман има важну улогу у омогућавању синтезе и обраде нанокристала целулозе (CNC) тако што разбија агрегате настале хидролизом, диспергује снопове и ствара уједначеније суспензије са поновљивим интеракцијама између честица. Иако се нанокристали целулозе обично добијају киселинском хидролизом, добијени материјал често садржи груписане домене који могу ометати поуздано самоорганизовање и довести до варијација реолошких и оптичких својстава између шаржи. Примена контролисане ултразвучне енергије након синтезе побољшава квалитет дисперзије и помаже у стандардизацији морфологије нанокристала целулозе, што је пресудно за доследно холестеричко уређење, предвидљиво понашање при гелирању и скалабилну производњу функционалних материјала на бази нанокристала целулозе. Сазнајте више о самоорганизовању нанокристала целулозе подстакнутом ултразвуком!

Уклањање воде из нановлакана целулозе побољшано ултразвуком

Уклањање воде из нановлакана целулозе побољшано ултразвуком представља најсавременију технику која знатно повећава ефикасност уклањања воде – чинећи нановлакна целулозе изузетно привлачним адитивом за производњу нанопапира. Наноцелулозна влакна обично захтевају дуготрајно уклањање воде због свог великог капацитета задржавања воде. Применом ултразвучних таласа овај процес се убрзава стварањем интензивних кавитационих сила, које нарушавају водени матрикс и олакшавају брже и равномерније истискивање воде. Тиме се не само скраћује време сушења већ се и побољшавају структурни интегритет и механичка својства добијених нановлакана целулозе, што ову методу чини веома ефикасном у производњи висококвалитетних нанопапира и других наноматеријала.
Сазнајте више о ултразвучном уклањању воде из нанопапира!

Индустријска производња наноцелулозе применом ултразвука велике снаге

Hielscher Ultrasonics нуди свеобухватан асортиман снажних и поузданих ултразвучних решења, од малих лабораторијских ултразвучних уређаја до великих индустријских система, идеалних за комерцијалну обраду наноцелулозе. Кључна предност индустријских соникатора са сондом компаније Hielscher лежи у њиховој способности да обезбеде оптималне ултразвучне услове помоћу својих проточних сонореактора, који су доступни у различитим величинама и геометријама. Ови реактори обезбеђују доследну и равномерну примену ултразвучне енергије на целулозни материјал, што доводи до врхунских резултата обраде.

Стони соникатори компаније Hielscher, као што су UIP1000hdT, UIP2000hdT и UIP4000hdT, могу да произведу неколико килограма наноцелулозе дневно, што их чини погодним за потребе производње средњег обима. За комерцијалну производњу великог обима, потпуно индустријске јединице попут UIP10000 и UIP16000hdT могу да обрађују велике масене токове, омогућавајући ефикасну производњу великих количина наноцелулозе.

Једна од најзначајнијих предности ултразвучних система компаније Hielscher јесте њихова линеарна скалабилност. И стони и индустријски ултразвучни уређаји могу се инсталирати у групама, чиме се обезбеђује практично неограничен капацитет обраде, што их чини идеалним избором за погоне којима су потребни висок производни учинак и поуздан рад у производњи наноцелулозе.