การผลิตอัลตราโซนิกของเซลลูโลสโครงสร้างนาโน

นาโนเซลลูโลส ซึ่งเป็นสารเติมแต่งประสิทธิภาพสูงที่โดดเด่น ได้รับความโดดเด่นจากการใช้งานที่หลากหลายในฐานะตัวดัดแปลงรีโอโลยี สารเสริมแรง และส่วนประกอบสําคัญในวัสดุขั้นสูงต่างๆ เส้นใยที่มีโครงสร้างนาโนเหล่านี้ได้มาจากแหล่งที่มีเซลลูโลสสามารถแยกได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านการทําให้เป็นเนื้อเดียวกันและกัดด้วยอัลตราโซนิกกําลังสูง กระบวนการนี้เรียกว่า sonication ช่วยเพิ่มการเกิดการสั่นสะเทือนอย่างมีนัยสําคัญส่งผลให้ผลผลิตของนาโนเซลลูโลสสูงขึ้นและผลิตเส้นใยที่ละเอียดและบางกว่า เทคโนโลยีอัลตราโซนิกเหนือกว่าวิธีการผลิตทั่วไปด้วยความสามารถในการสร้างแรงเฉือนสูงของโพรงอากาศทําให้เป็นเครื่องมือพิเศษสําหรับการผลิตนาโนเซลลูโลส

การผลิตอัลตราโซนิกของนาโนเซลลูโลส

อัลตราโซนิกกําลังสูงมีส่วนช่วยในการสกัดและแยกไมโครเซลลูโลสและนาโนเซลลูโลสจากแหล่งวัสดุเซลลูโลสต่างๆ เช่น ไม้ เส้นใยลิกโนเซลลูโลส (เส้นใยเยื่อกระดาษ) และเซลลูโลสที่มีสารตกค้าง
ในการปล่อยเส้นใยพืชออกจากวัสดุต้นทางอัลตราโซนิก บด และ การทําให้เป็นเนื้อเดียวกัน เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ซึ่งช่วยให้สามารถประมวลผลปริมาณมากได้ เยื่อกระดาษจะถูกป้อนเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์โซโนริออนด์แบบอินไลน์ซึ่งแรงเฉือนสูงแบบอัลตราโซนิกจะทําลายโครงสร้างเซลล์ของชีวมวลเพื่อให้สสารเส้นใยพร้อมใช้งาน

ภาพ TEM ของ “ผ้าฝ้ายไม่เคยแห้ง” (NDC) ส่งให้ไฮโดรไลซิสด้วยเอนไซม์และโซนิกด้วย เครื่องสะท้อนเสียง Hielscher UP400S เป็นเวลา 20 นาที [Bittencourt et al. 2008]

รูปที่ 2 ด้านล่างแสดงภาพ SEM ของฟิล์มลาย้เหนียวที่ส่งไปยังการไฮโดรไลซิสของเอนไซม์ตามด้วยการ sonication ด้วย เครื่องสะท้อนเสียง Hielscher รุ่น UP400S.
[Bittencourt et al. 2008]

ภาพ SEM ของฟิล์มลาย้เหนียวส่งไปยังการไฮโดรไลซิสของเอนไซม์ตามด้วยการ sonication ด้วย UP400S [Bittencourt et al. 2008]

การประมวลผลนาโนเซลลูโลสอัลตราโซนิกยังสามารถรวมกับการบําบัดด้วยเส้นใยออกซิไดซ์ TEMPO ได้สําเร็จ ในกระบวนการ TEMPO เส้นใยนาโนเซลลูโลสผลิตโดยระบบออกซิเดชันโดยใช้ 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-1-oxyl (TEMPO) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา และโซเดียมโบรไมด์ (NaBr) และโซเดียมไฮโปคลอไรต์ (NaOCl) การวิจัยได้พิสูจน์แล้วว่าประสิทธิภาพการเกิดออกซิเดชันจะดีขึ้นอย่างมีนัยสําคัญเมื่อออกซิเดชันดําเนินการภายใต้การฉายรังสีอัลตราโซนิก

การกระจายอัลตราโซนิกของนาโนเซลลูโลส

การกระจายตัวของนาโนเซลลูโลสแสดงให้เห็นถึงพฤติกรรมการไหลเวียนที่ไม่ธรรมดาเนื่องจากมีความหนืดสูงที่ความเข้มข้นของนาโนเซลลูโลสต่ํา สิ่งนี้ทําให้นาโนเซลลูโลสเป็นสารเติมแต่งที่น่าสนใจมากในฐานะตัวดัดแปลงรีโอโลยี สารทําให้คงตัว และเจลแลนท์สําหรับการใช้งานต่างๆ เช่น ในอุตสาหกรรมการเคลือบ กระดาษ หรืออาหาร เพื่อแสดงคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์นาโนเซลลูโลสจะต้องเป็น
การกระจายอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่เหมาะอย่างยิ่งในการได้นาโนเซลลูโลสแบบกระจายตัวเดี่ยวขนาดละเอียด เนื่องจากนาโนเซลลูโลสเป็นแรงเฉือนที่บางลงสูงอัลตราซาวนด์กําลังจึงเป็นเทคโนโลยีที่ต้องการในการกําหนดสารแขวนลอยนาโนเซลลูโลสเนื่องจากการมีเพศสัมพันธ์ของอัลตราซาวนด์กําลังสูงเป็นของเหลวจะสร้างแรงเฉือนที่รุนแรง
คลิกที่นี่เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับโพรงอากาศอัลตราโซนิกในของเหลว!
หลังจากการสังเคราะห์เซลลูโลสนาโนคริสตัลไลน์นาโนเซลลูโลสมักจะกระจายตัวด้วยอัลตราโซนิกลงในตัวกลางที่เป็นของเหลวเช่นตัวทําละลายที่ไม่มีขั้วหรือขั้วเช่นไดเมทิลฟอร์มาไมด์ (DMF) เพื่อกําหนดผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย (เช่นนาโนคอมโพสิตตัวดัดแปลงรีโอโลยี ฯลฯ ) เนื่องจาก CNF ถูกใช้เป็นสารเติมแต่งในสูตรท่อร่วมการกระจายตัวที่เชื่อถือได้จึงเป็นสิ่งสําคัญ อัลตราโซนิกสร้างเส้นใยที่เสถียรและกระจายอย่างสม่ําเสมอ

การประกอบตัวเองด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงของนาโนคริสตัลเซลลูโลส

การใช้อัลตราโซนิคมีบทบาทสำคัญในการสังเคราะห์และประมวลผลนาโนคริสตัลเซลลูโลส (CNCs) โดยการสลายกลุ่มก้อนที่ได้จากการไฮโดรไลซิส การกระจายกลุ่มเส้นใย และการผลิตสารแขวนลอยที่มีความสม่ำเสมอมากขึ้นพร้อมกับการมีปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคที่สามารถทำซ้ำได้ แม้ว่า CNCs มักจะเกิดขึ้นจากการไฮโดรไลซิสด้วยกรด แต่สารที่ได้มักจะมีโดเมนที่รวมกลุ่มกันซึ่งสามารถขัดขวางการประกอบตัวเองที่เชื่อถือได้และนำไปสู่ความแปรปรวนระหว่างชุดการผลิตในแง่ของรีโอโลยีและสมบัติทางแสงการใช้พลังงานอัลตราโซนิกที่ควบคุมได้หลังการสังเคราะห์ช่วยปรับปรุงคุณภาพการกระจายตัวและช่วยมาตรฐานรูปร่างของ CNC ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการจัดเรียงตัวของโคเลสเตอริกที่สม่ำเสมอ พฤติกรรมการแข็งตัวที่สามารถทำนายได้ และการผลิตในระดับอุตสาหกรรมของวัสดุฟังก์ชันที่ใช้ CNC เป็นฐาน เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการประกอบตัวเองของ CNC ที่ได้รับการกระตุ้นด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง!

การแยกน้ําออกจากเส้นใยนาโนเซลลูโลสที่ได้รับการปรับปรุงด้วยอัลตราโซนิก

การแยกน้ําออกจากเส้นใยนาโนเซลลูโลสที่ได้รับการปรับปรุงด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคนิคล้ําสมัยที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการกําจัดน้ําได้อย่างมาก – ทําให้เส้นใยนาโนเซลลูโลสเป็นสารเติมแต่งที่น่าสนใจอย่างมากสําหรับการผลิตกระดาษนาโน เส้นใยนาโนเซลลูโลสมักต้องการการแยกน้ําที่ใช้เวลานานเนื่องจากความสามารถในการกักเก็บน้ําสูง ด้วยการใช้คลื่นอัลตราโซนิกกระบวนการนี้จะถูกเร่งขึ้นผ่านการสร้างแรงโพรงอากาศที่รุนแรงซึ่งขัดขวางเมทริกซ์ของน้ําและอํานวยความสะดวกในการขับน้ําได้เร็วขึ้นและสม่ําเสมอมากขึ้น สิ่งนี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดเวลาในการอบแห้ง แต่ยังช่วยเพิ่มความสมบูรณ์ของโครงสร้างและคุณสมบัติทางกลของเส้นใยนาโนเซลลูโลสที่ได้ทําให้เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงในการผลิตกระดาษนาโนคุณภาพสูงและวัสดุนาโนอื่นๆ
เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการแยกน้ําด้วยอัลตราโซนิกของกระดาษนาโน!

การผลิตนาโนเซลลูโลสอุตสาหกรรมโดยใช้อัลตราซาวนด์พลังงาน

Hielscher Ultrasonics นําเสนอโซลูชั่นอัลตราโซนิกที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้ตั้งแต่เครื่องอัลตราโซนิกขนาดเล็กในห้องปฏิบัติการไปจนถึงระบบอุตสาหกรรมขนาดใหญ่เหมาะสําหรับการแปรรูปนาโนเซลลูโลสในเชิงพาณิชย์ ข้อได้เปรียบที่สําคัญของเครื่องสะท้อนเสียงชนิดโพรบอุตสาหกรรม Hielscher อยู่ที่ความสามารถในการส่งมอบสภาวะอัลตราโซนิกที่เหมาะสมผ่านเครื่องปฏิกรณ์โซโนเสาร์แบบไหลผ่านซึ่งมีขนาดและรูปทรงต่างๆ เครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าพลังงานอัลตราซาวนด์จะถูกนําไปใช้อย่างสม่ําเสมอและสม่ําเสมอกับวัสดุเซลลูโลส ซึ่งนําไปสู่ผลลัพธ์การประมวลผลที่เหนือกว่า

เครื่องสะท้อนเสียงแบบตั้งโต๊ะของ Hielscher เช่น UIP1000hdT, UIP2000hdT และ UIP4000hdT สามารถผลิตนาโนเซลลูโลสได้หลายกิโลกรัมต่อวัน สําหรับการผลิตเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่หน่วยอุตสาหกรรมเต็มรูปแบบเช่น UIP10000 และ UIP16000hdT สามารถรองรับกระแสมวลที่กว้างขวางทําให้สามารถผลิตนาโนเซลลูโลสในปริมาณมากได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ข้อได้เปรียบที่สําคัญที่สุดอย่างหนึ่งของระบบอัลตราโซนิก Hielscher คือความสามารถในการปรับขนาดเชิงเส้น สามารถติดตั้งเครื่องอัลตราโซนิกทั้งแบบตั้งโต๊ะและแบบอุตสาหกรรมเป็นกลุ่มได้ทําให้มีความสามารถในการประมวลผลแทบไม่ จํากัด ทําให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสําหรับการดําเนินงานที่ต้องการปริมาณงานสูงและประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ในการผลิตนาโนเซลลูโลส

การประมวลผลอัลตราโซนิก: Hielscher แนะนําคุณจากความเป็นไปได้และการเพิ่มประสิทธิภาพไปจนถึงการผลิตเชิงพาณิชย์!