Ультразвукове виробництво наноструктурованої целюлози

Наноцелюлоза, чудова високоефективна добавка, здобула популярність завдяки своєму універсальному застосуванню 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 високопотужної ультразвукової гомогенізації та подрібнення. Цей процес, відомий як ультразвук, значно посилює фібриляцію, що призводить до більшого виходу наноцелюлози та утворення тонших і тонших волокон. Ультразвукова технологія перевершує традиційні методи виробництва завдяки своїй здатності генерувати екстремальні кавітаційні високі сили зсуву, що робить її винятковим інструментом для виробництва наноцелюлози.

Ультразвукове виробництво наноцелюлози

Ультразвук високої потужності сприяє екстракції та виділенню мікро- та нано-целюлози з різних джерел целюлозних матеріалів, таких як деревина, лігноцелюлозні волокна (волокна целюлози) та залишки, що містять целюлозу.
Для звільнення рослинних волокон від вихідного матеріалу використовується ультразвук Шліфувальні і Гомогенізації є потужним і надійним методом, що дозволяє обробляти дуже великі обсяги. Пульпа подається в вбудований сонореактор, де ультразвукові високозсувні сили розривають клітинну структуру біомаси, завдяки чому фібрильна речовина стає доступною.

На малюнку 1 нижче показано зображення TEM “Ніколи не висушена бавовна” (НВД) піддається ферментативному гідролізу і ультразвуковий Зондовий звуковий апарат Hielscher UP400S протягом 20 хвилин.
[Bittencourt et al. 2008]

На малюнку 2 нижче показано SEM зображення плівки віскози, що піддається ферментативному гідролізу з подальшим ультразвуковим дослідженням з Звуковий апарат Hielscher моделі UP400S.
[Bittencourt et al. 2008]

Ультразвукова обробка наноцелюлози також може бути успішно поєднана з обробкою TEMPO-оксидованого волокна. У TEMPO-процесі нановолокна целюлози виробляються системою окислення з використанням 2,2,6,6-тетраметилпієридиніл-1-оксилу (TEMPO) як каталізатора, а також броміду натрію (NaBr) і гіпохлориту натрію (NaOCl). Дослідженнями доведено, що ефективність окислення значно підвищується при проведенні окислення під ультразвуковим опроміненням.

Ультразвукова дисперсія наноцелюлози

Дисперсії наноцелюлози демонструють надзвичайну реологічну поведінку завдяки високій в'язкості при низьких концентраціях наноцелюлози. Це робить наноцелюлозу дуже цікавою добавкою в якості реологічного модифікатора, стабілізатора і геланту для різних застосувань, наприклад, в покритті, папері або харчовій промисловості. Щоб виразити свої унікальні властивості, наноцелюлоза повинна бути
Ультразвукове диспергування є ідеальним методом отримання дрібнодисперсної однодисперсної наноцелюлози. Оскільки наноцелюлоза має високу здатність до зсуву, енергетичний ультразвук є кращою технологією для створення наноцелюлозних суспензій, оскільки з'єднання високопотужного ультразвуку з рідинами створює екстремальні сили зсуву.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукову кавітацію в рідинах!
Після синтезу нанокристалічної целюлози наноцелюлозу часто ультразвуковим способом диспергують у рідкому середовищі, наприклад, у неполярному або полярному розчиннику, такому як диметилформамід (DMF), для створення кінцевого продукту (наприклад, нанокомпозити, реологічний модифікатор тощо) Оскільки КНФ використовуються як добавки в різноманітних рецептурах, надійне диспергування має вирішальне значення. При ультразвуковому дослідженні утворюються стабільні і рівномірно дисперсні фібрили.

Ультразвукове покращене зневоднення целюлозних нановолокон

Ультразвукове зневоднення нановолокон целюлози з ультразвуковим посиленням – це передова методика, яка значно підвищує ефективність видалення води – що робить целюлозні нановолокна дуже привабливою добавкою для виробництва нанопаперу. Наноцелюлозні волокна, як правило, вимагають трудомісткого зневоднення через свою високу здатність утримувати воду. Застосовуючи ультразвукові хвилі, цей процес прискорюється за рахунок генерації інтенсивних кавітаційних сил, які порушують водну матрицю і сприяють більш швидкому і рівномірному витісненню води. Це не тільки скорочує час сушіння, але й покращує структурну цілісність і механічні властивості отриманих целюлозних нановолокон, що робить його високоефективним методом у виробництві високоякісних нанопаперів та інших наноматеріалів.
Дізнайтеся більше про ультразвукове зневоднення нанопаперу!

Промислове виробництво наноцелюлози з використанням енергетичного ультразвуку

Hielscher Ultrasonics пропонує широкий спектр потужних і надійних ультразвукових рішень, від невеликих ультразвукових апаратів лабораторного масштабу до великомасштабних промислових систем, ідеальних для комерційної переробки наноцелюлози. Ключова перевага промислових зондових ультразвукових апаратів Hielscher полягає в їх здатності забезпечувати оптимальні ультразвукові умови за допомогою проточних соноракторів, які бувають різних розмірів і геометрії. Ці реактори гарантують, що енергія ультразвуку подається послідовно та рівномірно на матеріал целюлози, що призводить до чудових результатів обробки.

Настільні ультразвукові апарати Hielscher, такі як UIP1000hdT, UIP2000hdT і UIP4000hdT, здатні виробляти кілька кілограмів наноцелюлози щодня, що робить їх придатними для потреб середнього виробництва. Для великомасштабного комерційного виробництва повноцінні промислові установки, такі як UIP10000 та UIP16000HDT, можуть обробляти великі масові потоки, що дозволяє ефективно виробляти великі обсяги наноцелюлози.

Однією з найбільш значущих переваг ультразвукових систем Hielscher є їх лінійна масштабованість. Як настільні, так і промислові ультразвукові апарати можуть бути встановлені в кластерах, забезпечуючи практично необмежену обчислювальну потужність, що робить їх ідеальним вибором для операцій, що вимагають високої пропускної здатності та надійної роботи у виробництві наноцелюлози.