Ультразвукове виробництво наноструктурованої целюлози

Наноцелюлоза, видатна високопродуктивна добавка, набула поширення завдяки своїм різноманітним застосуванням як модифікатор реології, армуючий агент і ключовий компонент у різних передових матеріалах. Ці наноструктуровані фібрили, отримані з будь-якого джерела, що містить целюлозу, можуть бути ефективно ізольовані за допомогою високотужного ультразвукового гомогенізування та млинового подрібнення. Цей процес, відомий як ультразвукова обробка, значно покращує фібриляцію, що призводить до вищого виходу наноцелюлози та виробництва більш тонких, вужчих волокон. Ультразвукова технологія перевищує традиційні методи виробництва завдяки здатності генерувати екстремальні високі зсувні сили кавітації, що робить її винятковим інструментом для виробництва наноцелюлози.

Ультразвукове виробництво наноцелюлози

Високотужний ультразвук сприяє екстракції та ізоляції мікро- та наноцелюлози з різних джерел целюлозних матеріалів, таких як деревина, лігноцелюлозні волокна (волокна целюлозної маси) та залишки, що містять целюлозу.
Щоб звільнити рослинні волокна з вихідного матеріалу, ультразвукове подрібнення та гомогенізація є потужним і надійним методом, який дозволяє обробляти дуже великі обсяги. Целюлозна маса подається в проточний сонореактор, де високі зсувні сили ультразвуку руйнують клітинну структуру біомаси, так що фібрилярна речовина стає доступною.

На рисунку 1 нижче показано зображення ПЕМ «Невисушеної бавовни» (NDC), підданої ферментативному гідролізу та обробленої ультразвуком за допомогою Hielscher соникатора зондового типу UP400S протягом 20 хвилин.
[Bittencourt et al. 2008]

На рисунку 2 нижче показано зображення СЕМ плівки віскози, підданої ферментативному гідролізу, з наступною ультразвуковою обробкою за допомогою Hielscher соникатора моделі UP400S.
[Bittencourt et al. 2008]

Ультразвукову обробку наноцелюлози також можна успішно поєднувати з обробкою волокон, окислених TEMPO. У процесі TEMPO нановолокна целюлози виробляються за допомогою системи окиснення з використанням 2,2,6,6-тетраметилпіперидиніл-1-оксилу (TEMPO) як каталізатора, а також броміду натрію (NaBr) та гіпохлориту натрію (NaOCl). Дослідження довели, що ефективність окиснення значно покращується, коли окиснення проводиться під дією ультразвукового опромінення.

Ультразвукова дисперсія наноцелюлози

Дисперсії наноцелюлози демонструють надзвичайну реологічну поведінку завдяки високій в’язкості при низьких концентраціях наноцелюлози. Це робить наноцелюлозу дуже цікавою добавкою як реологічний модифікатор, стабілізатор і гелеутворювач для різних застосувань, наприклад, у покриттях, паперовій або харчовій промисловості. Щоб проявити свої унікальні властивості, наноцелюлоза повинна бути
Ультразвукове диспергування є ідеальним методом для отримання дрібнодисперсної, індивідуально диспергованої наноцелюлози. Оскільки наноцелюлоза має високу псевдопластичність, високотужний ультразвук є переважною технологією для формування наноцелюлозних суспензій, оскільки зв’язування високотужного ультразвуку в рідинах створює екстремальні зсувні сили.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукову кавітацію в рідинах!
Після синтезу нанокристалічної целюлози наноцелюлозу часто ультразвуково диспергують у рідкому середовищі, наприклад, у неполярному або полярному розчиннику, такому як диметилформамід (DMF), для формування кінцевого продукту (наприклад, нанокомпозитів, реологічних модифікаторів тощо). Оскільки нановолокна целюлози (CNF) використовуються як добавки в багатьох формуляціях, надійне диспергування є критично важливим. Ультразвукова обробка виробляє стабільні та однорідно дисперговані фібрили.

Ультразвукова самозбірка нанокристалів целюлози

Ультразвукова обробка відіграє важливу роль у синтезі та обробці нанокристалів целюлози (CNC), руйнуючи агрегати, отримані в результаті гідролізу, диспергуючи пучки та створюючи більш однорідні суспензії з відтворюваними взаємодіями частинок. Хоча CNC зазвичай отримують за допомогою кислотного гідролізу, отриманий матеріал часто містить кластерні домени, які можуть перешкоджати надійному самозбиранню та призводити до варіабельності реологічних та оптичних властивостей від партії до партії. Застосування контрольованої ультразвукової енергії після синтезу покращує якість дисперсії та допомагає стандартизувати морфологію CNC, що є критично важливим для стабільного холестеричного впорядкування, передбачуваної поведінки гелеутворення та масштабованого виробництва функціональних матеріалів на основі CNC. Дізнайтеся більше про ультразвукове стимулювання самозбирання CNC!

Ультразвукове покращення зневоднення нановолокон целюлози

Ультразвукове зневоднення нановолокон целюлози – це передова технологія, яка значно підвищує ефективність видалення води – роблячи нановолокна целюлози надзвичайно привабливою добавкою для виробництва нанопергаменту. Нановолокна целюлози зазвичай потребують тривалого зневоднення через високу здатність до утримання води. Застосування ультразвукових хвиль прискорює цей процес завдяки генерації інтенсивних кавітаційних сил, які руйнують водну матрицю та сприяють швидшому та одноріднішому видаленню води. Це не лише скорочує час сушіння, а й покращує структурну цілісність та механічні властивості отриманих нановолокон целюлози, роблячи цей метод надзвичайно ефективним для виробництва високоякісного нанопергаменту та інших наноматеріалів.
Дізнайтеся більше про ультразвукове зневоднення нанопергаменту!

Промислове виробництво нановолокон целюлози за допомогою потужного ультразвуку

Hielscher Ultrasonics пропонує комплексний асортимент потужних та надійних ультразвукових рішень, від малих лабораторних ультразвукових гомогенізаторів до великомасштабних промислових систем, ідеальних для комерційної обробки нановолокон целюлози. Ключова перевага промислових соникаторів Hielscher зондового типу полягає в їхній здатності забезпечувати оптимальні ультразвукові умови через проточні сонореактори, які доступні в різних розмірах та геометріях. Ці реактори гарантують, що ультразвукова енергія подається послідовно та однорідно на матеріал целюлози, що призводить до кращих результатів обробки.

Настільні соникатори Hielscher, такі як UIP1000hdT, UIP2000hdT та UIP4000hdT, здатні виробляти кілька кілограмів нановолокон целюлози на день, що робить їх придатними для потреб середньомасштабного виробництва. Для великомасштабного комерційного виробництва повністю промислові установки, такі як UIP10000 та UIP16000hdT, можуть обробляти великі масові потоки, забезпечуючи ефективне виробництво високих обсягів нановолокон целюлози.

Однією з найважливіших переваг ультразвукових систем Hielscher є їхня лінійна масштабованість. Як настільні, так і промислові ультразвукові гомогенізатори можна встановлювати в кластери, забезпечуючи практично необмежену потужність обробки, що робить їх ідеальним вибором для операцій, що вимагають високої пропускної здатності та надійної продуктивності у виробництві нановолокон целюлози.