Ультразвукова обробка конопляного волокна
- Ультразвукове ретингування волокнистих матеріалів, таких як волокна конопель і льону, дозволяє швидко та ефективно модифікувати волокна.
- Луб'яні волокна, оброблені ультразвуком, фібрилюють і демонструють значно вищу питому поверхню, підвищену міцність на розрив і гнучкість.
- Ультразвукова обробка волокна – це швидка та проста у використанні технологія обробки для промислового виробництва.
Ультразвуковий реттінг
Ультразвуковий реттинг – це швидка, ефективна та екологічна альтернатива традиційному ретингу від вологи або роси. Акустична кавітація, що генерується високоінтенсивним низькочастотним ультразвуком, руйнує клітинні структури біоматеріалів, таких як недеревні, рослинні волокна, які включають луб'яні волокна, такі як льон, коноплі, кропива, пшенична солома, рисова солома, джут, а також волокна листового походження (наприклад, сизаль, манільська конопля, абака) і волокна фруктового походження, такі як койра з кокосової шкаралупи.
Ультразвукове розплутування перетворює мікроволокна (приблизно 3-5 мкм) на нановолокна (≥100 нм). Крім того, ультразвукова обробка викликала деградацію чистих ксилоглукану та ксилану в розчині, продемонструвавши здатність ультразвуку руйнувати геміцелюлозу.
Хоча ультразвуковий реттинг в основному використовується у водному розчині, це можливо – в залежності від сировини і цільового результату – поєднувати ультразвуковий процес з лікуванням лугом. Розчини NaOH, H2O2 і Н2ТАК4 може використовуватися для ощелачивания для отримання целюлозних нановолокон за короткий час обробки. За допомогою ультразвукової обробки можна легко досягти фібриляції мікроволокон целюлози. Волокна, отримані ультразвуковим способом, демонструють специфічну морфологію, в якій нановолокна (≥ 100 нм) розподілені по всій поверхні мікроволокон (3-5 мкм).
Скануючий електронний мікроскопічний аналіз на волокна льону, конопель і кокосової койри з ультразвуковою обробкою або без неї.
джерело: Renouard et al. 2014
UIP4000HDT (4 кВт) Промисловий ультразвуковий процесор для обробки волокон
Ультразвукова обробка конопляного волокна
Зі зростанням ринку насіння конопель і фіто-канабіноїдів приходить все більше виробництво конопляної соломи. Як побічний продукт, конопляна солома та її волокна в основному використовуються для виробництва паперу або геотекстилю, армування в композитних матеріалах, а також будівельного матеріалу.
Висушена і нарізана луб'яна солома може бути використана як сировина для ультразвукової обробки, однак для чудового виходу ультразвукового процесу рекомендується використовувати (частково) декортиковану стружку. Луб'яний матеріал змочують у воді (водному розчині) так, щоб отримати перекачувану кашку, яка може пройти ультразвукову проточну камеру. Процес ультразвуку займає лише короткий проміжок часу (приблизно 30-60 сек.). Наукові дослідження показали, що ультразвук покращує екстракцію геміцелюлози і лігніну з лігноцелюлозних матеріалів. Крім того, ультразвук руйнує целюлозу і пектин. Ультразвукова обробка конопель і льону також покращує гнучкість і міцність на розрив волокон, які є цінними характеристиками для текстильного та композитного виробництва.
- зниження вмісту лігніну
- мікро- та нано-фібрильовані волокна
- підвищена гнучкість волокон
- більш висока міцність на розрив
- швидкий процес
- Простота в експлуатації
Ультразвуково-лужна обробка волокна конопель (Ferreira et al. 2019)
Ультразвуково модифіковане конопляне волокно
Ультразвуково фібрильоване луб'яне волокно (наприклад, коноплі, льон) особливо підходить як армування для полімерних смол, термопластичних і термореактивних композитів.
Луб'яні волокна конопель є цінним джерелом, з якого можна витягти нанокристали целюлози (ЧПУ). Нанокристали целюлози характеризуються великою площею поверхні, надзвичайною жорсткістю та міцністю на розрив. Верстати з ЧПУ’ Міцність на розрив перевершує міцність скла або алюмінію. Нанокристали целюлози є досить дешевими і тим самим конкурентоспроможними нанодобавками, якщо говорити про ціну, доступність, токсичність, а також стійкість.
Ультразвук – це проста у використанні, швидка та екологічна методика, яка дозволяє виготовляти високоякісні нанокристали целюлози.
Sosiati et al. 2014 показують сприятливий вплив ультразвуку на переробку волокон.
Високоефективні ультразвукові апарати для переробки волокон
Hielscher Ultrasonics виробляє високопродуктивне ультразвукове обладнання для важких умов експлуатації. Наші ультразвукові системи можуть використовуватися для періодичної або безперервної потокової обробки. Всі промислові ультразвукові процесори Hielscher можуть видавати дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно працювати в режимі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Однак однієї лише здатності дуже високих амплітуд недостатньо для успішного проведення процесу ультразвукового волокна, такого як реттінг або фібриляція. Залежно від сировини і від цільового результату, параметри процесу – А саме, амплітуда, тиск, температура та час – повинні бути точно керованими і регульованими.
Цифрові ультразвукові процесори Hielscher автоматично записують усі дані процесу на вбудовану SD-карту, завдяки чому результати процесу можна відтворити. Амплітуду та інтенсивність обробки можна точно регулювати та контролювати від дуже легких до високоінтенсивних станів ультразвуку. Це дає можливість обробляти різні матеріали до оптимального виходу.
Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах і в складних умовах.
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів:
| Об'єм партії | Витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| Від 1 до 500 мл | Від 10 до 200 мл/хв | UP100H |
| Від 10 до 2000 мл | Від 20 до 400 мл/хв | UP200Ht, UP400St |
| 0від 1 до 20 л | 0від .2 до 4 л/хв | UIP2000HDT |
| Від 10 до 100 л | Від 2 до 10 л/хв | UIP4000HDT |
| Н.А. | Від 10 до 100 л/хв | UIP16000 |
| Н.А. | Більше | кластер UIP16000 |
Зв'яжіться з нами! / Запитайте нас!
Високопотужні ультразвукові процесори від лабораторних до пілотних і промислових масштабів.
Література/Список літератури
- Діана П. Феррейра, Джуліана Крус, Рауль Фангейро (2019): Розділ 1 – Поверхнева модифікація натуральних волокон в полімерних композитах. Зелені композити для автомобільного застосування. Видавнича серія Вудхед у журналі Composites Science and Engineering 2019, сторінки 3-41.
- Салліван Ренуар, Крістоф Хано, Жоель Дуссо, Жан-Філіп Блондо, Ерік Лейне (2014): Характеристика впливу ультразвуку на волокна койри, льону та конопель. Матеріали Листи 129, 2014 р. 137–141.
- Х. Сосіаті, М. Мухаймін, П. Абділа, Д. А. Віджаянті, Харсоджо, К. Тріяна (2014): Вплив хімічної обробки на
характеристики натуральної целюлози. Матеріали конференції AIP 1617, 105 (2014). - М. Зимнєвська, Р. Козловський, Я. Батог (2008): Модифікована лляна тканина нанолігнін як багатофункціональний продукт. Молекулярні кристали і рідкі кристали Том 484, випуск 1, 2008.
Факти, які варто знати
конопляне волокно
Конопля є багатоцільовою культурою, яка використовується для насіння конопель, а згодом і для посівної олії, терпеноїдів і канабіноїдів (наприклад, КБД, КБГ тощо), а також конопляної соломи, яку можна переробити на цінний волокнистий матеріал. Що стосується якості конопляного волокна, то розрізняють так звані клоччні волокна, які є невирівняними, короткими пучками волокон, і так звані лінійні волокна, які є довгими (поздовжньо вирівняними) волокнами.
Короткі волокнисті бандели також називають технічним волокном і в основному використовуються в автомобільній промисловості, для виробництва паперу та для композитів на біологічній основі. Довгі конопляні волокна використовуються для текстилю та високовартісних застосувань, таких як високоефективні композити та біокомпозити.
Виробництво конопляного волокна:
Волокнисту коноплю (коноплю, яку вирощують для виробництва волокна) ідеально збирати до цвітіння. Таке раннє обрізання призводить до більш високої якості волокна, оскільки якість знижується, якщо допускається цвітіння. Як правило, волокнисту коноплю збирають через 70-90 днів після посіву. Щоб зібрати врожай конопель, рослини зрізають на 2-3 см над землею, а потім сушать протягом кількох днів. Після збору врожаю пеньки перебирають. Реттинг — це процес, який використовує вологу та мікроби для розщеплення пектинів рослин, що хімічно пов'язує стебло коноплі разом. Традиційно стебла конопель перед тим, як нарізати волокна, очищають водою або росою. Процес ретингу сприяє подальшому відділенню лубу від так званого конопляного хурда або шива (що представляє собою дерев'янисту серцевину стебел конопель). Після ретингу стебла конопель сушать (до вологості менше 15% і підпалюють.
Щоб отримати волокна конопель, які можна використовувати для виробництва та як добавки, волокна повинні бути розділені в процесі, відомому як “Обрізка”. Під час процесу різання конопляну солому механічно обробляють для дзьобування рослини коноплі, наприклад, за допомогою молоткового млина. У цьому механічному процесі пеньки б'ються об сито до тих пір, поки через сито не потрапляють дрібні луб'яні волокна і пил. Сучасні високошвидкісні апарати кінематичної декортикації здатні розділяти пеньки на три потоки; Луб'яне волокно, херд і зелена мікрофібра.
Вміст целюлози в коноплях становить приблизно 70-77%. Волокна конопель є відмінним замінником волокон деревної целюлози
Переваги конопляних волокон
- Рентабельним
- висока міцність на розрив і жорсткість
- ідеально підходить для голкопробивних нетканих виробів
- Ефективна заміна скловолокна
- скорочує час формування,
- зменшення ваги в готовій деталі
- Легко піддається обробці та переробці
- може бути налаштований відповідно до різноманітних специфікацій і різних систем виробництва
- Можлива стабільна якість і доступність поставок
Волокнисті біоматеріали
Коли волокна соломи витягують із соломи льону, неволокнисті частини стебла, не включаючи насіння, зазвичай називають тремтінням або хурдами. Наприклад, в олійному льоні тремтіння становить близько 70 – 85% від загальної маси соломи, що робить стружку основним побічним продуктом переробки льоняної соломи.
Ультразвуковий наноструктурований лігнін використовується для виготовлення багатофункціональних лляних тканин. За допомогою нанолігніну лляного текстилю можна створити багатофункціональний текстиль. Ці багатофункціональні текстилі мають додаткові властивості ультрафіолетового бар'єру, антибактеріальні та антистатичні властивості.