Als am häufigsten in der Natur erneuerbares Polymermaterial hat Cellulose aufgrund seiner Abbaubarkeit, Biokompatibilität und hervorragenden mechanischen Eigenschaften ein großes Potenzial für grüne Verpackungen, neue Energie, Biomedizin und andere Felder. Natürliche Cellulose hat jedoch zwei Kernprobleme aufgrund seines hochkristallisierten Wasserstoffbindungsnetzes und der dichten Struktur:
Unlösliche und niedrige Aktivität: In herkömmlichen Lösungsmitteln schwer zu zerstreuen, unzureichende chemische Reaktionsaktivität, begrenzende funktionelle Modifikation;
Herkömmlicher Prozessgutgpass: Obwohl mechanische Behandlungen wie Ballmahlen und Hochgeschwindigkeitsschur teilweise defibrieren können, haben sie Defekte wie hoher Energieverbrauch (Verarbeitungskosten steigen um 30%bis 50%), eine breite Partikelgrößenverteilung (Spannwertwert beträgt häufig> 1,5) und leicht zu thermischem Abbau zu verursachen, was zu einer schlechten Produktstabilität und der begrenzten Anwendungsszenarien leicht zu verursachen ist.
Wie man die strukturellen Barrieren natürlicher Cellulose durchbricht und eine präzise Defibration und einheitliche Dispersion auf Nanoebene erreicht, ist zu einem wichtigen technischen Problem geworden, das die Branche dringend überwinden muss.
Technologische Innovation: Ein störender Durchbruch bei der Mikrofluidisierung
Die Homogenisierungstechnologie für die Mikrofluidisierung nimmt die Dynamik der ultrahoch hohen Druckflüssigkeit als Kernprinzip. Es treibt Cellulosepulpa durch hohen Druck von 100 bis 420 mPa an, um Überschall-Jets in Kanälen auf Mikronebene zu bilden. Es verwendet die dreifachen Auswirkungen von Kollisionsscherung, Kavitationseffekt und turbulenter Störung, um eine gerichtete Dissoziation und die Dispersion auf Nanoebene des Cellulose-Wasserstoffbindungsnetzwerks zu erreichen. Im Vergleich zu traditionellen Prozessen umfassen die erheblichen Vorteile:
Genau kontrollierbare Prozessparameter: Druck und Anzahl der Zyklen können unabhängig voneinander angepasst werden, um sich an die strukturellen Eigenschaften von Cellulose aus verschiedenen Quellen (wie Holz, Bambus, Algen) anzupassen und die Gradientenfaser von Mikron zu Nanometer auf Nanometerebene zu faserieren.
Hocheffizienz und Effizienz der Verarbeitung mit geringer Konsumation: Im Rahmen des gleichen Verarbeitungseffekts wird der Energieverbrauch im Vergleich zum Ballmahlungsprozess um mehr als 60% verringert, und es sind keine chemischen Additive erforderlich, was dem Trend der grünen Herstellung entspricht.
Hervorragende Produkt-Homogenität: Agglomerate werden durch starkes Scheren zerstört, und die Verteilung der Produktpartikelgrößen ist eng (der Spannwert kann nur 0,8 oder darunter sein), und die Stabilität wird um das 3-5-fache verbessert, wobei die Grundlage für hochwertige Anwendungen festgelegt wird.
Experimentelle Überprüfung: Daten sind Zeugen der technischen Stärke
Um den Regulationseffekt der Mikrofluidisierungshomogenisierungstechnologie auf Cellulose zu überprüfen, verwendete ein Forschungsteam 260 mPA/1 -Zyklus und 300 mPa/19 -Zyklusprozesse zur Behandlung von Cellulose -Pulpa und im Vergleich zur unbehandelten Probe (Kontrollgruppe) wurden die folgenden Schlüsseldaten erhalten:
1..
Die mediane Partikelgröße (D50): Die Kontrollgruppe betrug 83,23 Nm, und die Versuchsgruppe fiel auf 46,68 nm, eine Abnahme von 44%, was darauf hinweist, dass die Partikelgröße um fast die Hälfte reduziert wurde;
Partikelgrößenverteilung Gleichmäßigkeit: Quantifiziert nach Spannwert ((D90-D10)/D50), die Kontrollgruppe betrug 1,48 (breite Verteilung), und die experimentelle Gruppe fiel auf 0,84 (schmale Verteilung), und die Gleichmäßigkeit wurde durch 43%verbessert, was das unebene Problem von "großen Partikelnagglomerien und kleinen Partikeln in traditionellen Problemen" vollständig löste.
2. Optimierung der Mikrostruktur
Rasterelektronenmikroskop -Bilder (SEM) zeigen, dass die Cellulose in der Kontrollgruppe eine grobe Faserbündelstruktur mit einer glatten Oberfläche und einer offensichtlichen Agglomeration aufweist. Die Faserbündel in der experimentellen Gruppe werden vollständig in Fibrillen im Nano-Maßstab mit einer porösen Oberfläche und einer spezifischen Oberfläche um das 2-3-fache erhöht, was eine ideale Grenzfläche zum Laden funktioneller Moleküle (wie Arzneimittel und Katalysatoren) bietet.
Anwendungsszenarien: Entsperren des Mehrwerts von Cellulose
Die Homogenisierungstechnologie der Mikrofluidisierung gibt Cellulose -Nanomaterialien die folgende Kernwettbewerbsfähigkeit und fördert innovative Anwendungen in mehreren Bereichen:
Grüne Verbundwerkstoffe: Als Verstärkungsphase zur Zubereitung von hochfesten biologischen Kunststoffen für Lebensmittelverpackungen und leichten Automobilteile werden die mechanischen Eigenschaften um mehr als 50%verbessert.
Energiespeicherfeld: Die hohe spezifische Oberfläche und die Ionenleitfähigkeit von Nanocellulose können für Festkörper-Batterieelektrolyte und Superkondensatorelektrodenelektrodenmaterialien verwendet werden.
Biomedizinische Anwendungen: Einheitlich dispergierte Nanocellulose kann verwendet werden, um kontrollierbare und abbaubare Arzneimittelträger und Tissue Engineering -Gerüste mit ausgezeichneter Biokompatibilität und keinem chemischen Rückstandsrisiko herzustellen.
Umweltwasserbehandlung: Durch die Modifikation der Oberflächenfunktionalisierung kann Nanocellulose als effizientes Adsorbens verwendet werden, um Schwermetallionen und organische Schadstoffe in Wasser zu entfernen.
Mit der Weiterentwicklung der "Dual Carbon" -Ziele ist die grüne und hochwertige Entwicklung von Materialien auf Cellulosebasis zu einem unvermeidlichen Trend geworden. Die Homogenisierungstechnologie der Mikrofluidisierung mit ihrer Präzision, Effizienz und Umweltfreundlichkeit bietet einen neuen Weg für Cellulose, von "Ressourcen" zu "funktionellem Material" zu springen. Derzeit hat die Technologie die Abschlussarbeit in der Laborphase erreicht und verwandelt sich allmählich in die industrielle Produktion. Es wird erwartet, dass die traditionelle Cellulose -Verarbeitungsbranche untergräbt und die Innovation und Modernisierung der globalen Technologie für erneuerbare Materie fördert.