È stato sviluppato un versatile processo di estrusione a doppia vite per fornire un efficiente pretrattamento termo-meccanico-chimico sulla biomassa lignocellulosica, che porta ad un aumento delle proporzioni medie delle fibre. Un legante naturale può anche essere aggiunto continuamente dopo la raffinazione delle fibre, portando a pannelli in fibra a base bio-con migliori proprietà meccaniche dopo la pressatura a caldo del materiale estruso ottenuto.
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Articolo metodologico
Processo di estrusione a doppia vite per produrre pannelli in fibra rinnovabile
In questo articolo
Sommario
Abstract
È stato sviluppato un versatile processo di estrusione a doppia vite per fornire un efficiente pretrattamento termo-meccanico-chimico sulla biomassa lignocellulosica prima di utilizzarlo come fonte di rinforzo meccanico in pannelli in fibra completamente bio-based. Vari prodotti di coltura lignocellulosica sono già stati pretrattati con successo attraverso questo processo, ad esempio cannucce di cereali (in particolare riso), paglia di coriandolo, shive di paglia di lino oleaginosa e corteccia di fusti di amaranto e girasole.
Il processo di estrusione si traduce in un marcato aumento delle proporzioni medie delle fibre, portando a migliori proprietà meccaniche dei pannelli in fibra. L'estrusore a doppia vite può anche essere dotato di un modulo di filtrazione all'estremità della canna. L'estrazione continua di varie sostanze chimiche (ad esempio zuccheri liberi, emicellulosi, volatili da frazioni di olio essenziali, ecc.) dal substrato lignocellulosico e la raffinazione delle fibre possono, quindi, essere eseguite contemporaneamente.
L'estrusore può essere utilizzato anche per la sua capacità di miscelazione: un legante naturale (ad esempio, lignine Organosolv, oilcake a base proteica, amido, ecc.) può essere aggiunto alle fibre raffinate alla fine del profilo della vite. La premiscele ottenuta è pronta per essere modellata attraverso la pressatura a caldo, con il legante naturale che contribuisce alla coesione del fibratoio. Tale processo combinato in un unico passaggio estrusore migliora i tempi di produzione, i costi di produzione e può portare a una riduzione delle dimensioni di produzione dell'impianto. Poiché tutte le operazioni vengono eseguite in un unico passaggio, la morfologia delle fibre è meglio preservata, grazie a un ridotto tempo di residenza del materiale all'interno dell'estrusore, con conseguente miglioramento delle prestazioni del materiale. Tale operazione di estrusione in un'unica fase può essere all'origine di una preziosa intensificazione del processo industriale.
Rispetto ai materiali commerciali a base di legno, questi pannelli in fibra completamente bio-based non emettono alcuna formaldeide e potrebbero trovare varie applicazioni, ad esempio contenitori intermedi, mobili, pavimenti domestici, scaffalature, costruzione generale, ecc.
Introduzione
L'estrusione è un processo durante il quale un materiale che scorre viene forzato attraverso uno dao caldo. L'estrusione, quindi, consente la formazione di prodotti preriscaldati sotto pressione. Il primo estrusore industriale a vite singola apparve nel 1873. È stato utilizzato per la produzione di cavi metallici continui. Dal 1930 in poi, l'estrusione a vite singola è stata adattata all'industria alimentare per produrre salsicce e passato. Al contrario, il primo estrusore a doppia vite è stato utilizzato per la prima volta per gli sviluppi nell'industria alimentare. Non è apparso nel campo dei polimeri sintetici fino agli anni '40. A questo scopo, sono state progetta....
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Protocollo
1. Preparare le materie prime
- Utilizzare sciiti di lino oleagino, che sono il risultato di una fase preliminare di estrazione meccanica delle fibre bast dalla paglia in un dispositivo di estrazione "tutta fibra"51. Utilizzare un setaccio vibrante per rimuovere le fibre tessili corte che possono ancora contenere.
NOTA: Poiché la rimozione di queste fibre tessili corte può essere difficile, non esitare a ripetere questa operazione di setacciatura tutte le volte che è necessario. Qui, l'obiettivo è quello di migliorare il flusso del lino oleaginoso nella tramoggia dell'alimentatore di peso e, quindi, facilitarne il dosing prima della ....
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Risultati
Durante la raffinazione delle fibre di lino oleaginoso utilizzando la configurazione (fase 3.1.1), l'acqua è stata deliberatamente aggiunta con un rapporto liquido/solido pari a 1,0. Secondo i lavori precedenti25,26,27, un tale rapporto liquido/solido preserva meglio la lunghezza delle fibre raffinate all'uscita dell'estrusore a doppia vite rispetto ai rapporti inferiori, il che contribuisce contemporaneamente ad aumentare le lo.......
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Discussione
Il protocollo qui delineato descrive come elaborare l'estrusione-raffinazione delle fibre lignocellulosiche prima di utilizzarle come rinforzo meccanico in tavole rinnovabili. Qui, l'estrusore a doppia vite utilizzato è una macchina su scala pilota. Con viti di 53 mm di diametro (D), è dotato di otto moduli, ciascuno di lunghezza 4D, ad eccezione del modulo 1 che ha un 8D lunghezza, corrispondente a una lunghezza totale 36D (cioè 1.908 mm) per la canna. La sua lunghezza è abbastanza lunga da applicare al materiale lavora.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Durometro analogico | Bareiss | HP Shore Dispositivo | utilizzato per determinare la durezza superficiale Shore D dei pannelli di fibra |
| Forno per ceneri | Nabetherm | Controller B 180 | Forno utilizzato per la determinazione del contenuto di minerali |
| Essiccatore a nastro | Clextral | Evolum 600 | Essiccatore a nastro utilizzato per l'essiccazione continua degli estrusi all'uscita dell'estrusore bivite |
| Unità di estrazione a freddo | FOSS | FT 121 Fibertec | Estrattore a freddo utilizzato per determinare il contenuto di fibre all'interno di materiali solidi |
| Densitometro | MA. TEC | Densi-Tap IG/4 | Dispositivo utilizzato per determinare le densità apparenti e maschiate degli estrusi una volta essiccati |
| Miscelatore a doppia elica | Electra | MH 400 | Miscelatore utilizzato per la preparazione della miscela solida composta dai canecchi grezzi e dal panello di semi di lino plastificato per la produzione della scheda numero 12 |
| Analizzatore morfologico delle fibre | Techpap | MorFi Compact | Analizzatore utilizzato per la determinazione delle caratteristiche morfologiche dei peli raffinati per estrusione |
| Alimentatore gravimetrico a nastro | Coperion K-Tron | SWB-300-N | Alimentatore utilizzato per la quantificazione dei cantelli |
| oleosi di lino Alimentatore gravimetrico a coclea | Coperion K-Tron K-ML-KT20 | Alimentatore utilizzato per la quantificazione del panello di lino plastificato | |
| Mulino a martelli | Electra | BC P | Frantoio utilizzato per la macinazione di granuli di panello di semi di lino plastificato |
| Pressa idraulica riscaldata | Pinette Emidecau Industries | PEI 400-t | Pressa idraulica utilizzata per lo stampaggio dei pannelli di fibra mediante pressatura a caldo |
| Unità di estrazione a caldo | FOSS | FT 122 Fibertec | Estrattore a caldo utilizzato per la determinazione del contenuto di fibre e idrosolubili all'interno di materiali solidi |
| Software | di analisi delle immaginiNational Institutes of Health | ImageJ | Software utilizzato per la determinazione delle caratteristiche morfologiche dei canacchi |
| paglia di lino oleaginosa | Ovalie Innovation | , N/A | Materia prima fornita per il lavoro sperimentale |
| Pompa a pistone | Clextral DKM | , Super MD-PP-63 | Pompa utilizzata per la quantificazione e l'iniezione dell'acqua |
| Scanner | Toshiba | e-Studio 257 | Scanner utilizzato per scattare un'immagine di canaspi grezzi in livello di grigio |
| Alimentatore laterale | Clextral | E36 | Alimentatore utilizzato per forzare l'introduzione del panello di semi di lino plastificato all'interno del fusto (a livello del modulo 5) per la configurazione (b) |
| Analizzatore termogravimetrico | Shimadzu | TGA-50 | Analizzatore utilizzato per condurre l'analisi termogravimetrica dei solidi in lavorazione |
| Estrusore bivite | Clextral | Evolum HT 53 | Estrusore bivite su scala pilota co-rotante e co-penetrante con una lunghezza totale di 36D (D è il diametro della vite, cioè 53 mm) |
| Forno universale | Memmert | UN30 | Forno utilizzato per la determinazione del contenuto di umidità |
| Macchina di prova universale | Instron | 33R4204 | Macchina di prova utilizzata per determinare le proprietà di flessione dei pannelli di fibra |
| Forno ventilato | Francia Etuves | XL2520 | Forno utilizzato per l'essiccazione discontinua degli estrusi all'uscita dell'estrusore bivite |
| Setacciatore | vibrante RITEC | RITEC 600 | Setacciatore utilizzato per la setacciatura del panello di semi di lino plastificato |
| Setacciatore vibrante | RITEC | RITEC 1800 | Setacciatore utilizzato per la rimozione delle fibre corte di rafia intrappolate all'interno dei cangili oleosi di lino |
Riferimenti
- Martelli, F. G. Twin-screw extruders: a basic understanding. , Vans Nostrand Reinhold Company. New York. (1983).
- Evon, P., Vandenbossche, V., Candy, L., Pontalier, P. Y., Rouilly, A. Twin-screw extrusion: a ke....
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Ristampe e permessi
