Qog'oz ishlab chiqarish uchun tsellyuloza nanofiberlarini tezlashtirilgan suvsizlantirish

Laktik kislota (LA) modifikatsiyasi bilan birgalikda sonikatsiya qog'oz ishlab chiqarish uchun tsellyuloza nanotolalarini (CNFs) suvsizlantirish jarayonini tezlashtirish uchun ekologik toza yondashuvdir. Tsellyuloza nanotolalari suvni yuqori darajada ushlab turishi bilan mashhur bo'lib, drenajlash jarayonida sezilarli kechikishlarga olib keladi, nanoqog'oz tayyorlash va boshqa nanoselüloz ilovalarida muhim qadamdir. Usul tsellyuloza gidroksil guruhlarini sonikatsiya ostida sut kislotasi bilan esterifikatsiya qilish orqali drenajlash vaqtini 75% ga, 45 daqiqadan 10 daqiqagacha qisqartiradi. Ushbu modifikatsiya, shuningdek, suspenziyaning yopishqoqligini pasaytiradi va tsellyuloza nanofiber asosidagi mahsulotlarning samaradorligi va ishlab chiqarish tezligini oshirish uchun amaliy yechim taklif qilib, sanoat miqyosida o'zini namoyon qiladi.

Sut kislotasi bilan modifikatsiyalangan tsellyuloza nanofiberlarini ultratovush yordamida tez suvsizlantirish
(O'rganish va rasm: ©Sethi va boshqalar, 2018)

Ultrasonik sut kislotasi modifikatsiyasi orqali tsellyuloza nanofiberlarining suvsizlanish samaradorligini oshirdi

Tsellyuloza nanotolalari (CNFs) qog'oz ishlab chiqarishda mustahkamlikni oshirish va reologiyani o'zgartirish kabi ko'plab afzalliklari bilan mashhur. Biroq, muhim kamchiliklardan biri tsellyuloza nanofiber suspenziyalaridan suvni to'kish uchun juda ko'p vaqt talab etiladi, bu nano qog'ozlarni tayyorlashda muhim qadamdir. Bu muammo nafaqat nanoqog'oz ishlab chiqarishga ta'sir qiladi, balki nanotsellyulozani boshqa tayyor mahsulotlarga sanoatda qayta ishlashga ham to'sqinlik qiladi. Drenajning uzoq davom etishi, birinchi navbatda, tsellyuloza nanotolasidan olingan mahsulotlarni tijoratlashtirishda to'siq bo'lgan tsellyuloza nanotolalari tomonidan yuqori suvni ushlab turish bilan bog'liq.
Quyida biz sizga Sethi va uning hamkasblari (2018) tomonidan olib borilgan ilmiy tadqiqot natijalarini taqdim etamiz, ular tsellyuloza nanotolalarining ultratovush yordamida sut kislotasi modifikatsiyasini ishlab chiqdi, bu esa CNFlarning 75% tezroq suvsizlanishiga va materialning yaxshilanishiga olib keladi.

Tsellyuloza nanofiberlarining sut kislotasi bilan ultratovush modifikatsiyasi

Ushbu muammoni hal qilish uchun tsellyuloza nanotolalari yuzasini o'zgartirish uchun sonikatsiya energiyasi va sut kislotasini (LA) o'z ichiga olgan ekologik toza, suvga asoslangan yondashuv ishlab chiqilgan. Bu usul suvsizlanish jarayonini sezilarli darajada tezlashtiradi, drenaj vaqtini 75% gacha qisqartiradi.
Modifikatsiyalash jarayoni tsellyuloza nanotolali suspenziyalarini 0,35 og'irlikdagi konsentratsiyaga suyultirish va tsellyuloza nanotolasining quruq tarkibiga nisbatan turli miqdorda sut kislotasini qo'shishni o'z ichiga oladi (tsellyuloza nanotolasining quruq tarkibidan 0,5 baravar, 1 marta, 5 baravar va 10 baravar ko'p). to'xtatib turish). Nanotolalar, suv va sut kislotasi yuqori tezlikda ishlaydigan aralashtirgich yordamida 1500 rpm tezlikda 5 daqiqa davomida aralashtiriladi va keyin titan uchi (diametri 22 mm) bilan jihozlangan Hielscher UP400S sonikatori bilan sonikatsiya qilinadi. Sonikatsiya turli energiya darajalarida o'tkaziladi, maksimal energiya 600 J / ml ni tashkil qiladi, bu 10 daqiqalik sonikatsiyaga to'g'ri keladi.

Drenaj vaqtiga ta'siri

Ultrasonik-laktik kislota modifikatsiyasi tsellyuloza nanofiber suspenziyalarining drenajlash vaqtiga katta ta'sir ko'rsatadi. Suvsizlantirish uchun mos yozuvlar suspenziyasi taxminan 45 daqiqa davom etadi. Sonikatsiya yordamida sut kislotasi modifikatsiyasidan so'ng, bu vaqt 75% yaxshilanishni ifodalovchi 10 daqiqaga qisqartiriladi. Engil sonikatsiya (5 J / ml) bilan ham, drenajlash vaqti 23 daqiqagacha ikki baravar kamayadi. Drenaj vaqti sonikatsiya energiyasining ortishi bilan kamayadi va oxir-oqibat 10 daqiqada platoga etadi.
Ushbu yaxshilanish tsellyulozaning hidrofilik gidroksil guruhlarini sut kislotasining hidrofobik qismlari bilan almashtirish bilan bog'liq. Gidroksil guruhlari birinchi navbatda yuqori suvni ushlab turish uchun javobgardir. Sut kislotasi, karboksilik guruhi bilan, sonikatsiya ostida tsellyuloza gidroksil guruhlari bilan esterifikatsiya reaktsiyasida ishtirok etishi mumkin. Sonikatsiya suyuq muhitda kimyoviy reaktsiyalarni, shu jumladan esterifikatsiyani qo'zg'atish uchun etarli bo'lgan ekstremal sharoitlarni (5000 K harorat va 1000 atm bosimi) hosil qilish uchun qulab tushadigan kichik vakuum bo'shliqlarini hosil qiladi.

Nanoqog'oz tayyorlash uchun sonikatsiya energiyasi va drenaj vaqti (daqiqalarda) (CNF (1) LA namunasiga mos keladi).
100 J / ml sonikatsiya energiyasi 100 soniya sonikatsiyaga to'g'ri keladi va hokazo.
(O'rganish va rasm: ©Sethi va boshqalar, 2018)

Tsellyuloza nanofiber suspenziyalarining viskozitesini kamaytirish

Sonikatsiya energiyasi, shuningdek, tsellyuloza nanofiber suspenziyalarining viskozitesini pasayishiga yordam beradi. Yopishqoqlik sonikatsiya energiyasiga teskari proportsional bo'lib, eng past viskozite 600 J / ml, keyin 300 J / ml va 60 J / ml da kuzatiladi. Yopishqoqlikning bu pasayishi suvsizlantirish samaradorligini oshirishga yordam beradi.

Ultrasonik tsellyuloza nanofiber modifikatsiyasining sanoat ahamiyati

Ultrasonik-laktik kislotani o'zgartirish usuli nafaqat samarali, balki sanoat ilovalariga ham mos keladi. Katta hajmli ishlov berish bilan shug'ullanadigan Hielscher zamonaviy sonikatorlari vazifani samarali bajarishi mumkin, bu usulni keng ko'lamli operatsiyalar uchun mos qiladi.
Bundan tashqari, ushbu yondashuv tsellyuloza nanotolasining og'irligi 10% gacha bo'lgan tsellyuloza nanotolasini qog'oz varaqlariga qo'shish imkonini beradi, suvsizlantirish atigi 2 daqiqada yakunlanadi, modifikatsiyalanmagan tsellyuloza nanotolalari uchun 23 daqiqa. Ushbu sezilarli yaxshilanish qog'oz ishlab chiqarishda tsellyuloza nanotolalaridan foydalanishni inqilob qilishi va ularni tijoratlashtirishdagi asosiy to'siqlardan birini engib o'tishi mumkin.

Tsellyuloza nanofiberlari va qog'oz ishlab chiqarish uchun sonikatorlar

Quyidagi jadvalda prob tipidagi sonikatorlarimizning taxminiy qayta ishlash quvvati ko'rsatilgan:

Dizayn, ishlab chiqarish va konsalting – Germaniyada ishlab chiqarilgan sifat

Hielscher ultrasonikatorlari eng yuqori sifat va dizayn standartlari bilan mashhur. Mustahkamlik va qulay foydalanish ultratovush qurilmalarimizni sanoat ob'ektlariga silliq integratsiya qilish imkonini beradi. Qo'pol sharoitlar va talabchan muhit Hielscher ultrasonikatorlari tomonidan osonlik bilan hal qilinadi.

Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatiga ega kompaniya bo'lib, eng zamonaviy texnologiya va foydalanuvchilarga qulaylik bilan ajralib turadigan yuqori samarali ultratovush apparatlariga alohida e'tibor beradi. Albatta, Hielscher ultrasonikatorlari Idoralar talablariga javob beradi va UL, CSA va RoHs talablariga javob beradi.