การแปรรูปเส้นใยกัญชงด้วยอัลตราโซนิก

• การหมักแยกเส้นใยด้วยอัลตราโซนิกสำหรับวัสดุเส้นใย เช่น เส้นใยกัญชงและแฟลกซ์ ช่วยให้ปรับเปลี่ยนเส้นใยได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ
• เส้นใยเปลือกที่ผ่านการแปรรูปด้วยอัลตราโซนิกจะแตกเป็นเส้นใยย่อย และมีพื้นที่ผิวจำเพาะสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ รวมทั้งมีความแข็งแรงต่อแรงดึงและความยืดหยุ่นเพิ่มขึ้น
• การแปรรูปเส้นใยด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคโนโลยีการแปรรูปที่รวดเร็วและใช้งานง่ายสำหรับการผลิตระดับอุตสาหกรรม

การหมักแยกเส้นใยด้วยอัลตราโซนิก

การหมักแยกเส้นใยด้วยอัลตราโซนิกเป็นทางเลือกที่รวดเร็ว มีประสิทธิภาพ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมแทนการหมักแยกเส้นใยแบบแช่น้ำหรืออาศัยน้ำค้างแบบดั้งเดิม คาวิเทชันเชิงเสียงที่เกิดจากอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงและความถี่ต่ำจะสลายโครงสร้างเซลล์ของวัสดุชีวภาพ เช่น เส้นใยพืชที่ไม่ใช่ไม้ ซึ่งรวมถึงเส้นใยเปลือก เช่น แฟลกซ์ กัญชง ตำแย ฟางข้าวสาลี ฟางข้าว และปอกระเจา ตลอดจนเส้นใยจากใบ (เช่น ป่านศรนารายณ์ ป่านมะนิลา และอะบาคา) และเส้นใยจากผล เช่น เส้นใยมะพร้าวจากเปลือกมะพร้าว
การคลายเส้นใยที่พันกันด้วยอัลตราโซนิกเปลี่ยนเส้นใยระดับไมโคร (ประมาณ 3–5µm) ให้เป็นเส้นใยระดับนาโน (≥100nm) นอกจากนี้ การแปรรูปด้วยอัลตราโซนิกยังกระตุ้นให้ไซโลกลูแคนและไซแลนบริสุทธิ์ในสารละลายเกิดการสลายตัว ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถของอัลตราซาวนด์ในการสลายเฮมิเซลลูโลส
แม้ว่าการหมักแยกเส้นใยด้วยอัลตราโซนิกจะใช้สารละลายน้ำเป็นหลัก แต่ก็สามารถใช้กระบวนการอัลตราโซนิกควบคู่กับการบำบัดด้วยด่างได้ – ขึ้นอยู่กับวัตถุดิบและผลลัพธ์ที่ต้องการ – สารละลาย NaOH, H₂O₂ และ H₂SO₄ สามารถใช้ในการทำให้เป็นด่างเพื่อให้ได้เส้นใยเซลลูโลสระดับนาโนภายในระยะเวลาการแปรรูปสั้น การบำบัดด้วยอัลตราโซนิกช่วยให้เส้นใยเซลลูโลสระดับไมโครแตกเป็นเส้นใยย่อยได้ง่าย เส้นใยที่ผลิตด้วยอัลตราโซนิกมีสัณฐานวิทยาเฉพาะ โดยเส้นใยระดับนาโน (≥ 100nm) กระจายอยู่ทั่วพื้นผิวทั้งหมดของเส้นใยระดับไมโคร (3–5µm)

การวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดของเส้นใยแฟลกซ์ กัญชง และมะพร้าว ทั้งที่ผ่านและไม่ผ่านการแปรรูปด้วยอัลตราโซนิก
แหล่งที่มา: Renouard et al. 2014

การแปรรูปเส้นใยกัญชงด้วยอัลตราโซนิก

เมื่อตลาดเมล็ดกัญชงและไฟโตแคนนาบินอยด์เติบโตขึ้น การผลิตฟางกัญชงก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย ฟางกัญชงและเส้นใยซึ่งเป็นผลพลอยได้ส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตกระดาษหรือสิ่งทอทางธรณีเทคนิค ใช้เป็นวัสดุเสริมแรงในวัสดุคอมโพสิต และใช้เป็นวัสดุก่อสร้าง
ฟางที่มีเส้นใยเปลือกซึ่งผ่านการทำให้แห้งและตัดแล้วสามารถใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับการบำบัดด้วยอัลตราโซนิกได้ อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้ผลลัพธ์การแปรรูปด้วยอัลตราโซนิกที่ดีกว่า แนะนำให้ใช้เศษแกนไม้ที่ผ่านการลอกเปลือกออกแล้ว (บางส่วน) วัสดุเส้นใยเปลือกจะถูกทำให้เปียกด้วยน้ำ (สารละลายน้ำ) เพื่อให้ได้สารแขวนลอยข้นที่สามารถสูบได้และไหลผ่านเซลล์อัลตราโซนิกแบบไหลผ่าน กระบวนการให้คลื่นอัลตราโซนิกใช้เวลาเพียงช่วงสั้น ๆ (ประมาณ 30–60 วินาที) งานวิจัยทางวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นว่าการให้คลื่นอัลตราโซนิกช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการสกัดเฮมิเซลลูโลสและลิกนินจากวัสดุลิกโนเซลลูโลส นอกจากนี้ การให้คลื่นอัลตราโซนิกยังสลายเซลลูโลสและเพกทินด้วย การแปรรูปกัญชงและแฟลกซ์ด้วยอัลตราโซนิกยังช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นและความแข็งแรงต่อแรงดึงของเส้นใย ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่มีคุณค่าสำหรับการผลิตสิ่งทอและวัสดุคอมโพสิต

การบำบัดเส้นใยกัญชงด้วยอัลตราโซนิกร่วมกับด่าง (Ferreira et al. 2019)

เส้นใยกัญชงที่ปรับเปลี่ยนด้วยอัลตราโซนิก

เส้นใยเปลือกที่แตกเป็นเส้นใยย่อยด้วยอัลตราโซนิก (เช่น กัญชง แฟลกซ์) เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้เป็นวัสดุเสริมแรงในเรซินพอลิเมอร์ คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติก และคอมโพสิตเทอร์โมเซต
เส้นใยเปลือกกัญชงเป็นแหล่งวัตถุดิบที่มีคุณค่าสำหรับการสกัดผลึกเซลลูโลสระดับนาโน (CNCs) ผลึกเซลลูโลสระดับนาโนมีลักษณะเด่นคือพื้นที่ผิวสูง รวมทั้งความแข็งตึงและความแข็งแรงต่อแรงดึงที่โดดเด่น ความแข็งแรงต่อแรงดึงของ CNCs สูงกว่าความแข็งแรงของแก้วหรืออะลูมิเนียม ผลึกเซลลูโลสระดับนาโนมีราคาค่อนข้างถูก จึงเป็นสารเติมแต่งระดับนาโนที่สามารถแข่งขันได้ในด้านราคา ความพร้อมในการจัดหา ความเป็นพิษ และความยั่งยืน
การให้คลื่นอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคที่ใช้งานง่าย รวดเร็ว และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่งช่วยให้ผลิตผลึกเซลลูโลสระดับนาโนคุณภาพสูงได้

เครื่องอัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับการแปรรูปเส้นใย

Hielscher Ultrasonics ผลิตอุปกรณ์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงสำหรับงานหนัก ระบบอัลตราโซนิกของเราสามารถใช้สำหรับการแปรรูปแบบเป็นรุ่นหรือแบบต่อเนื่องในสายการผลิตได้ เครื่องแปรรูปด้วยอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมของ Hielscher ทุกเครื่องสามารถให้แอมพลิจูดที่สูงมากได้ สามารถใช้งานที่แอมพลิจูดสูงถึง 200µm ได้อย่างต่อเนื่องโดยง่ายในการทำงานแบบ 24/7 สำหรับแอมพลิจูดที่สูงยิ่งขึ้น มีโซโนโทรดอัลตราโซนิกที่ปรับแต่งตามความต้องการให้เลือกใช้ อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการให้แอมพลิจูดที่สูงมากเพียงอย่างเดียวยังไม่เพียงพอที่จะทำให้กระบวนการแปรรูปเส้นใยด้วยอัลตราโซนิก เช่น การหมักแยกเส้นใยหรือการทำให้แตกเป็นเส้นใยย่อย ประสบความสำเร็จได้ พารามิเตอร์ของกระบวนการ – ได้แก่ แอมพลิจูด ความดัน อุณหภูมิ และเวลา – ต้องสามารถควบคุมและปรับได้อย่างแม่นยำ โดยขึ้นอยู่กับวัตถุดิบและผลลัพธ์ที่ต้องการ
เครื่องแปรรูปด้วยอัลตราโซนิกแบบดิจิทัลของ Hielscher บันทึกข้อมูลกระบวนการทั้งหมดโดยอัตโนมัติลงในการ์ด SD ที่ติดตั้งอยู่ในเครื่อง จึงสามารถทำซ้ำผลลัพธ์ของกระบวนการได้ แอมพลิจูดและความเข้มของการแปรรูปสามารถปรับและควบคุมได้อย่างแม่นยำ ตั้งแต่สภาวะการให้คลื่นอัลตราโซนิกที่อ่อนมากไปจนถึงสภาวะที่มีความเข้มสูงมาก ซึ่งช่วยให้คุณแปรรูปวัสดุหลากหลายชนิดเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เหมาะสมที่สุด
ความทนทานของอุปกรณ์อัลตราโซนิกของ Hielscher ช่วยให้ทำงานแบบ 24/7 ได้ภายใต้ภาระงานหนักและในสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดสูง
ตารางด้านล่างแสดงขีดความสามารถในการแปรรูปโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา: