Ultrasonik Kenevir Lifi İşleme
- Kenevir ve keten lifleri gibi lifli malzemelerin ultrasonik olarak çürütülmesi, hızlı ve verimli lif modifikasyonuna olanak tanır.
- Ultrasonik olarak işlenen bast lifleri fibrilleşir ve belirgin ölçüde daha yüksek özgül yüzey alanı, artmış çekme dayanımı ve esneklik gösterir.
- Ultrasonik lif işleme, endüstriyel üretim için hızlı ve kullanımı kolay bir işleme teknolojisidir.
Ultrasonik Çürütme
Ultrasonik çürütme, geleneksel suda veya çiyde çürütmeye hızlı, verimli ve çevreci bir alternatiftir. Yüksek yoğunluklu, düşük frekanslı ultrasonun oluşturduğu akustik kavitasyon; keten, kenevir, ısırgan, buğday samanı, pirinç samanı ve jüt gibi bast liflerini, ayrıca yapraklardan elde edilen lifleri (ör. sisal, Manila keneviri, abacá) ve Hindistan cevizi kabuklarından elde edilen kok lifi gibi meyvelerden elde edilen lifleri kapsayan odun dışı bitkisel lifler gibi biyomalzemelerin hücresel yapılarını parçalar.
Ultrasonik lif ayrıştırma, mikrolifleri (yaklaşık 3–5µm) nanoliflere (≥100nm) dönüştürür. Ayrıca ultrasonik işleme, çözeltideki saf ksiloglukan ve ksilanın bozunmasını sağlamış ve ultrasonun hemiselülozu bozundurma yeteneğini göstermiştir.
Ultrasonik çürütme esas olarak sulu bir çözeltide uygulansa da ultrasonik işlemi – ham maddeye ve hedeflenen sonuca bağlı olarak – bir alkali işlemiyle birleştirmek mümkündür. NaOH, H2O2 ve H2SO4 çözeltileri, kısa bir işlem süresinde selüloz nanolifleri elde etmek için alkalileştirmede kullanılabilir. Ultrasonik işlemle selüloz mikroliflerinin fibrilleşmesi kolayca sağlanabilir. Ultrasonik olarak üretilen lifler, nanoliflerin (≥ 100nm) mikroliflerin (3–5µm) tüm yüzeyine dağıldığı özgül bir morfoloji gösterir.
Ultrasonik işlem uygulanmış veya uygulanmamış keten, kenevir ve kok liflerinin taramalı elektron mikroskobu analizi.
kaynak: Renouard et al. 2014
UIP4000hdT (4kW) lif işleme için endüstriyel ultrasonik işlemci
Ultrasonik Kenevir Lifi İşleme
Kenevir tohumu ve fitokannabinoid pazarının büyümesiyle kenevir samanı üretimi de artmaktadır. Bir yan ürün olarak kenevir samanı ve lifleri, ağırlıklı olarak kâğıt veya jeotekstil üretiminde, kompozit malzemelerde takviye olarak ve yapı malzemesi olarak kullanılır.
Kurutulmuş ve kesilmiş bast samanı, ultrasonik işlem için ham madde olarak kullanılabilir; ancak daha üstün ultrasonik işlem sonuçları için (kısmen) dekortike edilmiş odunsu öz parçalarının kullanılması önerilir. Bast malzemesi, ultrasonik akış hücresinden geçebilen, pompalanabilir bir bulamaç elde edilecek şekilde suyla (sulu çözeltiyle) ıslatılır. Sonikasyon işlemi yalnızca kısa bir süre alır (yaklaşık 30–60 saniye). Bilimsel araştırmalar, ultrasonik işlemin lignoselülozik malzemelerden hemiselüloz ve lignin ekstraksiyonunu iyileştirdiğini göstermiştir. Ayrıca sonikasyon, selülozu ve pektini bozundurur. Kenevir ve ketenin ultrasonik olarak işlenmesi, tekstil ve kompozit üretimi için değerli özellikler olan lif esnekliğini ve çekme dayanımını da artırır.
- lignin içeriğinin azaltılması
- mikro ve nano ölçekte fibrilleştirilmiş lifler
- artmış lif esnekliği
- daha yüksek çekme dayanımı
- hızlı işlem
- kolay kullanım
Kenevir lifine ultrasonik alkali işlemi uygulanması (Ferreira et al. 2019)
Ultrasonik Olarak Modifiye Edilmiş Kenevir Lifi
Ultrasonik olarak fibrilleştirilmiş bast lifi (ör. kenevir, keten), polimerik reçinelerde, termoplastik ve termoset kompozitlerde takviye olarak kullanım için özellikle uygundur.
Kenevir bast lifleri, selüloz nanokristallerinin (CNC’ler) ekstrakte edilebildiği değerli bir kaynaktır. Selüloz nanokristalleri, yüksek yüzey alanları ve olağanüstü rijitlikleri ve çekme dayanımlarıyla karakterize edilir. CNC’lerin çekme dayanımı, camın veya alüminyumun dayanımını aşar. Selüloz nanokristalleri oldukça ucuzdur ve dolayısıyla fiyat, bulunabilirlik, toksisite ve sürdürülebilirlik açısından rekabetçi bir nano katkı maddesidir.
Sonikasyon, yüksek kaliteli selüloz nanokristallerinin üretilmesine olanak tanıyan, kullanımı kolay, hızlı ve çevreci bir tekniktir.
Sosiati et al. 2014, sonikasyonun lif işleme üzerindeki yararlı etkilerini göstermektedir.
Lif İşleme için Yüksek Performanslı Sonikatörler
Hielscher Ultrasonics, ağır hizmet uygulamaları için yüksek performanslı ultrasonik ekipman üretir. Ultrasonik sistemlerimiz, kesikli veya sürekli hat içi işleme için kullanılabilir. Tüm Hielscher endüstriyel ultrasonik işlemcileri çok yüksek genlikler sağlayabilir. 200µm’ye kadar genliklerle 24/7 çalışma düzeninde kolayca kesintisiz çalışılabilir. Daha da yüksek genlikler için özel olarak uyarlanmış ultrasonik sonotrotlar mevcuttur. Ancak çok yüksek genlikler sağlayabilme yeteneği tek başına, çürütme veya fibrilleştirme gibi başarılı bir ultrasonik lif işleme sürecini yürütmek için yeterli değildir. Ham maddeye ve hedeflenen sonuca bağlı olarak işlem parametreleri – yani genlik, basınç, sıcaklık ve süre – hassas biçimde kontrol edilebilir ve ayarlanabilir olmalıdır.
Hielscher dijital ultrasonik işlemcileri, işlem sonuçlarının tekrarlanabilir olması için tüm işlem verilerini entegre bir SD karta otomatik olarak kaydeder. Genlik ve işleme yoğunluğu, çok hafif sonikasyon koşullarından son derece yoğun sonikasyon koşullarına kadar hassas biçimde ayarlanabilir ve kontrol edilebilir. Bu, çeşitli malzemeleri optimum sonuçlar elde edecek şekilde işlemenize olanak tanır.
Hielscher ultrasonik ekipmanlarının sağlamlığı, ağır hizmet koşullarında ve zorlu ortamlarda 24/7 çalışmaya olanak tanır.
Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir verir:
| Parti Hacmi | Debi | Önerilen Cihazlar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksek | UIP16000 kümesi |
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sorun!
Laboratuvar ölçeğinden pilot ve endüstriyel ölçeğe kadar yüksek güçlü ultrasonik işlemciler.
Literatür/Kaynaklar
- Diana P.Ferreira, Juliana Cruz, Raul Fangueiro (2019): Bölüm 1 – Polimer kompozitlerde doğal liflerin yüzey modifikasyonu. Otomotiv Uygulamaları için Yeşil Kompozitler. Woodhead Publishing Kompozit Bilimi ve Mühendisliği Serisi 2019, Sayfalar 3–41.
- Sullivan Renouard, Christophe Hano, Joël Doussot, Jean-Philippe Blondeau, Eric Lainé (2014): Ultrasonun kok, keten ve kenevir lifleri üzerindeki etkisinin karakterizasyonu. Materials Letters 129, 2014. 137–141.
- H. Sosiati, M. Muhaimin, P. Abdilah, D. A. Wijayanti, Harsojo, K. Triyana (2014): Kimyasal işlemlerin doğal selülozun
özellikleri üzerindeki etkisi. AIP Conference Proceedings 1617, 105 (2014). - M. Zimniewska , R. Kozłowski, J. Batog (2008): Çok İşlevli Bir Ürün Olarak Nanoligninle Modifiye Edilmiş Keten Kumaş. Molecular Crystals and Liquid Crystals Cilt 484, Sayı 1, 2008.
Bilinmesi Gerekenler
Kenevir Lifi
Kenevir; kenevir tohumları ve bunlardan elde edilen tohum yağı, terpenoidler ve kannabinoidler (yani CBD, CBG vb.) ile değerli lif malzemesine dönüştürülebilen kenevir samanı için kullanılan çok amaçlı bir tarım bitkisidir. Kenevir lifi kalitesi açısından, hizalanmamış kısa lif demetleri olan kıtık lifleri ile uzun (boyuna hizalanmış) lifler olan uzun lifler arasında ayrım yapılır.
Kısa lif demetleri, teknik lif olarak da adlandırılır ve ağırlıklı olarak otomotiv endüstrisinde, kâğıt üretiminde ve biyobazlı kompozitlerde kullanılır. Uzun kenevir lifleri, tekstilde ve yüksek performanslı kompozitler ile biyokompozitler gibi yüksek değerli uygulamalarda kullanılır.
Kenevir lifi üretimi:
Lif keneviri (lif üretimi için yetiştirilen kenevir), ideal olarak çiçeklenmeden önce hasat edilir. Çiçeklenmeye izin verildiğinde kalite düştüğü için bu erken hasat daha yüksek lif kalitesi sağlar. Genellikle lif keneviri ekimden 70–90 gün sonra hasat edilir. Keneviri hasat etmek için bitkiler toprağın 2–3cm üzerinden kesilir ve ardından birkaç gün kurutulur. Hasattan sonra kenevir çürütülür. Çürütme, kenevir sapını kimyasal olarak bir arada tutan bitkisel pektinleri parçalamak için nem ve mikroorganizmaları kullanan bir işlemdir. Geleneksel olarak kenevir sapları, lifler sıyrılmadan önce suda veya çiyde çürütülürdü. Çürütme işlemi, bastın daha sonra kenevirin odunsu özünden (kenevir saplarının odunsu çekirdeği) ayrılmasını kolaylaştırır. Çürütmeden sonra kenevir sapları kurutulur (nem içeriği %15’in altına düşürülür) ve balyalanır.
Üretimde ve katkı maddesi olarak kullanılabilecek kenevir lifleri elde etmek için liflerin, “sıyırma” olarak bilinen bir işlemle ayrılması gerekir. Sıyırma işlemi sırasında kenevir samanı, örneğin çekiçli değirmen kullanılarak kenevir bitkisini parçalamak üzere mekanik olarak işlenir. Bu mekanik işlemde kenevir, odunsu öz parçaları, daha küçük bast lifleri ve toz elekten geçene kadar bir eleğe karşı dövülür. Modern, yüksek hızlı kinematik dekortikasyon makineleri keneviri üç akışa ayırabilir: bast lifi, odunsu öz ve yeşil mikrolif.
Kenevirin selüloz içeriği yaklaşık %70–77’dir. Kenevir lifleri, odun selülozu liflerinin mükemmel bir alternatifidir
Kenevir Liflerinin Avantajları
- maliyet etkinliği
- yüksek çekme dayanımı ve rijitlik
- iğneleme yöntemiyle üretilen dokusuz ürünler için ideal uygunluk
- cam lifine etkili bir alternatif
- kalıplama süresini azaltır
- bitmiş parçanın ağırlığında azalma
- kolay işleme ve geri dönüşüm
- çeşitli spesifikasyonları ve farklı üretim sistemlerini karşılayacak şekilde özelleştirilebilir
- tutarlı kalite ve tedarik sürekliliği sağlanabilir
Lifli Biyomalzemeler
Keten samanından lifler çıkarıldığında, sapın tohum dışındaki lifsiz kısımları normalde odunsu öz parçaları olarak adlandırılır. Örneğin yağlık ketende odunsu öz parçaları, toplam saman ağırlığının yaklaşık %70–85’ini oluşturur; bu da onları keten samanı işlemenin ana yan ürünü yapar.
Ultrasonik olarak üretilen nano yapılı lignin, çok işlevli keten kumaşlar üretmek için kullanılır. Keten tekstillere emdirme ve sıkma yöntemiyle nano lignin uygulanarak çok işlevli tekstiller oluşturulabilir. Bu çok işlevli tekstiller, UV bariyeri, antibakteriyel ve antistatik özellikler gibi ek özellikler sunar.