Name: Twin-Screw Extrusieproces om hernieuwbare vezelplaten te produceren (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-01-27T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 21 s
Description: Leer twin-screw extrusie voor thermo-mechanische voorbehandeling van lignocellulosische biomassa met continue toevoeging van natuurlijke bindmiddelen. Deze methode verbetert de vezelaspectratio en mechanische eigenschappen van hernieuwbare vezelplaten.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

1. Bereid de grondstoffen voor
<ol><li>Gebruik oliehoudende vlasschaar, die het resultaat is van een voorstadium van mechanische extractie van de bastvezels uit stro in een "all fiber" extractieapparaat51. Gebruik een vibrerende zeef om korte textielvezels te verwijderen die ze nog kunnen bevatten. OPMERKING: Aangezien het verwijderen van deze korte textielvezels moeilijk kan zijn, aarzel dan niet om deze zeefbewerking zo vaak als nodig te herhalen. Hier is het doel om de stroom van de oliehoudende vlasschoften in de trechter van de gewichtsvoeder te verbeteren en daarom hun dosering te vergemakkelijken voordat ze in de twin-screw extruder worden gebracht.</li>
	<li>Gebruik een geplastificeerde lijnzaadcake, verkregen door het destructeren/plastificeren van de eiwitten volgens de methodologie beschreven door Rouilly et al.18. OPMERKING: Hierdoor vertonen de eiwitten betere thermoplastische en kleefkracht.</li>
	<li>Maal de agrogranulaat van geplastificeerde lijnzaadcake met behulp van een hamermolen met een rooster van 1 mm en zeef vervolgens het vermalen materiaal dat is verkregen om alleen de deeltjes kleiner dan 500 μm vast te houden.</li>
</ol>2. Controleer de goede werking van de feeders met constant gewicht en de zuigerpomp
<ol><li>Voor de debieten waarmee de operator tijdens de productie werkt, gekozen om verstopping van de machine te voorkomen (15 kg/h voor oliehoudende vlassnuinen (OFS), en van 1,50 kg/h tot 3,75 kg/h voor geplastificeerde lijnzaadcake), controleert u de overeenstemming tussen de ingestelde waarde die is ingevoerd bij de twee feeders met constant gewicht en de vaste stroomsnelheden die echt door deze doseerapparaten worden verdeeld. OPMERKING: Het werkelijke vaste debiet wordt experimenteel bepaald door de massa van de vaste stof gedurende een bekende periode (5 min) door de constante gewichtsaanvoerunit te wegen. Als er een significante afwijking is tussen de ingestelde waarde en het werkelijke gemeten debiet, kan dit wijzen op een storing van de weegvoeder. Om dit te voorkomen, moet de gehele doseerunit grondig worden gereinigd, met bijzondere nadruk op het gebied waar het weegapparaat zich bevindt. In feite is de oorzaak van dit type storing heel vaak een slechte reiniging van het apparaat, omdat sporen van eerder gebruikte vaste stoffen in de kleinste hoeken van de doseerunit te vinden zijn. Als het probleem aanhoudt, is het dan noodzakelijk om de juiste meting van het evenwicht zelf te controleren en, indien nodig, opnieuw te kalibreren.</li>
	<li>Kalibreer de zuigerpomp om een verband te leggen tussen het elektrische vermogen van de motor en het werkelijke waterdebiet dat door de pomp wordt verdeeld. OPMERKING: Voor elk getest elektrisch vermogen wordt het werkelijke waterdebiet experimenteel bepaald door de massa van het water dat door de zuigerpomp wordt verdeeld gedurende een bekende periode (5 minuten) te wegen. Vijf verschillende elektrische krachten worden getest om de kalibratiecurve te tekenen. Het hoogste geteste elektrische vermogen wordt zo gekozen dat het een hoger waterdebiet levert dan tijdens de productie is gekozen.</li>
	<li>Nadat de kalibratie van de pomp is uitgevoerd, controleert u op het waterdebiet waarmee de bediener tijdens de productie werkt (15 kg/h om verstopping van de machine te voorkomen met behoud van de lengte van de extrusie-geraffineerde vezels) de overeenstemming tussen de ingestelde waarde die aan de zuigerpomp wordt gegeven voor het motorvermogen en het daadwerkelijk verdeelde waterdebiet.</li>
</ol>3. Bereid de twin-screw extruder voor
<ol><li>Plaats de twin-screw extrudermodules (AB1-GG-8D, FER en ABF types) correct door ze achter elkaar aan te sluiten (door middel van twee halve klemmen) in de juiste volgorde volgens de te gebruiken machineconfiguratie:<ol>
<li>Stel de configuratie in waarvoor alleen de vezeldefibratie plaatsvindt (figuur 1A).</li>
		<li>U kunt ook de configuratie instellen die wordt voltooid met de toevoeging van het natuurlijke bindmiddel (figuur 1B). OPMERKING: Voor beide configuraties wordt de eerste module gebruikt voor de introductie van oleaginous vlassjives. Dit is een type AB1-GG-8D module, die een 8D lengte, D overeenkomend met de schroefdiameter (d.w.z. 53 mm). De grote bovenste opening van deze module is in de eerste plaats bedoeld om de introductie van de shives te vergemakkelijken. Modules 2 t/m 8 zijn temperatuurgestuurd. Het zijn gesloten modules (type FER), behalve module 5 in het geval van configuratie (stap 3.1.2), die van het ABF-type is (d.w.z. module uitgerust met een zijopening om de aansluiting te garanderen van de zijaanvoerunit die wordt gebruikt om de introductie van de geplastificeerde lijnzaadcake in het hoofdvat te forceren). De zijaanvoerunit bestaat uit twee co-roterende en mede-penetrerende Archimedean schroeven van constante toonhoogte en geconjugeerd profiel.</li>
	</ol></li>
	<li>Plaats de waterinlaatleiding zijdelings aan het einde van module 2 om de zuigerpomp op de machine aan te sluiten.</li>
	<li>Zet de schroefelementen (figuur 2) die nodig zijn voor het instellen van het schroefprofiel opzij, hetzij degene die wordt gebruikt voor de configuratie (stap 3.1.1) of degene die wordt gebruikt voor de configuratie (stap 3.1.2) (Figuur 3). OPMERKING: Zorg ervoor dat dit de juiste schroefelementen zijn door hun type (T2F, C2F, C1F, CF1C, BB of INO0), lengte, toonhoogte (voor de transport- en omgekeerde schroefelementen) en hun onthutsende hoek (voor de BB-mengblokken) zorgvuldig te controleren.</li>
	<li>Stel het schroefprofiel (afbeelding 3) in door de schroefelementen langs de twee splined assen te plaatsen, van het eerste paar tot het laatste paar. OPMERKING: De schroefprofielen die worden gebruikt voor de twee geteste configuraties, zijn verschillend en beide zijn het resultaat van eerdere optimalisatie25,26,27.</li>
	<li>Let er bij het monteren van het schroefprofiel op dat de draden van de schroefelementen die net op de splined assen zijn geplaatst altijd perfect zijn uitgelijnd met de eerder gemonteerde elementen.</li>
	<li>Zodra het gehele schroefprofiel is gemonteerd, schroeft u met de hand de schroefpunten aan het einde van de twee assen, sluit u de loop van de machine volledig en draait u de twee schroefpunten vast aan het door de fabrikant aanbevolen aanhaalmoment (30 daN m voor de twin-screw extruder die in dit onderzoek wordt gebruikt) met behulp van een momentsleutel.</li>
	<li>Als de loop van de machine gedeeltelijk is heropend, d.w.z. met de assen over een afstand van ongeveer 1D in de loop, draait u de schroeven op lage snelheid (max. 25 tpm) om ervoor te zorgen dat het hele schroefprofiel correct is gemonteerd. OPMERKING: In het geval van een onjuiste installatie van de schroefelementen (bijv. de verkeerde uitlijning voor een van hen), zal versnelde slijtage van de schroefelementen onvermijdelijk in acht worden genomen. Bij het testen van de rotatie van beide assen met de loop van de machine bijna volledig open, resulteert dit in het aanraken van de assen elkaar op het punt van het verkeerd gepositioneerde schroefelement.</li>
	<li>Sluit de loop van de machine volledig af, zodat beide assen volledig in de loop vastzitten.</li>
	<li>Zodra de loop gesloten is, klemt u deze met halve klemmen aan de machine en zorgt u er met behulp van een vlakke tester voor dat de loop perfect horizontaal is. OPMERKING: Als de loop van de twin-screw extruder niet perfect horizontaal is, kan dit leiden tot voortijdige slijtage door slijtage van de schroefelementen en/of de binnenwanden van de loop.</li>
	<li>Plaats de randapparatuur (de gewichtsaanvoerunits voor de twee in te voeren vaste stoffen en de zuigerpomp voor het te injecteren water) op de vereiste plaatsen langs de loop: boven module 1 voor de feeder die wordt gebruikt voor de oliehoudende vlasschrijven, boven de trechter van de zijvoeder (zelf zijdelings verbonden met module 5) voor degene die wordt gebruikt voor de geplastificeerde lijnzaadcake (alleen geval van configuratie (stap 3.1.2) en aan het einde van module 2 voor de waterinjectie.</li>
</ol>4. Voer de extrusiebehandeling met twee schroeven uit volgens configuratie (stap 3.1.1) of configuratie (stap 3.1.2)
<ol><li>Voer onder toezicht van de machine de ingestelde temperaturen van elk van de modules in en start de temperatuurregeling van het vat: voor configuratie (stap 3.1.1), 25 °C voor de voedingsmodule (module 1) en 110 °C voor de volgende; voor configuratie (stap 3.1.2), 25 °C voor module 1, 110 °C voor de raffinagezone (modules 2 tot en met 4) en 80 °C voor de voormengsels (modules 5 tot en met 8). OPMERKING: De temperatuurregeling van het vat wordt afzonderlijk van de ene module naar de andere uitgevoerd door (i) verwarming met twee resistieve halve klemmen die rond elke module zijn bevestigd, en (ii) koeling door koud water in de module te laten circuleren. Een 25 °C is bevoorrecht voor de voedingsmodule. Voor een efficiënte raffinage van de vezels heeft een temperatuur van 110 °C de voorkeur. Een temperatuur van 80 °C is voldoende voor het voormengsel. Aangezien de raffinage- en voormengselzones zich beide langs verschillende modules bevinden, krijgen alle modules in dezelfde zone dezelfde ingestelde temperatuur toegewezen.</li>
	<li>Wacht op de stabiliteit van de gemeten temperaturen en zorg ervoor dat deze temperaturen gelijk zijn aan de ingestelde punten. OPMERKING: De gemeten temperaturen worden op het bedieningspaneel van de machine gegeven. Om een tweede regeling van deze temperaturen te garanderen, is het ook mogelijk om ze te meten met een infraroodthermometer ter hoogte van elke module langs de loop.</li>
	<li>Draai langzaam aan de schroeven (d.w.z. max. 50 tpm). OPMERKING: Voortijdige schurende slijtage van de schroefelementen en de binnenwanden van de loop kan optreden als de schroeven te snel draaien terwijl de machine leeg is.</li>
	<li>Voer de twin-screw extruder voorzichtig met water (5 kg/h debiet).</li>
	<li>Wacht ongeveer 30 s tot er water uitkomt aan het einde van het vat.</li>
	<li>Begin vervolgens met het introduceren van de oleaginous vlassjives in module 1 met een debiet van 3 kg / h en wacht (ongeveer 1 minuut) tot de vaste stof uit de extruder komt.</li>
	<li>Verhoog geleidelijk (ten minste in drie opeenvolgende stappen) de snelheid van de schroeven, vervolgens het waterdebiet en ten slotte het rillingsdebiet totdat de gewenste instelpunten zijn bereikt: respectievelijk 150 tpm, 15 kg/h en 15 kg/h (tabel 1). OPMERKING: Deze setpoints zijn in eerdere studies bepaald en zijn het resultaat van de optimalisatie van het proces25,26,27.</li>
	<li>Wacht op de stabilisatie van de machine door de evolutie van de elektrische stroom die door de motor in de loop van de tijd wordt verbruikt te volgen (variatie van de elektrische stroom niet meer dan 5% ten opzichte van de gemiddelde waarde van 125 A). OPMERKING: De stabilisatietijd ligt meestal tussen de 10 en 15 minuten.</li>
	<li>Alleen voor configuratie (stap 3.1.2) begint u met het introduceren van de geplastificeerde lijnzaadcake bij 0,50 kg/h zodra de machine zich in ampère heeft gestabiliseerd na de shives en watertoevoeging aan de gewenste ingestelde waarden. Verhoog vervolgens het debiet van de geplastificeerde lijnzaadcake in ten minste drie opeenvolgende stappen tot het gewenste instelpunt (van 1,50 kg/h tot 3,75 kg/h, wat overeenkomt met waarden tussen 10% en 25% massaprocent ten opzichte van de shives) (tabel 1).</li>
	<li>Zodra de elektrische stroom die door de twin-screw extrudermotor wordt verbruikt perfect stabiel is, moet u ervoor zorgen dat het temperatuurprofiel dat langs de loop wordt gemeten, in overeenstemming is met de door de bediener opgegeven ingestelde waarden en vervolgens beginnen met het bemonsteren van de geëxtrudeerde shives voor configuratie (stap 3.1.1) of de premix voor configuratie (stap 3.1.2) aan de uitlaat. OPMERKING: Om het apparaat niet te verstoppen, moet de stroom die door de motor wordt getrokken altijd onder de grenswaarde blijven (d.w.z. 400 A voor de in dit onderzoek gebruikte twin-screw extruder op proefschaal). Daarom moet worden gecontroleerd of deze grenswaarde niet wordt bereikt tijdens de gehele oplopende fase van de stroming en tijdens de bemonstering. Als het koelsysteem van de machine tijdens de productie niet in staat is om de temperatuur van ten minste één module op de ingestelde waarde te houden, kan dit het gevolg zijn van een onjuist schroefprofiel (d.w.z. te beperkende schroefelementen op deze locatie), wat een lokale zelfverwarming van het behandelde materiaal veroorzaakt. Het is dan noodzakelijk om er bijvoorbeeld door middel van een thermogravimetrische analyse (TGA) van de te verwerken vaste stof voor te zorgen dat deze temperatuur geen vezelafbraak veroorzaakt.</li>
	<li>Zorg er tijdens het hele bemonsteringsproces voor dat de machinetoevoer probleemloos is door regelmatig de effectieve invoer van vaste stoffen en water in de loop van de machine te controleren. OPMERKING: Een stabiele ampère van de stroom die door de motor van de twin-screw extruder gedurende de gehele bemonsteringstijd wordt getrokken, is een bevestiging van een stabiele voeding van de machine.</li>
	<li>Schakel aan het einde van de productie de twee vaste doseerunits en de zuigerpomp uit.</li>
	<li>Leeg de machine terwijl u de draaisnelheid van de schroeven geleidelijk verlaagt tot 50 tpm.</li>
	<li>Wanneer er niets uit het vatuiteinde komt, reinigt u de binnenkant van de loop van de twin-screw extruder met veel water, in grote overmaat van module 1 geïntroduceerd, terwijl de schroeven nog steeds draaien bij 50 tpm. Voeg water toe totdat de vaste resten volledig verdwijnen aan de uitlaat van het vat. Stop vervolgens de rotatie van de schroeven en schakel de verwarmingsregelaar van de machine uit.</li>
</ol>5. Droog en conditioneer de resulterende extrudaten (d.w.z. extrusie geraffineerde shives of premix)
<ol><li>Wanneer de extrudaten niet onmiddellijk na het extrusieproces met twee schroeven in vezelplaten mogen worden gegoten, droog ze dan met een hete luchtstroom tot een vochtigheid tussen 8% en 12% vóór hun conditionering. Gebruik hiervoor een eenvoudige geventileerde oven of, in het geval van grote hoeveelheden extrudaat die moeten worden gedroogd, een continue riemdroger. OPMERKING: Bij een dergelijke vochtigheid kunnen de extrudaten worden geconditioneerd zonder het risico van schimmel- of schimmelgroei in de loop van de tijd. De verpakking moet worden uitgevoerd in perfect afgesloten plastic zakken, die op een droge plaats moeten worden bewaard.</li>
	<li>Droog de extrudaten met hete luchtstroom tot een luchtvochtigheid tussen 3% en 4% wanneer vezelplaatgieten onmiddellijk na het extrusieproces met twee schroeven plaatsvindt. OPMERKING: Eerdere studies toonden aan dat een vochtgehalte van 3% tot 4% van de te warm te persen vaste stof ideaal is om ontgassingsverschijnselen aan het einde van het gieten te beperken. Wanneer het optreedt en het niet wordt gecontroleerd, kan ontgassing defecten (bijv. blaren of scheuren) in de vezelplaat veroorzaken, en deze defecten hebben een negatieve invloed op de mechanische weerstand26,27,31,32. Wanneer heet persen wordt uitgevoerd nadat de extrudaten zijn opgeslagen in luchtdichte plastic zakken met een vochtgehalte van 8% tot 12%, moeten ze verder worden gedroogd, d.w.z. tot 3%-4%, voordat ze worden gevormd.</li>
</ol>6. Vorm de vezelplaten door hete persen
OPMERKING: De bedrijfsomstandigheden voor warm persen zijn gekozen op basis van eerdere studies26,27,31,32.
<ol><li>Verwarm de mal voor. Plaats vervolgens het vaste materiaal dat heet moet worden geperst in de mal. Verwarm dit vaste materiaal ten slotte 3 minuten voor voordat u de druk uitoefent. OPMERKING: Voor alle geproduceerde vezelplaten vertegenwoordigt het aandeel shives in de te vormen mix een massa van 100 g wanneer de gebruikte mal vierkant van vorm is en met 15 cm zijkanten.</li>
	<li>Oefen een druk van 30 MPa toe met de ruwe shives en 10 MPa, 20 MPa of 30 MPa met de geëxtrudeerde (Tabel 2).</li>
	<li>Stel de schimmeltemperatuur in op 200 °C. OPMERKING: Omdat de temperatuur de kwaliteit (vooral de buigeigenschappen) van de verkregen planken9,26,27,28,31,32sterk beïnvloedt, is het belangrijk om de schimmeltemperatuur te controleren met een infraroodthermometer op zowel de mannelijke als de vrouwelijke delen.</li>
	<li>Stel de vormtijd in op 150 s.</li>
	<li>Maak verschillende vezelplaten met verschillende inhoud van geplastificeerde lijnzaadcake (van 0% tot 25%) met behulp van de extrusie-geraffineerde vezels verkregen door twin-screw extrusie via configuratie (stap 3.1.1) of een van de drie premixen verkregen via configuratie (stap 3.1.2) (Tabel 1 en Tabel 2).</li>
	<li>Als referentie, produceer ook twee extra vezelplaten op basis van de ruwe OFS, een zonder de toevoeging van exogene bindmiddel (bordnummer 11) en de andere met de toevoeging van 25% (w / w) van geplastificeerde lijnzaadcake (bordnummer 12) (Tabel 2). OPMERKING: Voor deze twee platen zijn de vormomstandigheden hetzelfde, d.w.z. 200 °C voor de matrijstemperatuur, 150 s voor de vormtijd en 30 MPa voor de uitgeoefende druk.</li>
</ol>7. Conditioneer en karakteriseer de vezelplaten
<ol><li>Zodra de vezelplaten zijn geproduceerd, plaatst u ze in een klimaatkamer bij 60% relatieve vochtigheid en 25 °C totdat een constant gewicht is bereikt. OPMERKING: De vezelplaten worden dan geconditioneerd en gestabiliseerd in termen van vochtigheid.</li>
	<li>Snijd de vezelplaten in testmonsters. OPMERKING: Het meest geschikte gereedschap voor het zagen van vezelplaten is een verticale lintzaag.</li>
	<li>Ga vanuit de testmonsters verder met de karakterisering van de vezelplaten met behulp van gestandaardiseerde tests voor buigeigenschappen (ISO 16978:2003-norm), Shore D-oppervlaktehardheid (ISO 868:2003-norm), interne bindingssterkte (ISO 16260:2016-norm) en watergevoeligheid na onderdompeling in water gedurende 24 uur (ISO 16983:2003-norm).</li>
	<li>Vergelijk de voor de vezelplaten gemeten eigenschappen met de aanbevelingen van de Franse norm gewijd aan de specificaties voor spaanplaten (NF EN 312) om het mogelijke gebruik ervan te bepalen.</li>
</ol>

De auteurs hebben niets bekend te maken.

Het hier beschreven protocol beschrijft hoe de extrusie-raffinage van lignocellulosische vezels kan worden verwerkt voordat ze worden gebruikt als mechanische versterking in hernieuwbare platen. Hier is de gebruikte twin-screw extruder een pilot scale machine. Met schroeven met een diameter van 53 mm (D) is het uitgerust met acht modules, elk 4D lang, behalve module 1 met een 8D lengte, overeenkomend met een totale lengte van 36D (d.w.z. 1.908 mm) voor het vat. De lengte is lang genoeg om op het verwerkte materiaal de op...

Extrusie is een proces waarbij een stromend materiaal door een hete matrijs wordt geperst. Extrusie maakt het daarom mogelijk om voorverwarmde producten onder druk te vormen. De eerste industriële single-screw extruder verscheen in 1873. Het werd gebruikt voor de vervaardiging van metalen doorlopende kabels. Vanaf 1930 werd extrusie met één schroef aangepast aan de voedingsmiddelenindustrie om worsten en verleden te produceren. Omgekeerd is de eerste twin-screw extruder voor het eerst gebruikt voor ontwikkelingen in de voedingsmiddelenindustrie. Het verscheen pas in de jaren 1940 op het gebied van synthetische polymeren. Voor dit doel werden nieuwe machines ontworpen en hun werking werd ook gemodelleerd1. Er werd een systeem met co-penetrerende en co-roterende schroeven ontwikkeld, waardoor het mengen en extrusie tegelijkertijd kon worden uitgevoerd. Sindsdien heeft de extrusietechnologie zich voortdurend ontwikkeld door het ontwerpen van nieuwe soorten schroeven. Tegenwoordig maakt de voedingsindustrie uitgebreid gebruik van twin-screw extrusie, hoewel het duurder is dan single-screw extrusie, omdat twin-screw extrusie toegang geeft tot meer uitgewerkte materiaalverwerking en eindproducten. Het wordt met name gebruikt voor extrusie-koken van zetmeelrijke producten, maar ook voor het texturing van eiwitten en de vervaardiging van voeder voor gezelschapsdieren en visvoer.
Meer recentelijk heeft twin-screw extrusie zijn toepassingsgebied uitgebreid tot de thermomechano-chemische fractionering van plantaardig materiaal2,3. Dit nieuwe concept heeft geleid tot de ontwikkeling van echte reactoren die in één stap in staat zijn plantenaangelegenheden te transformeren of te fractioneren, tot de afzonderlijke productie van een extract en een raffinaat door vloeistof/vaste scheiding2,3,4. De werkzaamheden van het Laboratorium voor Agro-industriële Chemie (LCA) hebben de vele mogelijkheden van de twin-screw technologie voor de fractionering en valorisatie van agroresources2,3benadrukt . Enkele voorbeelden zijn: 1) De mechanische persing en/of "groene" oplosmiddelextractie van plantaardige olie5,6,7,8,9,10. 2) De extractie van hemicelluloses11,12, pectines13, eiwitten14,15, en polyfenolische extracten16. 3) De enzymatische afbraak van plantencelwanden voor de productie van bio-ethanol van de tweede generatie17. 4) De productie van biocomposietmaterialen met eiwit18 of polysacharide19 matrices. 5) De productie van thermoplastische materialen door het mengen van granen, en bio-based polyesters20,21. 6) De productie van biocomposieten door het samenstellen van een thermoplastisch polymeer, al dan niet biobased, en plantenvullers22,23. 7) De defibration van lignocellulosic materialen voor het produceren van document pulp13,24,en vezelplaten25,26,27,28,29,30,31,32.
De twin-screw extruder wordt vaak beschouwd als een continue thermo-mechano-chemische (TMC) reactor. Inderdaad, het combineert in een enkele stap chemische, thermische en, ook, mechanische acties. De chemische resulteert in de mogelijkheid om vloeibare reagentia op verschillende punten langs het vat te injecteren. De thermische is mogelijk door de thermische regeling van het vat. Ten slotte hangt de mechanische af van de keuze van de schroefelementen langs het schroefprofiel.
Voor de defibratie van lignocellulosische materialen om vezelplaten te produceren, hebben de meest recente werken rijststro25,28,korianderstro26,29,oliehoudende vlassnuves27 en zonnebloem30,32 en amarant31 schorsen gebruikt. Het huidige belang van lignocellulosische biomassa voor een dergelijke toepassing (d.w.z. mechanische versterking) wordt verklaard door de regelmatige uitputting van bosbronnen die worden gebruikt voor de productie van materialen op basis van hout. Gewasresten zijn goedkoop en kunnen op grote schaal beschikbaar zijn. Bovendien worden huidige houtdeeltjes gemengd met petrochemische harsen die giftig kunnen zijn. Vaak goed voor meer dan 30% van de totale kosten van de huidige commerciële materialen33, dragen sommige harsen bij tot de uitstoot van formaldehyde en verminderen zij de luchtkwaliteit binnenshuis34. De onderzoeksinteresse is verschoven naar het gebruik van natuurlijke bindmiddelen.
Lignocellulosische biomassa bestaat voornamelijk uit cellulose en hemicelluloses en vormt een heterogeen complex. Hemicelluloses zijn geïmpregneerd met lagen lignines die een driedimensionaal netwerk vormen rond deze complexen. Het gebruik van lignocellulosische biomassa voor de vervaardiging van vezelplaten vereist over het algemeen een defibratievoorbehandeling. Hiervoor is het noodzakelijk om de lignines af te breken die cellulose en hemicelluloses beschermen. Mechanische, thermische en chemische35 of zelfs enzymatische36,37,38 voorbehandelingen moeten worden toegepast. Deze stappen verhogen ook de zelfhechting van vezels, wat de productie van bindmiddelloze platen27 kan bevorderen, zelfs als meestal een exogene bindmiddel wordt toegevoegd.
Het primaire doel van voorbehandelingen is het verbeteren van het deeltjesgrootteprofiel van micrometrische vezels. Een eenvoudige slijping biedt de mogelijkheid om de vezelgrootte27,39,40te verminderen. Goedkoop, het draagt bij aan het verhogen van het vezelspecifieke oppervlak. De componenten van de binnenste celwand worden toegankelijker en de mechanische eigenschappen van de verkregen panelen worden verbeterd. De efficiëntie van defibratie wordt aanzienlijk verhoogd wanneer thermomechanische pulp wordt geproduceerd, bijvoorbeeld door vergisting plus defibratie41, uit verschillende pulpprocessen42 of door stoomexplosie43,44,45,46,47. Meer recent heeft LCA een originele voorbehandeling van lignocellulosische vezels ontwikkeld met behulp van twin-screw extrusie25,26,27,28,29,30,31,32. Na TMC-defibratie maakt de extruder ook de homogene dispersie van een natuurlijk bindmiddel in vezels mogelijk. De resulterende premix is klaar om warm te worden geperst in vezelplaten.
Tijdens de defibratie van rijststro werd extrusie met dubbele schroeven vergeleken met een spijsvertering plus defibratieproces25. De extrusiemethode bracht een aanzienlijk lagere kosten aan het licht, d.w.z. negen keer lager dan de pulpmethode. Bovendien wordt de hoeveelheid toegevoegd water verminderd (1,0 maximale vloeistof/vaste verhouding in plaats van 4,0 min met de pulpmethode) en wordt ook een duidelijke toename van de gemiddelde beeldverhouding van geraffineerde vezels (21,2-22,6 in plaats van 16,3-17,9) waargenomen. Deze vezels bieden een sterk verbeterd mechanisch versterkingsvermogen. Dit werd aangetoond voor vezelplaten op basis van rijststro, waarbij zuivere niet-verslechterde lignine (bijv. Biolignine) werd gebruikt als bindmiddel (tot 50 MPa voor buigsterkte en 24% voor diktezwelling na 24 uur onderdompeling in water)28.
De interesse van TMC-defibratie in twin-screw extruder is ook bevestigd met korianderstro26. De beeldverhouding van geraffineerde vezels varieert van 22,9-26,5 in plaats van slechts 4,5 voor eenvoudig gemalen vezels. 100% op koriander gebaseerde vezelplaten werden verkregen door aan de extrusie-geraffineerde rietjes een cake uit het zaad toe te voegen als eiwitbinder (40% in massa). Hun buigsterkte (tot 29 MPa) en vooral hun weerstand tegen water (tot 24% dikte zwelling) werden aanzienlijk verbeterd in vergelijking met panelen gemaakt van eenvoudig gemalen stro. Bovendien stoten deze panelen geen formaldehyde uit en zijn ze bijgevolg milieu- en mensvriendelijker dan vezelplaat met gemiddelde dichtheid (MDF) en spaanplaat29 die klassiek op de markt worden aangetroffen.
Evenzo werden panelen volledig op basis van amarant31 en zonnebloem32, die extrusie-geraffineerde vezels uit schors als versterking en zaadcake als eiwitbinder combineerden, met succes geproduceerd. Ze vertoonden buigsterktes van respectievelijk 35 MPa en 36 MPa. Hun waterbestendigheid bleek echter lager te zijn: respectievelijk 71% en 87% voor diktezwelling. Zelfgebonden panelen op basis van extrusie-geraffineerde shives uit oliehoudende vlasstro kunnen ook worden verkregen27. In dit geval is het de ligneous fractie, vrijgegeven tijdens de twin-screw TMC defibration, die bijdraagt aan de zelfbinding. Verkregen hardboards vertonen echter een lagere mechanische sterkte (slechts 12 MPa buigsterkte) en een zeer hoge dikte zwelling (127%).
Alle hierboven gepresenteerde geëxtrudeerde panelen op basis van vezels kunnen industriële toepassingen vinden en zijn daarom duurzame alternatieven voor de huidige commerciële materialen op basis van hout. Volgens de iso-eisen (International Organization for Standardization)48,49,50zijn hun specifieke toepassingen afhankelijk van hun mechanische en watergevoeligheidskenmerken.
In dit artikel wordt de procedure beschreven om lignocellulosische vezels te extruderen en te verfijnen voordat ze worden gebruikt als mechanische versterking in hernieuwbare platen. Ter herinnering, dit proces vermindert de hoeveelheid water die moet worden toegevoegd in vergelijking met traditionele pulpmethoden, en het verbruikt ook minder energie25. Dezelfde tweeschroefsmachine kan ook worden gebruikt voor het toevoegen van een natuurlijk bindmiddel aan vezels.
Meer specifiek wordt een gedetailleerd overzicht gepresenteerd voor het uitvoeren van de twin-screw extrusie-raffinage van shives uit oleaginous vlas(Linum usitatissimum L.) stro. Het stro dat in deze studie werd gebruikt, werd commercieel verkregen. Het was van de Everest-variëteit en de planten werden in 2018 in het zuidwesten van Frankrijk gekweekt. In dezelfde extruderpas kan ook een geplastificeerde lijnzaadcake (gebruikt als exogene bindmiddel) in het midden van het vat worden toegevoegd en vervolgens intiem worden gemengd met de verfijnde shives langs de tweede helft van het schroefprofiel. Een homogeen mengsel met de vorm van een pluizig materiaal wordt verzameld bij de uitlaat van de machine. De eenstaps TMC-bewerking wordt uitgevoerd met behulp van een proefschaalmachine. Ons doel is om een gedetailleerde procedure te bieden voor de operators om de extrusie-raffinage van shives goed uit te voeren, en vervolgens de caketoevoeging. Na deze bewerking is het verkregen premix klaar voor latere vervaardiging van 100% oleaginous vlasgebaseerde hardboards met behulp van hete persing.

<table><tbody><tr><td>Analoge durometer</td><td>Bareiss</td><td>HP Shore</td><td>Apparaat gebruikt voor het bepalen van de Shore D-oppervlaktehardheid van vezelplaten</td></tr><tr><td>Asoven</td><td>Nabetherm</td><td>Controller B 180</td><td>Oven gebruikt voor de bepaling van het mineraalgehalte</td></tr><tr><td>Banddroger</td><td>Clextral</td><td>Evolum 600</td><td>Banddroger gebruikt voor het continu drogen van extrudaten bij de uitgang van de dubbelschroefsextruder</td></tr><tr><td>Koude extractie-eenheid</td><td>FOSS</td><td>FT 121 Fibertec</td><td>Koude extractor gebruikt voor het bepalen van het vezelgehalte in vaste materialen</td></tr><tr><td>Dichtheidmeter</td><td>MA.TEC</td><td>Densi-Tap IG/4</td><td>Apparaat gebruikt voor het bepalen van de schijnbare en aangeklopte dichtheden van extrudaten na droging</td></tr><tr><td>Dubbel-helixmixer</td><td>Electra</td><td>MH 400</td><td>Mixer gebruikt voor het bereiden van het vaste mengsel gemaakt van de ruwe schillen en de geplastificeerde vlaskoek voor het produceren van bord nummer 12</td></tr><tr><td>Vezelmorfologie-analysator</td><td>Techpap</td><td>MorFi Compact</td><td>Analysator gebruikt voor het bepalen van de morfologische kenmerken van extrusie-geraffineerde schillen</td></tr><tr><td>Gravimetrische bandvoeder</td><td>Coperion K-Tron</td><td>SWB-300-N</td><td>Voeder gebruikt voor de kwantificering van de olieachtige vlasschillen</td></tr><tr><td>Gravimetrische schroefvijver</td><td>Coperion K-Tron</td><td>K-ML-KT20</td><td>Voeder gebruikt voor de kwantificering van de geplastificeerde vlaskoek</td></tr><tr><td>Hamermolen</td><td>Electra</td><td>BC P</td><td>Knipper gebruikt voor het malen van korrels gemaakt van geplastificeerde vlaskoek</td></tr><tr><td>Verwarmde hydraulische pers</td><td>Pinette Emidecau Industries</td><td>PEI 400-t</td><td>Hydraulische pers gebruikt voor het vormen van vezelplaten door middel van heet persen</td></tr><tr><td>Hete extractie-eenheid</td><td>FOSS</td><td>FT 122 Fibertec</td><td>Hete extractor gebruikt voor het bepalen van het wateroplosbare en vezelgehalte in vaste materialen</td></tr><tr><td>Beeldanalysesoftware</td><td>National Institutes of Health</td><td>ImageJ</td><td>Software gebruikt voor het bepalen van de morfologische kenmerken van ruwe schillen</td></tr><tr><td>Oliehoudende vlasstro</td><td>Ovalie Innovation</td><td>N/A</td><td>Grondstof geleverd voor het experimentele werk</td></tr><tr><td>Zuigerpomp</td><td>Clextral DKM</td><td>Super MD-PP-63</td><td>Pomp gebruikt voor de waterkwantificering en -injectie</td></tr><tr><td>Scanner</td><td>Toshiba</td><td>e-Studio 257</td><td>Scanner gebruikt voor het maken van een afbeelding van ruwe schillen in grijstinten</td></tr><tr><td>Zijvoeder</td><td>Clextral</td><td>E36</td><td>Voeder gebruikt om de introductie van de geplastificeerde vlaskoek in de vat (op het niveau van module 5) te forceren voor configuratie (b)</td></tr><tr><td>Thermogravimetrische analysator</td><td>Shimadzu</td><td>TGA-50</td><td>Analysator gebruikt voor het uitvoeren van de thermogravimetrische analyse van de te verwerken vaste stoffen</td></tr><tr><td>Dubbelschroefsextruder</td><td>Clextral</td><td>Evolum HT 53</td><td>Co-roterende en co-penetrerende pilootschaal dubbelschroefsextruder met een totale lengte van 36D (D is de schroefdiameter, d.w.z. 53 mm)</td></tr><tr><td>Universele oven</td><td>Memmert</td><td>UN30</td><td>Oven gebruikt voor de bepaling van het vochtgehalte</td></tr><tr><td>Universele testmachine</td><td>Instron</td><td>33R4204</td><td>Testmachine gebruikt voor het bepalen van de buigeigenschappen van vezelplaten</td></tr><tr><td>Geventileerde oven</td><td>France Etuves</td><td>XL2520</td><td>Oven gebruikt voor het discontinu drogen van extrudaten bij de uitgang van de dubbelschroefsextruder</td></tr><tr><td>Trillende zeefschudder</td><td>RITEC</td><td>RITEC 600</td><td>Zeefschudder gebruikt voor het zeven van de geplastificeerde vlaskoek</td></tr><tr><td>Trillende zeefschudder</td><td>RITEC</td><td>RITEC 1800</td><td>Zeefschudder gebruikt voor het verwijderen van korte bastvezels die vastzitten in de olieachtige vlasschillen</td></tr></tbody></table>

twin-screw extrusieproces om hernieuwbare vezelplaten te produceren

Twin-Screw Extrusion Process to Produce Renewable Fiberboards

Een veelzijdig extrusieproces met twee schroeven om een efficiënte thermomechano-chemische voorbehandeling op lignocellulosische biomassa te bieden voordat het wordt gebruikt als bron van mechanische versterking in volledig biogebaseerde vezelplaten, werd ontwikkeld. Verschillende lignocellulosische gewasbijproducten zijn al met succes voorbehandeld via dit proces, bijvoorbeeld graanrietjes (vooral rijst), korianderstro, shives van oliedoornachtig vlasstro en schors van zowel amarant- als zonnebloemstelen.
Het extrusieproces resulteert in een duidelijke toename van de gemiddelde vezelverhouding, wat leidt tot verbeterde mechanische eigenschappen van vezelplaten. De twin-screw extruder kan ook worden uitgerust met een filtratiemodule aan het einde van de loop. De continue extractie van verschillende chemicaliën (bijv. vrije suikers, hemicelluloses, vluchtige stoffen uit etherische oliefracties, enz.) uit het lignocellulosische substraat en de vezelraffinage kunnen daarom tegelijkertijd worden uitgevoerd.
De extruder kan ook worden gebruikt voor zijn mengcapaciteit: een natuurlijk bindmiddel (bijv. Organosolv lignins, oliecakes op basis van eiwitten, zetmeel, enz.) kan worden toegevoegd aan de geraffineerde vezels aan het einde van het schroefprofiel. De verkregen premix is klaar om te worden gegoten door middel van heet persen, waarbij het natuurlijke bindmiddel bijdraagt aan de cohesie van vezelplaat. Een dergelijk gecombineerd proces in een enkele extruderpass verbetert de productietijd, productiekosten en kan leiden tot een vermindering van de productiegrootte van de installatie. Omdat alle bewerkingen in één stap worden uitgevoerd, wordt vezelmorfologie beter bewaard, dankzij een kortere verblijftijd van het materiaal in de extruder, wat resulteert in verbeterde materiaalprestaties. Een dergelijke extrusieoperatie in één stap kan aan de oorsprong staan van een waardevolle intensivering van het industriële proces.
In vergelijking met commerciële materialen op houtbasis stoten deze volledig biogebaseerde vezelplaten geen formaldehyde uit en kunnen ze verschillende toepassingen vinden, bijvoorbeeld tussencontainers, meubels, huishoudelijke vloeren, rekken, algemene constructie, enz.

Tijdens de vezelraffinage van oleaginous vlas shives met behulp van configuratie (stap 3.1.1), werd water opzettelijk toegevoegd met een vloeistof / vaste verhouding gelijk aan 1,0. Volgens eerdere werken25,26,27behoudt een dergelijke vloeistof / vaste verhouding beter de lengte van de geraffineerde vezels bij de twin-screw extruder-uitlaat dan lagere verhoudingen, wat tegelijkertijd bijdraagt aan een toename van hun gemiddelde ...

Er werd een veelzijdig extrusieproces met twee schroeven ontwikkeld om een efficiënte thermomechanochemische voorbehandeling op lignocellulosische biomassa te bieden, wat leidt tot een verhoogde gemiddelde vezelverhouding. Een natuurlijk bindmiddel kan ook continu worden toegevoegd na vezelraffinage, wat leidt tot biogebaseerde vezelplaten met verbeterde mechanische eigenschappen na het hete persing van het verkregen geëxtrudeerde materiaal.

Twin-Screw Extrusieproces om hernieuwbare vezelplaten te produceren

A versatile twin-screw extrusion process to provide an efficient thermo-mechano-chemical pre-treatment on lignocellulosic biomass before using it as ...

Deze twin-screw extrusietechnologie kan worden gebruikt om continu en efficiënt de voorbehandeling van lignocellulosische biomassa's voorafgaand aan vezelplaatvorming uit te voeren. De homogene thermomechanische pulp wordt geproduceerd tegen lage kosten en met een verminderd volume water. En de veelzijdigheid van extrusie maakt de toevoeging van een natuurlijk bindmiddel in één keer mogelijk.Het gebruik van het vochtgehalte op gecombineerde temperatuur is een sleutel voor een succesvolle extrusie met dubbele schroeven van lignocellulosische vezels. Je begint dus altijd met een teveel aan water, dan verminder je de hoeveelheden tot je de gewenste textuur krijgt. Omdat het proces echt gevoelig ligt, moeten we op alle zintuigen vertrouwen.Dus de video voegt zicht en gehoor toe aan het papier, ruikt en raakt in de nabije toekomst. Laurent Labonne, een ingenieur in mijn laboratorium, demonstreert de procedure. Laurent wordt bijgestaan door Saif Ullah Khan, een promovendus in het lab.Begin met het gebruik van halve klemmen om de twin-screw extrudermodules alleen in de juiste configuratie voor vezeldefibratie aan te sluiten. Plaats de waterinlaatpijp zijdelings aan het einde van module tw

twin-screw-extrusion-process-to-produce-renewable-fiberboards

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

De verdamping van een Sacrificial Component (Vasc) proces wordt gebruikt om microvasculaire structuren fabriceren. Deze procedure maakt gebruik van opofferende poly (melkzuur) zuur vezels om holle microchannels vormen met nauwkeurige 3D geometrische positionering door het laser micromachined geleidingsplaten.

Proces van het maken van drie-dimensionale Microstructuren behulp Verdamping van een Sacrificial Component

We presenteren een nieuwe werkwijze voor het vervaardigen stijve en robuuste korte natuurlijke vezel preforms met behulp van een papierfabricage proces. Bacteriële cellulose fungeert tegelijkertijd als bindmiddel voor de losse vezels en geeft stijfheid aan de vezel preforms. Deze preforms kunnen worden toegediend met een hars om echt groen hiërarchische composieten te produceren.

Productie Van Robuuste Natural Fiber Preformen Gebruik makend Bacteriële Cellulose als Binder

Er wordt een procedure voor thermochemische omzetting van biomassaresten gepresenteerd die gericht is op het maximaliseren van de opbrengst van vloeibare producten (snelle pyrolyse). Het is gebaseerd op een technologie die op industriële schaal bewezen is en vooral geschikt is voor het verwerken van stroachtige biomassa.

Snelle pyrolyse van biomassa residuen in een Twin-schroef Mengen Reactor

De zijstroom van plantaardige olie productie van Crambe abyssinica heeft een beperkte waarde. Het doel van deze studie was werkwijzen voor het extruderen materialen op basis van deze zijstroom vinden, waaruit blijkt dat producten met een hogere waarde kan worden geproduceerd. De extrudaten bleken veelbelovende eigenschappen.

Filmextrusie van Crambe abyssinica / Tarwegluten Blends

Een protocol om bloot blote vezels op het samengestelde oppervlak door het elimineren van hars rijk gebied wordt gepresenteerd. De vezels worden tijdens de fabricage van de composieten, niet door de oppervlakte na de behandeling blootgesteld. De blootgestelde koolstof composieten vertonen hoge elektrische geleidbaarheid in de richting van de via-dikte en hoge mechanische eigenschap.

Experimentele implementatie van een nieuwe methode van de samengestelde Fabrication: bloot blote vezels op het samengestelde oppervlak door de zachte laag-methode

Deze studie toont multi materiële additive manufacturing (ben) met behulp van gesmolten gloeidraad fabricage (FFF) van roestvrij staal en Zirkonia.

Gesmolten gloeidraad fabricage (FFF) van metaal-keramische onderdelen

Een protocol voor additieve productie met hernieuwbare fotopolymeer harsen op een stereolithography-apparaat wordt gepresenteerd.

Stereolithographic 3D printen met hernieuwbare acrylaten

Delignified gedensificeerde hout vertegenwoordigt een nieuw veelbelovend lichtgewicht, hoogwaardig en biobased materiaal met een groot potentieel om in de toekomst gedeeltelijk te vervangen door natuurlijk vezelversterkte of glasvezelversterkte composieten. Hier presenteren we twee veelzijdige fabricage routes en demonstreren we de mogelijkheid om complexe composietonderdelen te maken.

Fabricage en ontwerp van op hout gebaseerde hoogwaardige composieten

Er is aangetoond dat secundaire materiaalstromen potentiële grondstoffen voor de productie bevatten. Hier wordt een protocol gepresenteerd waarin CDW-plastic afval als grondstof wordt geïdentificeerd, gevolgd door verschillende verwerkingsstappen (agglomeratie, extrusie). Als gevolg hiervan werd een composietmateriaal geproduceerd en werden mechanische eigenschappen geanalyseerd.

Het effect van bouw- en sloopafval plastic fracties op hout-polymeer composiet eigenschappen

Een voorbeeld van een closed-loop benadering van een circulaire materialeneconomie wordt hier beschreven. Een hele duurzame cyclus wordt gepresenteerd waarbij biobased semi-aromatische polyesters worden ontworpen door polymerisatie, depolymerisatie en vervolgens opnieuw worden gepolymeriseerd met slechts kleine veranderingen in hun opbrengst of uiteindelijke eigenschappen.

Ontworpen voor moleculaire recycling: een lignine-afgeleid semi-aromatisch biobased polymeer

Deze studie beschrijft een superkritische kooldioxideschuimmethode voor de bereiding van koolstofvezel en bamboevezelversterkt poly (butyleenadipataat-co-tereftalaat) schuim.

Bereiding van koolstofvezel en bamboevezel versterkt poly (butyleenadipadipaat-co-tereftalaat) schuim door superkritisch kooldioxideschuim

Leer twin-screw extrusie voor thermo-mechanische voorbehandeling van lignocellulosische biomassa met continue toevoeging van natuurlijke bindmiddelen. Deze methode verbetert de vezelaspectratio en mechanische eigenschappen van hernieuwbare vezelplaten.

Twin-Screw Extrusieproces om hernieuwbare vezelplaten te produceren

Meer video's verkennen