Ултразвучна производња нано-структурисане целулозе

Наноцелулоза, изузетан адитив високих перформанси, стекао је истакнутост због своје разноврсне примене као модификатор реологије, средство за ојачавање и кључна компонента у различитим напредним материјалима. Ове нано-структурисане фибриле, изведене 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 производње финијих, тањих влакана. Ултразвучна технологија превазилази конвенционалне методе производње, захваљујући својој способности да генерише екстремне кавитационе велике силе смицања, што је чини изузетним алатом за производњу наноцелулозе.

Ултразвучна производња наноцелулозе

Ултразвук велике снаге доприноси екстракцији и изолацији микро- и наноцелулозе из различитих извора целулозних материјала као што су дрво, лигноцелулозна влакна (пулпна влакна) и остаци који садрже целулозу.
За ослобађање биљних влакана из изворног материјала, ултразвучно Брушење и хомогенизација је моћна и поуздана метода, која омогућава обраду веома великих количина. Пулпа се убацује у инлине сонореактор, где ултразвучне силе високог смицања разбијају ћелијску структуру биомасе тако да фибрилна материја постаје доступна.

Слика 1 испод приказује ТЕМ слику “Никад сушени памук” (НДЦ) подвргнути ензимској хидролизи и соницирани са а Соникатор типа Хиелсцхер сонде УП400С у трајању од 20 минута.
[Битенцоурт ет ал. 2008]

Слика 2 испод приказује СЕМ слику филма од вискозе, подвргнутог ензимској хидролизи, након чега следи соникација са модел соникатор Хиелсцхер УП400С.
[Битенцоурт ет ал. 2008]

Ултразвучна обрада наноцелулозе се такође може успешно комбиновати са ТЕМПО-оксидисаним третманом влакана. У ТЕМПО-процесу, целулозна нановлакна се производе оксидационим системом користећи 2,2,6,6-тетраметилпиперидинил-1-оксил (ТЕМПО) као катализатор, и натријум бромид (НаБр) и натријум хипохлорит (НаОЦл). Истраживања су показала да је ефикасност оксидације значајно побољшана када се оксидација спроводи под ултразвучним зрачењем.

Ултразвучна дисперзија наноцелулозе

Наноцелулозне дисперзије показују изванредно реолошко понашање због високог вискозитета при ниским концентрацијама наноцелулозе. Ово чини наноцелулозу веома интересантним адитивом као реолошким модификатором, стабилизатором и гелантом за различите примене, нпр. у индустрији премаза, папиру или прехрамбеној индустрији. Да би изразила своје јединствене особине, наноцелулоза мора бити
Ултразвучно дисперговање је идеалан метод за добијање наноцелулозе фине величине, једнодисперговане. Пошто је наноцелулоза веома разређена смицањем, ултразвук снаге је пожељна технологија за формулисање наноцелулозних суспензија јер спајање ултразвука велике снаге у течности ствара екстремне силе смицања.
Кликните овде да сазнате више о ултразвучној кавитацији у течностима!
Након синтезе нанокристалне целулозе, наноцелулоза се често ултразвучно диспергује у течни медијум, нпр. неполарни или поларни растварач као што је диметилформамид (ДМФ), да би се формулисао финални производ (нпр. нанокомпозити, реолошки модификатор итд.) Као ЦНФс су ЦНФс. који се користе као адитиви у вишеструким формулацијама, поуздано дисперговање је кључно. Ултразвук производи стабилне и равномерно дисперговане фибриле.

Ултразвучно побољшано одводњавање целулозних нановлакна

Ултразвучно побољшано одводњавање целулозних нановлакна је најсавременија техника која значајно побољшава ефикасност уклањања воде – чинећи целулозна нановлакна веома атрактивним додатком за производњу нанопапира. Наноцелулозна влакна, обично захтевају дуготрајно одводњавање због високог капацитета задржавања воде. Применом ултразвучних таласа, овај процес се убрзава кроз стварање интензивних кавитационих сила, које ремете водену матрицу и омогућавају брже и равномерније избацивање воде. Ово не само да смањује време сушења, већ и побољшава структурни интегритет и механичка својства резултујућих целулозних нановлакна, што га чини веома ефикасним методом у производњи висококвалитетних нанопапира и других наноматеријала.
Сазнајте више о ултразвучном одводњавању нанопапира!

Индустријска производња наноцелулозе уз помоћ ултразвука

Хиелсцхер Ултрасоницс нуди свеобухватан асортиман моћних и поузданих ултразвучних решења, од малих лабораторијских ултрасоникатора до великих индустријских система, идеалних за комерцијалну обраду наноцелулозе. Кључна предност Хиелсцхер индустријских соникатора типа сонде лежи у њиховој способности да испоруче оптималне ултразвучне услове кроз своје сонореакторе са протоком, који долазе у различитим величинама и геометријама. Ови реактори обезбеђују да се ултразвучна енергија доследно и уједначено примењује на целулозни материјал, што доводи до врхунских резултата обраде.

Хиелсцхер стони соникатори, као што су УИП1000хдТ, УИП2000хдТ и УИП4000хдТ, способни су да производе неколико килограма наноцелулозе дневно, што их чини погодним за потребе средње производње. За комерцијалну производњу великих размера, пуне индустријске јединице као што су УИП10000 и УИП16000хдТ могу да поднесу велике масовне токове, омогућавајући ефикасну производњу великих количина наноцелулозе.

Једна од најзначајнијих предности Хиелсцхер ултразвучних система је њихова линеарна скалабилност. И стони и индустријски ултрасоникатори могу се инсталирати у кластерима, обезбеђујући практично неограничен капацитет обраде, што их чини идеалним избором за операције које захтевају високу пропусност и поуздане перформансе у производњи наноцелулозе.