Ultraljud hampa fiber bearbetning
- Ultraljudsrötning av fibrösa material som hampa och linfibrer möjliggör en snabb och effektiv fibermodifiering.
- Ultraljudsbearbetade bastfibrer är fibrillärerade och visar en betydligt högre specifik yta, ökad draghållfasthet och flexibilitet.
- Ultraljudsfiberbearbetning är en snabb och lättanvänd bearbetningsteknik för industriell produktion.
Ultraljud rötning
Ultraljudsrötning är ett snabbt, effektivt och grönt alternativ till traditionell våt- eller daggrötning. Akustisk kavitation, som genereras av högintensivt, lågfrekvent ultraljud, bryter upp cellulära strukturer av biomaterial som icke-trä, vegetabiliska fibrer som inkluderar bastfibrer som lin, hampa, nässla, vetehalm, rishalm, jute, samt bladbaserade fibrer (t.ex. sisal, manillahampa, abacá) och fruktbaserade fibrer som kokos från kokosnötsskal.
Ultraljudsavskiljning omvandlar mikrofibrer (ca 3-5 μm) till nanofibrer (≥100 nm). Dessutom inducerade ultraljudsbearbetning nedbrytning av ren xyloglukan och xylan i lösning, vilket demonstrerar ultraljudets förmåga att bryta ner hemicellulosa.
Även om ultraljudsrötning huvudsakligen används i en vattenhaltig lösning, är det möjligt – beroende på råmaterialet och det eftersträvade resultatet – att kombinera ultraljudsprocessen med en alkalibehandling. Lösningar av NaOH, H2O2 och H2SÅ4 Kan användas för alkalisering för att erhålla cellulosananofibrer på kort bearbetningstid. Genom ultraljudsbehandling kan ett flimmer av cellulosamikrofibrer lätt uppnås. De ultraljudsproducerade fibrerna visar en specifik morfologi där nanofibrerna (≥ 100nm) är fördelade över hela ytan av mikrofibrerna (3-5μm).
Svepande elektronisk mikroskopianalys på lin-, hampa- och kokosfibrer med eller utan ultraljudsbehandling.
källa: Renouard et al. 2014
UIP4000hdT (4kW) Industriell ultraljudsprocessor för fiberbearbetning
Ultraljud hampa fiber bearbetning
Med den växande marknaden för hampafrön och fytocannabinoider kommer en ökande produktion av hampahalm. Som en biprodukt används hamphalm och dess fibrer huvudsakligen för tillverkning av papper eller geotextilier, armering i kompositmaterial samt byggmaterial.
Torkad och skuren basthalm kan användas som råmaterial för ultraljudsbehandling, men för överlägsen ultraljudsprocess rekommenderas användning av (delvis) skalade spislökar. Bastmaterialet fuktas i vatten (vattenlösning) så att en pumpbar uppslamning erhålls, som kan passera ultraljudsgenomströmningscellen. Ultraljudsbehandlingen tar bara en kort tidsperiod (ca 30-60 sek.). Vetenskaplig forskning har visat att ultraljud förbättrar extraktionen av hemicellulosa och lignin från lignocellulosahaltiga material. Dessutom bryter ultraljudsbehandling ned cellulosa och pektin. Ultraljudsbearbetning av hampa och lin förbättrar också flexibiliteten och draghållfastheten hos fibrerna, vilket är värdefulla egenskaper för textil- och komposittillverkning.
- Minskning av ligninhalten
- mikro- och nanofibrillerade fibrer
- Ökad fiberflexibilitet
- högre draghållfasthet
- Snabb process
- Lätt att använda
Ultraljud-alkalibehandling av hampafiber (Ferreira et al. 2019)
Ultraljudsmodifierad hampa fiber
Ultraljudsfibrillär bastfiber (t.ex. hampa, lin) är särskilt lämplig som förstärkning för polymera hartser, termoplastiska och härdade kompositer.
Hampbastfibrer är en värdefull källa från vilken cellulosananokristaller (CNC) kan utvinnas. Nanokristaller av cellulosa kännetecknas av sin höga yta och sin extraordinära styvhet och draghållfasthet. CNC-maskiner’ Draghållfastheten överträffar styrkan hos glas eller aluminium. Nanokristaller av cellulosa är ganska billiga och är därmed en konkurrenskraftig nanotillsats när det kommer till pris, tillgänglighet, toxicitet och hållbarhet.
Ultraljudsbehandling är en lätt att använda, snabb och grön teknik, som gör det möjligt att producera högkvalitativa cellulosa nanokristaller.
Sosiati et al. 2014 visar de fördelaktiga effekterna av ultraljudsbehandling på fiberbearbetning.
Högpresterande ultraljudsapparater för fiberbehandling
Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudsutrustning för tunga applikationer. Våra ultraljudssystem kan användas för batchvis eller kontinuerlig inline-bearbetning. Alla Hielscher industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga. Emellertid räcker inte kapaciteten hos mycket höga amplituder ensamma för att köra en framgångsrik ultraljudsfiberprocess, såsom rötning eller flimmer. Beroende på råmaterialet och det eftersträvade resultatet kan processparametrarna – nämligen amplitud, tryck, temperatur och tid – måste vara exakt kontrollerbar och justerbar.
Hielschers digitala ultraljudsprocessorer registrerar automatiskt alla processdata på ett integrerat SD-kort, så att processresultaten är reproducerbara. Amplitud och bearbetningsintensitet kan justeras och kontrolleras exakt från mycket milda till mycket intensiva ultraljudsbehandling. Detta ger dig möjlighet att bearbeta olika material till optimal effekt.
Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater:
| Batchvolym | Flöde | Rekommenderade enheter |
|---|---|---|
| 1 till 500 ml | 10 till 200 ml/min | UP100H |
| 10 till 2000 ml | 20 till 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 till 20L | 0.2 till 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 till 100 L/min | UIP16000 |
| N.A. | Större | kluster av UIP16000 |
Kontakta oss! / Fråga oss!
Ultraljudsprocessorer med hög effekt från labb till pilot och industriell skala.
Litteratur/Referenser
- Diana P.Ferreira, Juliana Cruz, Raul Fangueiro (2019): Kapitel 1 – Ytmodifiering av naturfibrer i polymerkompositer. Gröna kompositer för fordonsapplikationer. Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering 2019, sidorna 3-41.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014): Karakterisering av ultraljudspåverkan på kokos-, lin- och hampafibrer. Material Brev 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014): Effekten av de kemiska behandlingarna på
egenskaper hos naturlig cellulosa. AIP:s konferenshandlingar 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska , R. Kozłowski, J. Batog (2008): Nanoligninmodifierat linnetyg som en multifunktionell produkt. Molekylära kristaller och flytande kristaller Vol. 484, nummer 1, 2008.
Fakta som är värda att veta
hampa fiber
Hampa är en mångsidig gröda som används för hampafrön och därefter fröolja, terpenoider och cannabinoider (dvs. CBD, CBG, etc.) och hampahalm, som kan bearbetas till värdefullt fibermaterial. När det gäller hampfiberkvalitet skiljer man mellan de så kallade dragfibrerna, som är oinriktade, korta fiberbuntar och de så kallade linjefibrerna, som är långa (längsgående) fibrer.
De kortfibriga buntarna kallas även teknisk fiber och används främst inom fordonsindustrin, för tillverkning av papper och för biobaserade kompositer. Långa hampafibrer används för textilier och högvärdiga applikationer som högpresterande kompositer och biokompositer.
Produktion av hampafiber:
Fiberhampa (hampa som odlas för fiberproduktion) skördas helst före blomning. Denna tidiga beskärning resulterar i högre fiberkvalitet eftersom kvaliteten försämras om blomning tillåts. I allmänhet skördas fiberhampa 70-90 dagar efter sådd. För att skörda hampan skärs plantorna 2-3 cm ovanför jorden och torkas sedan i några dagar. Efter skörd rötas hampan. Rötning är en process som använder fukt och mikrober för att bryta ner växtpektinerna, som kemiskt binder ihop hampastammen. Traditionellt skulle hampstjälkar bli vattenrötade eller daggrötade innan fibrerna skäktas. rötningsprocessen underlättar den efterföljande separationen av bast från den så kallade hamphurd eller shiv (som är den vedartade kärnan i hampstjälkarna). Efter rötning torkas hampstjälkarna (till en fukthalt på mindre än 15% och bailas.
För att erhålla hampfibrer, som kan användas för tillverkning och som tillsatser, måste fibrerna separeras i en process som kallas “Skäktning”. Under skäktningsprocessen bearbetas hamphalmen mekaniskt för att näbba ner hampaplantan, t.ex. med hjälp av en hammarkvarn. I denna mekaniska process slås hampan mot en skärm tills hurd, mindre bastfibrer och damm faller genom skärmen. Moderna höghastighets kinematiska avkokningsmaskiner kan separera hampa i tre strömmar; bast fiber, hurd och grön mikrofiber.
Cellulosahalten i hampa är ca 70-77%. Hampafibrer är ett utmärkt substitut för träcellulosafibrer
Fördelar med hampafibrer
- Kostnadseffektiv
- Hög draghållfasthet och styvhet
- Idealisk för nålstansade nonwoven-produkter
- Effektiv ersättning för glasfiber
- Minskar formningstiden
- Viktminskning i den färdiga delen
- Lätt att bearbeta och återvinna
- Kan anpassas för att uppfylla en mängd olika specifikationer och olika tillverkningssystem
- Jämn kvalitet och tillgång till leveranser är möjlig
Fibrösa biomaterial
När halmfibrer utvinns ur linhalm kallas de delar av stjälken som inte är fibrer, med undantag för fröet, normalt för ved eller häck. Till exempel i oljelin utgör gräs ca 70 – 85 % av den totala halmvikten, vilket gör Shives till den viktigaste biprodukten vid bearbetning av linhalm.
Ultraljudsproducerat, nanostrukturerat lignin används för att tillverka multifunktionella linnetyger. Genom att vaddera linnetextilier med nano-lignin kan multifunktionella textilier skapas. Dessa multifunktionella textilier erbjuder de ytterligare egenskaperna UV-barriär, antibakteriella och antistatiska egenskaper.