Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Yenilenebilir Fiberboard Üretmek için İki Vidalı Ekstrüzyon Prosesi

Published: January 27, 2021 doi: 10.3791/62072
Automatic Translation
1, 1, 1,2,3, 3, 1, 1
1Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (LCA), Université de Toulouse, INRAE, INPT, 2Balochistan University of Information Technology, Engineering and Management Sciences, 3Laboratoire Génie de Production (LGP), Université de Toulouse, INPT

Summary

Lignoselülozik biyokütle üzerinde verimli bir termo-mekano-kimyasal ön işlem sağlamak için çok yönlü bir çift vidalı ekstrüzyon işlemi geliştirilmiştir ve bu da ortalama fiber en boy oranının artmasına neden olur. Doğal bir bağlayıcı, fiber rafine edildikten sonra sürekli olarak eklenebilir ve elde edilen ekstrüde malzemenin sıcak preslenilmesinden sonra geliştirilmiş mekanik özelliklere sahip biyo bazlı fiberboardlara yol açabilir.

Abstract

Tamamen biyo-bazlı fiberboardlarda mekanik takviye kaynağı olarak kullanmadan önce lignoselülozik biyokütle üzerinde verimli bir termo-mekano-kimyasal ön işlem sağlamak için çok yönlü bir çift vidalı ekstrüzyon işlemi geliştirilmiştir. Tahıl pipetleri (özellikle pirinç), kişniş samanı, oleaginous keten samanından tüyler ve hem amaranth hem de ayçiçeği saplarının kabuğu gibi çeşitli lignoselülozik mahsul yan ürünleri bu işlemden başarıyla geçmiştir.

Ekstrüzyon işlemi, ortalama fiber en boy oranında belirgin bir artışa neden olur ve fiberboardların mekanik özelliklerinin iyileştirilmesine neden olur. İkiz vidalı ekstrüder, namlunun ucunda bir filtrasyon modülü ile de donatılabilir. Lignoselülozik substrattan çeşitli kimyasalların (örneğin, serbest şekerler, hemiselülozlar, uçucu yağ fraksiyonlarından uçucu maddeler vb.) sürekli çıkarılması ve lif rafine edilmesi aynı anda gerçekleştirilebilir.

Ekstrüder karıştırma yeteneği için de kullanılabilir: vida profilinin sonundaki rafine liflere doğal bir bağlayıcı (örneğin, Organosolv ligninleri, protein bazlı yağ kekleri, nişasta vb.) eklenebilir. Elde edilen premiks, fiberboard uyumuna katkıda bulunan doğal bağlayıcı ile sıcak presleme yoluyla kalıplandırılmaya hazırdır. Tek bir ekstrüder geçişinde böyle bir kombine işlem üretim süresini, üretim maliyetini iyileştirir ve bitkisel üretim boyutunun azalmasına neden olabilir. Tüm işlemler tek bir adımda gerçekleştirildiği için, ekstrüder içindeki malzemenin oturma süresinin azalması sayesinde fiber morfolojisi daha iyi korunur ve bu da gelişmiş malzeme performanslarına neden olur. Bu tür tek adımlı ekstrüzyon işlemi, değerli bir endüstriyel süreç yoğunlaşmasının kökeninde olabilir.

Ticari ahşap bazlı malzemelerle karşılaştırıldığında, bu tamamen biyo bazlı fiberboardlar herhangi bir formaldehit yaymaz ve ara kaplar, mobilya, ev döşemesi, raf, genel inşaat vb.

Introduction

Ekstrüzyon, akan bir malzemenin sıcak bir kalıptan zorlandığı bir işlemdir. Bu nedenle ekstrüzyon, önceden ısıtılmış ürünlerin basınç altında oluşturulmasına izin eder. İlk endüstriyel tek vidalı ekstrüder 1873'te ortaya çıktı. Metalik sürekli kabloların üretimi için kullanılmıştır. 1930'dan itibaren, sosis ve geçmiş üretmek için gıda endüstrisine tek vidalı ekstrüzyon uyarlandı. Tersine, ilk çift vidalı ekstrüder ilk olarak gıda endüstrisindeki gelişmeler için kullanılmıştır. 1940'lara kadar sentetik polimerler alanında görünmedi. Bu amaçla, yeni makineler tasarlanmış ve bunların çalışması da modellenmiştir1. Karıştırma ve ekstrüzyonların aynı anda gerçekleştirilebilmesini sağlayan, birlikte nüfuz eden ve birlikte dönen vidalara sahip bir sistem geliştirildi. O zamandan beri, ekstrüzyon teknolojisi yeni vida türlerinin tasarımı ile sürekli olarak gelişmiştir. Bugün, gıda endüstrisi ikiz vidalı ekstrüzyondan daha pahalı olmasına rağmen, ikiz vidalı ekstrüzyondan daha ayrıntılı malzeme işleme ve nihai ürünlere erişime izin verdiği için ikiz vidalı ekstrüzyondan kapsamlı bir şekilde yararlanmaktadır. Özellikle nişastalı ürünlerin ekstrüzyon-pişirmesi, aynı zamanda proteinlerin dokulanması ve evcil hayvan yemi ve balık yemi üretimi için kullanılır.

Daha yakın zamanda, çift vidalı ekstrüzyon, uygulama alanının bitki maddesi2,3'üntermo-mekano-kimyasal fraksiyonasyonuna genişletildiğini görmüştür. Bu yeni konsept, bir özün ayrı üretimine ve sıvı / katı ayırma ile bir raffinate kadar tek bir adımda tesis meselelerini dönüştürebilen veya fraksiyone edebilen gerçek reaktörlerin geliştirilmesine yol açmıştır2,3,4. Agro-endüstriyel Kimya Laboratuvarı'nda (LCA) yürütülen çalışmalar, agroresources2,3'ünfraksiyonasyonu ve valörizasyonu için çift vida teknolojisinin birden fazla olanaklarını vurgulamıştır. Örneklerden bazıları şunlardır: 1) Bitkisel yağın mekanik presleme ve/ veya "yeşil" çözücü ekstraksiyonu5,6,7,8,9,10. 2) Hemiselülozların ekstraksiyonu11,12, pektinler13, proteinler14,15ve polifenolik özler16. 3) İkinci nesil biyoetanol üretimi için bitki hücre duvarlarının enzymatic bozulması17. 4) Protein18 veya polisakkarit19 matrisli biyokompozit malzemelerin üretimi. 5) Tahıllar ve biyo bazlı polyesterler karıştırılarak termoplastik malzemelerin üretimi20,21. 6) Biyokompozitlerin üretimi termoplastik polimer, biyo bazlı olsun ya da değil ve bitki dolgu maddeleri22,23. 7) Kağıt hamuru13, 24 ve fiberboards 25 , 26 , 27,28,29,30,31,32üretmek için lignoselülozik malzemelerin defibrasyon.

İkiz vidalı ekstrüder genellikle sürekli bir termo-mekano-kimyasal (TMC) reaktörü olarak kabul edilir. Aslında, tek adımlı kimyasal, termal ve ayrıca mekanik eylemlerde birleşir. Kimyasal olan, varil boyunca çeşitli noktalara sıvı reaktifleri enjekte etme olasılığı ile sonuçlanır. Termal olan, namlunun termal regülasyonu nedeniyle mümkündür. Son olarak, mekanik olan vida profili boyunca vida elemanlarının seçimine bağlıdır.

Fiberboard üretmek için lignoselülozik malzemelerin defibrasyon için, en son çalışmalarda pirinç samanı25,28,kişniş samanı26,29, oleaginous keten shives27 ve ayçiçeği30,32 ve amaranth31 kabukları kullanılmıştır. Lignoselülozik biyomasses'in böyle bir uygulama için mevcut ilgisi (yani mekanik takviye), ahşap bazlı malzemeler üretmek için kullanılan orman kaynaklarının düzenli olarak tükenmesi ile açıklanmaktadır. Mahsul kalıntıları ucuzdur ve yaygın olarak bulunabilir. Ek olarak, mevcut ahşap parçacıkları toksik olabilen petrokimyasal reçinelerle karıştırılır. Genellikle mevcut ticari malzemelerin toplam maliyetinin% 30'undan fazlasını oluşturan33, bazı reçineler formaldehit emisyonlarına katkıda bulunur ve iç mekan hava kalitesini düşürür34. Araştırma ilgisi doğal bağlayıcıların kullanımına kaymıştır.

Lignoselülozik biyokütle esas olarak selüloz ve hemiselülozlardan oluşur ve heterojen bir kompleks oluşturur. Hemiselülozlar, bu komplekslerin etrafında üç boyutlu bir ağ oluşturan lignin katmanları ile emprenye edilir. Fiberboard üretimi için lignoselülozik biyokütle kullanımı genellikle bir defibrasyon ön arıtma gerektirir. Bunun için selüloz ve hemiselülozları koruyan ligninleri parçalamak gerekir. Mekanik, termal ve kimyasal35 hatta enzymatic36,37,38 ön işlem uygulanmalıdır. Bu adımlar ayrıca, eksojen bir bağlayıcı en sık eklense bilebağlayıcısız tahtaların üretimini teşvik edebilecek liflerin kendi kendine yapışmalarını da arttırır.

Ön tedavilerin birincil amacı mikrometrik liflerin partikül boyutu profilini iyileştirmektir. Basit bir taşlama, lif boyutunu27,39,40azaltma imkanı sunar. Ucuz, fibere özgü yüzeyi artırmaya katkıda bulunur. İç hücre duvarının bileşenleri daha erişilebilir hale gelir ve elde edilen panellerin mekanik özellikleri iyileştirilir. Bir termo-mekanik hamur üretildiğinde, örneğin sindirim artı defibrasyon 41 , farklı pulping proseslerinden42veya buhar patlaması43 , 44 ,45,46,47ile defibrasyon verimliliği önemli ölçüde artar. Daha yakın zamanda, LCA ikiz vidalı ekstrüzyon 25 , 26 , 27 , 28,29,30,31,32kullanarak lignoselülozik liflerin orijinal bir ön tedavisini geliştirmiştir. TMC defibrasyondan sonra, ekstrüder ayrıca liflerin içindeki doğal bir bağlayıcının homojen dağılımını sağlar. Elde edilen premiks, fiberboardlara sıcak preslenmeye hazırdır.

Pirinç samanının defibrasyon sırasında, ikiz vidalı ekstrüzyon bir sindirim artı defibrasyon işlemi ile karşılaştırıldı25. Ekstrüzyon yöntemi, önemli ölçüde azaltılmış bir maliyeti, yani hamurlamadan dokuz kat daha düşük olduğunu ortaya koydu. Ayrıca ilave su miktarı azaltılır (hamurlama yöntemi ile 4,0 dk yerine 1,0 maks sıvı/katı oran) ve rafine liflerin ortalama en boy oranında (16,3-17,9 yerine 21,2-22,6) net bir artış gözlenmektedir. Bu lifler son derece gelişmiş mekanik güçlendirme kabiliyeti sunar. Bu, saf bozulmamış lignin (örneğin Biolignin) bağlayıcı olarak kullanıldığı pirinç samanı bazlı fiberboardlar için gösterilmiştir (bükülme mukavemeti için 50 MPa'ya kadar ve suya 24 saat daldırmadan sonra kalınlık şişmesi için% 24' e kadar)28.

TMC defibrasyonunun ikiz vidalı ekstrüdere olan ilgisi kişniş samanı26ile de onaylanmıştır. Rafine liflerin en boy oranı, sadece öğütülmüş lifler için sadece 4,5 yerine 22,9-26,5 arasında değişmektedir. Ekstrüzyon rafine pipetlere protein bağlayıcı olarak tohumdan bir kek eklenerek %100 kişniş bazlı fiberboardlar elde edildi (kütle olarak%40). Bükülme mukavemeti (29 MPa'ya kadar) ve özellikle suya karşı dirençleri (%24'e kadar kalınlık şişmesi), sadece ezilmiş samandan yapılmış panellere kıyasla önemli ölçüde geliştirilmiştir. Ayrıca, bu paneller formaldehit yaymaz ve sonuç olarak, piyasada klasik olarak bulunan orta yoğunluklu fiberboard (MDF) ve sunta29'dan daha çevresel ve insan sağlığı dostudur.

Benzer şekilde, tamamen amaranth31 ve ayçiçeği32,kabuktan ekstrüzyon rafine lifleri takviye olarak ve tohum keki protein bağlayıcı olarak birleştiren paneller başarıyla üretildi. Sırasıyla 35 MPa ve 36 MPa'nın fleksörel güçlerini gösterdiler. Bununla birlikte, su direncinin daha düşük olduğu bulunmuştur: kalınlık şişmesi için sırasıyla% 71 ve% 87. Oleaginous keten samandan ekstrüzyon rafine shives bazlı kendinden bağlı paneller de elde edilebilir27. Bu durumda, kendi kendine bağlanmaya katkıda bulunan, ikiz vidalı TMC defibrasyon sırasında salınan ligneöz fraksiyondur. Bununla birlikte, elde edilen hardboardlar daha düşük mekanik mukavemet (sadece 12 MPa fleksöral mukavemet) ve çok yüksek kalınlıkta şişlik (%127) gösterir.

Yukarıda sunulan tüm ekstrüde fiber bazlı paneller endüstriyel uygulamalar bulabilir ve bu nedenle mevcut ticari ahşap bazlı malzemelere sürdürülebilir alternatiflerdir. Uluslararası Standardizasyon Örgütü (ISO) gereksinimlerine göre48,49,50, özel uygulamaları mekanik ve su hassasiyeti özelliklerine bağlı olacaktır.

Bu yazıda, lignoselülozik lifleri yenilenebilir panolarda mekanik takviye olarak kullanmadan önce ekstrüde etme ve rafine etme prosedürü ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Bir hatırlatma olarak, bu işlem geleneksel hamurlama metodolojilerine kıyasla eklenecek su miktarını azaltır ve ayrıca daha az enerji tüketir25. Aynı çift vidalı makine, liflere doğal bir bağlayıcı eklemek için de kullanılabilir.

Daha spesifik olarak, oleaginous keten(Linum usitatissimum L.) samandan bıçakların ikiz vidalı ekstrüzyon-rafine edilmesinin yapılması için ayrıntılı bir anahat sunulmaktadır. Bu çalışmada kullanılan saman ticari olarak elde edildi. Everest çeşidindendi ve bitkiler 2018'de Fransa'nın Güney Batı kesiminde yetiştirildi. Aynı ekstrüder geçişinde, plastikleştirilmiş bir keten tohumu keki (eksojen bağlayıcı olarak kullanılır) namlunun ortasına da eklenebilir ve daha sonra vida profilinin ikinci yarısı boyunca rafine edilmiş tüylere yakından karıştırılabilir. Kabarık bir malzeme şeklinde homojen bir karışım makine çıkışında toplanır. Tek adımlı TMC işlemi pilot ölçekli bir makine kullanılarak gerçekleştirilir. Amacımız, operatörlerin shives ekstrüzyon rafinesini ve ardından kek ilavesini düzgün bir şekilde yürütmeleri için ayrıntılı bir prosedür sağlamaktır. Bu işlemin ardından, elde edilen premiks, sıcak presleme kullanılarak% 100 oleaginous keten bazlı hardboard üretimi için hazırdır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Hammaddeleri hazırlayın

  1. Bir "tüm fiber" ekstraksiyon cihazında bazt liflerinin samandan mekanik olarak çıkarılmasının bir ön aşamasının sonucu olan oleaginous keten shives kullanın51. Hala içerebilecekleri kısa tekstil liflerini çıkarmak için titreşimli bir elek kullanın.
    NOT: Bu kısa tekstil elyaflarının çıkarılması zor olabileceğinden, bu eleme işlemini gerektiği kadar tekrarlamaktan çekinmeyin. Burada amaç, ağırlık besleyicinin haznesinde oleaginous keten titremelerinin akışını iyileştirmek ve bu nedenle, ikiz vidalı ekstrüdere girmeden önce dosinglerini kolaylaştırmaktır.
  2. Proteinlerin Rouilly ve ark.18tarafından açıklanan metodolojiye göre yapılandırılması / plastikleştirilmesi ile elde edilen plastikleştirilmiş bir keten tohumu keki kullanın.
    NOT: Bunu yaparak, proteinler daha iyi termoplastik ve yapışkan yetenekler gösterir.
  3. Plastikleştirilmiş keten tohumu kekinin agro granüllerini 1 mm ızgara ile donatılmış bir çekiç değirmeni kullanarak öğütün ve ardından sadece 500 μm'den küçük parçacıkları korumak için elde edilen öğütülmüş malzemeyi elekten alın.

2. Sabit ağırlık besleyicilerin ve piston pompasının düzgün çalışmasını kontrol edin

  1. Operatörün üretim sırasında çalıştığı akış hızları için, makinenin tıkanmasını önlemek için seçilen (oleaginous keten bıçaklar (OFS için 15 kg/h) ve plastikleştirilmiş keten tohumu keki için 1,50 kg/s'den 3,75 kg/sa'ye kadar), iki sabit ağırlık besleyiciye girilen ayar değeri ile bu dosing cihazları tarafından gerçekten dağıtılan katı akış hızları arasındaki yazışmaları kontrol edin.
    NOT: Gerçek katı akış hızı, sabit ağırlık besleyici tarafından bilinen bir süre (5 dk) boyunca dağıtılan katı kütlesinin tartılarak deneysel olarak belirlenir. Ayarlanan değer ile gerçek ölçülen akış hızı arasında önemli bir sapma varsa, bu, tartım besleyicinin arızalanmasına işaret edebilir. Bunu önlemek için, tartım cihazının bulunduğu alana özellikle vurgu yaparak, tüm dosing ünitesi iyice temizlenmelidir. Aslında, bu tür bir arızanın nedeni genellikle cihazın zayıf bir temizliğidir, çünkü daha önce kullanılan katıların izleri dosing ünitesinin en küçük köşelerinde bulunabilir. Sorun devam ederse, dengenin kendisinin doğru ölçümlerini kontrol etmek ve gerekirse yeniden kalibre etmek gerekecektir.
  2. Motorun elektrik gücü ile pompa tarafından dağıtılan gerçek su debisi arasında bir ilişki kurmak için piston pompasını kalibre edin.
    NOT: Test edilen her elektrik gücü için, pistonlu pompa tarafından bilinen bir süre (5 dk) dağıtılan suyun kütlesi tartılarak gerçek su akış hızı deneysel olarak belirlenir. Kalibrasyon eğrisini çizmek için beş farklı elektrik gücü test edilir. Test edilen en yüksek elektrik gücü, üretim sırasında seçilenden daha yüksek bir su akış hızı sunacak şekilde seçilir.
  3. Pompanın kalibrasyonu yapıldıktan sonra, operatörün üretim sırasında çalıştığı su debisini kontrol edin (ekstrüzyon rafine edilmiş liflerin uzunluğunu korurken makinenin tıkanmasını önlemek için 15 kg/sa) motor gücü için piston pompasına verilen ayar değeri ile dağıtılan su akış hızı arasındaki yazışmaları kontrol edin.

3. İkiz vidalı ekstrüderi hazırlayın

  1. İki vidalı ekstrüder modüllerini (AB1-GG-8D, FER ve ABF tipleri) birbiri ardına (iki yarım kelepçe vasıtasıyla) kullanılacak makine konfigürasyona göre doğru sırayla bağlayarak doğru şekilde düzenleyin:
    1. Yalnızca fiber defibrasyonun gerçekleştiği yapılandırmayı ayarlayın (Şekil 1A).
    2. Alternatif olarak, doğal bağlayıcının eklenmesiyle tamamlanan konfigürasyonu ayarlayın (Şekil 1B).
      NOT: Her iki konfigürasyon için, ilk modül oleaginous keten shives tanıtımı için kullanılır. Bu, 8D'ye sahip bir AB1-GG-8D modülüdür uzunluk, vida çapına karşılık gelen D (yani, 53 mm). Bu modülün büyük üst açıklığı öncelikle tüylerin girişini kolaylaştırmak için tasarlanmıştır. 2 ila 8 modülleri sıcaklık kontrollü. ABF tipinde olan konfigürasyon durumunda modül 5 hariç kapalı modüllerdir (FER tipi), yani ABF tipindedir (yani, plastikleştirilmiş keten tohumu kekinin ana varilin içine sokulmasını zorlamak için kullanılan yan besleyicinin bağlantısını sağlamak için bir yan açıklıkla donatılmış modül). Yan besleyici, sabit perde ve eşli profilden oluşan iki eş dönen ve birlikte nüfuz eden Arşimet vidalarından oluşur.
  2. Piston pompasını makineye bağlamak için su giriş borusunu modül 2'nin sonuna yanal olarak yerleştirin.
  3. Vida profilini ayarlamak için gerekli olan vida elemanlarını (Şekil 2) yapılandırma için kullanılan (adım 3.1.1) veya yapılandırma için kullanılan (adım 3.1.2) (Şekil 3)bir kenara koyun.
    NOT: Tiplerini (T2F, C2F, C1F, CF1C, BB veya INO0), uzunluklarını, perdelerini (taşıma ve ters vida elemanları için) ve şaşırtıcı açılarını (BB karıştırma blokları için) dikkatlice kontrol ederek bunların doğru vida elemanları olduğundan emin olun.
  4. Vida elemanlarını ilk çiftten son çifte kadar iki splinli şaft boyunca yerleştirerek vida profilini (Şekil 3) ayarlayın.
    NOT: Test edilen iki konfigürasyon için kullanılan vida profilleri farklıdır ve her ikisi de önceki optimizasyon25 , 26,27'denfarklıdır.
  5. Vida profilini monte ederken, splined millere yeni yerleştirilen vida elemanlarının dişlerinin her zaman önceden monte edilmiş elemanlarla mükemmel bir şekilde hizalandığından emin olun.
  6. Tüm vida profili monte edildikten sonra, iki şaftın sonundaki vida noktalarını elle vidalayın, makinenin namlusunun tamamını kapatın ve ardından iki vida noktasını üretici tarafından önerilen sıkma torkunun (bu çalışmada kullanılan çift vidalı ekstrüder için 30 daN m) bir tork anahtarı kullanarak sıkın.
  7. Makinenin namlusu kısmen yeniden açıldığında, yani şaftlar yaklaşık 1D mesafede namluya geri çekilirken, tüm vida profilinin doğru takıldığından emin olmak için vidaları düşük hızda (maksimum 25 rpm) çevirin.
    NOT: Vida elemanlarının yanlış takılması durumunda (örneğin, bunlardan biri için yanlış hizalama), vida elemanlarının hızlandırılmış aşınması kaçınılmaz olarak gözlenecektir. Her iki şaftın makinenin namlusu ile dönüşünü neredeyse tamamen açık olarak test ederken, bu, millerin yanlış konumlandırılmış vida elemanı noktasında birbirine dokunmasına neden olur.
  8. Makinenin namlusunun tamamen kapatılmasını, böylece her iki şaft da tamamen namlunun içine hapsolur.
  9. Namlu kapatıldıktan sonra, makineye yarım kelepçe ile sıkıştırın ve seviye test cihazı yardımıyla namlunun mükemmel bir şekilde yatay olduğundan emin olun.
    NOT: çift vidalı ekstrüderin namlusu tamamen yatay değilse, bu, vida elemanlarının ve/veya namlunun iç duvarlarının aşınması ile erken aşınmaya neden olabilir.
  10. Çevre birimlerini konumlandırın (tanıtılacak iki katı için ağırlık besleyiciler, ve enjekte edilecek su için piston pompası) namlu boyunca gerekli yerlerde: oleaginous keten bıçakları için kullanılan besleyici için modül 1'in üzerinde, plastikleştirilmiş keten tohumu keki için kullanılan yan besleyicinin haznesinin (kendisi modül 5'e yanal olarak bağlanmıştır) (konfigürasyon durumu (adım 3.1.2) için sadece) ve su enjeksiyonu için modül 2'nin sonunda.

4. İki vidalı ekstrüzyon tedavisini konfigürasyona (adım 3.1.1) veya konfigürasyona (adım 3.1.2) göre gerçekleştirin

  1. Makinenin gözetiminden, modüllerin her birinin ayarlanan sıcaklıklarını girin ve namlunun sıcaklık kontrolünü başlatın: yapılandırma için (adım 3.1.1), besleme modülü için 25 °C (modül 1) ve aşağıdakiler için 110 °C; yapılandırma için (adım 3.1.2), modül 1 için 25 °C, arıtma bölgesi için 110 °C (modüller 2 ila 4) ve premiksleme için 80 °C (modüller 5 ila 8).
    NOT: Namlunun sıcaklık kontrolü, (i) her modülün etrafına sabitlenmiş iki dirençli yarım kelepçe ile ısıtma ve (ii) modülün içinde soğuk su sirkülasyonu yapılarak soğutma ile bir modülden diğerine ayrı ayrı gerçekleştirilir. Besleme modülü için 25 °C ayrıcalıklıdır. Liflerin verimli bir şekilde rafine edilmesi için 110 °C sıcaklık tercih edilir. Premiks işlemi için 80 °C sıcaklık yeterlidir. Arıtma ve premiksleme bölgeleri birkaç modül boyunca bulunduğundan, aynı bölgedeki tüm modüllere aynı ayar sıcaklığı atanır.
  2. Ölçülen sıcaklıkların stabilitesini bekleyin ve bu sıcaklıkların belirlenen noktalara eşit olduğundan emin olun.
    NOT: Ölçülen sıcaklıklar makinenin kontrol panelinde verilmiştir. Bu sıcaklıkların ikinci bir kontrolünü sağlamak için, bunları varil boyunca her modülün seviyesinde bir kızılötesi termometre ile ölçmek de mümkündür.
  3. Vidaları yavaşça çevirin (yani, maksimum 50 rpm).
    NOT: Makine boşken vidalar çok hızlı dönüyorsa vida elemanlarının ve namlunun iç duvarlarının erken aşındırıcı aşınması meydana gelebilir.
  4. İkiz vidalı ekstrüderi suyla (5 kg/s debi) hafifçe besleyin.
  5. Varilin sonunda su çıkana kadar yaklaşık 30 s bekleyin.
  6. Ardından, modül 1'deki oleaginous keten titremelerini 3 kg / s akış hızında tanıtmaya başlayın ve katının ekstrüderden çıkmaya başlamasını bekleyin (yaklaşık 1 dakika).
  7. Vidaların hızını, ardından su akış hızını ve son olarak istediğiniz ayar noktalarına ulaşılana kadar titreme akış hızını kademeli olarak artırın (en az üç ardışık adımda) : sırasıyla 150 rpm, 15 kg/s ve 15 kg/s (Tablo 1).
    NOT: Bu belirlenen noktalar önceki çalışmalarda belirlenmiştir ve sürecin optimizasyonundan elde edilen sonuç25,26,27.
  8. Motor tarafından zaman içinde tüketilen elektrik akımının evrimini takip ederek makine stabilizasyonunu bekleyin (elektrik akımının 125 A ortalama değerinden en fazla% 5'lik bir varyasyon).
    NOT: Stabilizasyon süresi genellikle 10 ila 15 dakika aralığındadır.
  9. Sadece konfigürasyon için (adım 3.1.2), makine shives ve su ilavesi istenen ayar değerlerine eklendikten sonra amperde stabilize edildikten sonra plastikleştirilmiş keten tohumu kekini 0,50 kg / s'de tanıtmaya başlayın. Daha sonra, plastikleştirilmiş keten tohumu kekinin akış hızını istediğiniz ayar noktasına kadar en az üç ardışık adımda artırın (1,50 kg/s'den 3,75 kg/sa'ye, bu da shives ile ilgili olarak kütleye göre% 10 ila% 25 arasındaki değerlere karşılık gelir) (Tablo 1).
  10. çift vidalı ekstrüder motoru tarafından tüketilen elektrik akımı mükemmel bir şekilde sabitlendikten sonra, namlu boyunca ölçülen sıcaklık profilinin operatör tarafından verilen ayarlanan değerlere uygun olduğundan emin olun ve ardından ekstrüde edilmiş shives'i yapılandırma için (adım 3.1.1) veya konfigürasyon için ön miksi (adım 3.1.2) çıkışta örneklemeye başlayın.
    NOT: Ünitenin tıkanmaması için motorun çektiği akımın her zaman sınır değerinin altında kalması gerekir (yani, bu çalışmada kullanılan pilot ölçekli çift vidalı ekstrüder için 400 A). Bu nedenle, bu sınır değerine tüm akış rampası aşamasında ve örnekleme sırasında ulaşılmadığını kontrol edilmelidir. Üretim sırasında, makinenin soğutma sistemi belirlenen değerinde en az bir modülün sıcaklığını koruyamazsa, bu, işlenmiş malzemenin yerel olarak kendi kendine ısınmasına neden olan uygunsuz bir vida profilinin (yani, bu konumdaki çok kısıtlayıcı vida elemanlarının) sonucu olabilir. Daha sonra, örneğin, işlenen katının termogravimetrik analizi (TGA) yoluyla, bu sıcaklığın herhangi bir lif bozulmasına neden olmadığından emin olmak gerekir.
  11. Tüm örnekleme işlemi sırasında, katıların ve suyun makinenin namlusuna etkili girişini düzenli olarak kontrol ederek makine beslemesinin sorunsuz olduğundan emin olun.
    NOT: Tüm örnekleme süresi boyunca ikiz vidalı ekstrüderin motoru tarafından çekilen akımın sabit bir amperajı, makinenin istikrarlı bir şekilde beslenmesinin teyididir.
  12. Üretimin sonunda, iki katı dosing ünitesini ve piston pompasını kapatın.
  13. Vidaların dönüş hızını kademeli olarak 50 rpm'ye düşürürken makineyi boşaltın.
  14. Namlu ucundan hiçbir şey çıkmadığında, vidalar hala 50 rpm'de dönerken, modül 1'den büyük miktarda fazlalık olarak tanıtılan ikiz vidalı ekstrüderin namlusunun içini bol su ile temizleyin. Katı kalıntılar namlu çıkışında tamamen kaybolana kadar su ekleyin. Ardından, vidaların dönüşünü durdurun ve makinenin ısıtma kontrolünü kapatın.

5. Elde edilen ekstrüdatları kurutun ve şartlandırın (yani ekstrüzyon rafine shives veya premiks)

  1. Ekstrüdatlar, çift vidalı ekstrüzyon işleminden hemen sonra fiberboardlara kalıplanmadığında, şartlanmadan önce% 8 ila% 12 arasında bir neme sıcak bir hava akımı ile kurutun. Bu amaçla, basit bir havalandırmalı fırın veya kurutulacak büyük miktarlarda ekstrüdat durumunda sürekli bir kayış kurutucu kullanın.
    NOT: Bu tür nemle, ekstrüdatlar zamanla mantar veya küf büyümesi riski olmadan koşullandırılabilir. Ambalajlar, kuru bir yerde saklanması gereken mükemmel sızdırmaz plastik torbalarda yapılmalıdır.
  2. Fiberboard kalıplama işleminden hemen sonra fiberboard kalıplama gerçekleştiğinde ekstrüdatları sıcak hava akışı ile %3 ila %4 arasında bir neme kurutun.
    NOT: Önceki çalışmalar, sıcak preslenecek katının% 3 ila% 4'ünün nem içeriğinin, kalıplamanın sonunda gaz giderme olaylarını sınırlamak için ideal olduğunu göstermiştir. Meydana geldiğinde ve kontrol altına alınmadığında, gaz giderme fiberboard içinde kusurlar (örneğin kabarcıklar veya çatlaklar) oluşturabilir ve bu kusurlar mekanik direnci üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir26,27,31,32. Ekstrüdatlar hava geçirmez plastik torbalarda% 8 ila% 12 nem içeriğinde depolandıktan sonra sıcak presleme gerçekleştirildiğinde, kalıplamadan önce daha fazla, yani% 3-4'e kadar kurutulmalıdır.

6. Fiberboardları sıcak presleme ile şekillendirin

NOT: Sıcak presleme için çalışma koşulları önceki çalışmalara dayanarak seçilmiştir26,27,31,32.

  1. Kalıbı önceden ısıtın. Ardından, katı malzemeyi kalıbın içine sıcak bastırılacak şekilde konumlandırın. Son olarak, basıncı uygulamadan önce bu katı malzemeyi 3 dakika önceden ısıtın.
    NOT: Üretilen tüm fiberboardlar için, kalıplanacak karışımdaki shives oranı, kullanılan kalıp kare şeklinde ve 15 cm kenarlı olduğunda 100 g'lık bir kütleyi temsil eder.
  2. Ham şivlilerle 30 MPa ve ekstrüde edilmiş olanlarla 10 MPa, 20 MPa veya 30 MPa basınç uygulayın (Tablo 2).
  3. Kalıp sıcaklığını 200 °C'ye ayarlayın.
    NOT:Sıcaklık,9 , 26 ,27 , 28,31,32elde edilen levhaların kalitesini (özellikle bükme özelliklerini) büyük ölçüde etkilediğinden, kalıp sıcaklığını hem erkek hem de dişi kısımlarında kızılötesi termometre ile kontrol etmek önemlidir.
  4. Kalıplama süresini 150 s olarak ayarlayın.
  5. Plastikleştirilmiş keten tohumu kekinin farklı içeriğine sahip farklı fiberboardlar üretin (%0'dan %25'e kadar) konfigürasyon yoluyla çift vidalı ekstrüzyon yoluyla elde edilen ekstrüzyon rafine lifleri (adım 3.1.1) veya konfigürasyon yoluyla elde edilen üç premiksten birini kullanarak (adım 3.1.2) (Tablo 1 ve Tablo 2).
  6. Referans olarak, biri eksojen bağlayıcı (kart numarası 11) ve diğeri plastikleştirilmiş keten tohumu kekinin %25'i (12 numaralı tahta) ilavesi olmadan ham OFS'ye dayalı iki ek fiberboard da üretmektedir(Tablo 2).
    NOT: Bu iki levha için kalıplama koşulları aynıdır, yani kalıp sıcaklığı için 200 °C, kalıplama süresi için 150 s ve uygulanan basınç için 30 MPa.

7. Fiberboardları koşul ve karakterize edin

  1. Fiberboardlar üretildikten sonra, sabit bir ağırlık elde edilene kadar% 60 bağıl nemde ve 25 ° C'de bir iklim odasına yerleştirin.
    NOT: Fiberboardlar daha sonra nem açısından koşullandırılmış ve stabilize edilecektir.
  2. Dengelendikten sonra, fiberboardları test numuneleri halinde kesin.
    NOT: Fiberboardları kesmek için en uygun araç dikey bant testeredir.
  3. Test numunelerinden, bükme özellikleri (ISO 16978:2003 standardı), Shore D yüzey sertliği (ISO 868:2003 standardı), iç bağ mukavemeti (ISO 16260:2016 standardı) ve 24 saat suya daldıktan sonra suya daldırma (ISO 16983:2003 standardı) için standart testler kullanarak fiberboardların karakterizasyonuna devam edin.
  4. Fiberboardlar için ölçülen özellikleri, olası kullanımlarını belirlemek için yonga levhaların özelliklerine (NF EN 312) adanmış Fransız standardının önerileriyle karşılaştırın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Konfigürasyon kullanılarak oleaginous keten shives'in lif rafine edilmesi sırasında (adım 3.1.1), su kasıtlı olarak 1.0'a eşit bir sıvı/ katı oranda eklendi. Önceki çalışmalara göre25,26,27, böyle bir sıvı / katı oranı, çift vidalı ekstrüder çıkışındaki rafine liflerin uzunluğunu daha düşük oranlara göre daha iyi korur ve bu da aynı zamanda ortalama en boy oranlarında bir artışa katkıda bulunur. Ayrıca, eklenen su miktarı makine tıkanma riskini ortadan kaldıracak kadar düşüktür. "Serbest" suyun yokluğunda (yani, fazla eklenmiş ve bir kısmı lifler tarafından emilmeyecek olan su), bu nedenle, defibrasyon bölgesinin sonuna bir filtrasyon modülü konumlandırmak gerekli değildi. Ekstrüzyon-rafine ön arıtmanın ardından ekstrüzyon rafine liflerin kimyasal bileşimi belirlenmiştir (Tablo 3). Mantıksal olarak, ekstrüzyon-rafine ön işlem sırasında sıvı özü neslinin yokluğunda, ham şivlilerle ekstrüde edilenler arasında kimyasal bileşimde önemli bir fark gözlenmedi. Görünüm açısından, ekstrüzyon rafine lifler kabarık bir malzeme şeklindedir(Şekil 4, sol alt). Bu, ekstrüzyon işleminin, özellikle uygulanan yüksek kesme oranının, keten shives yapısının değiştirilmesine katkıda bulunduğu anlamına gelir. Bu ilk olarak ekstrüde edilmiş shives'in ham şivlilerle elde edilen değerlere kıyasla daha düşük görünür ve dokunmuş yoğunlukları ile doğrulanmıştır (Tablo 4). Liflerin morfolojik analizi de bu ilk gözlemi doğrulamıştır, çünkü en boy oranlarında çok önemli bir artış da bir lif morfoloji analiz cihazı kullanılarak gözlenmektedir(Tablo 5).

Sıcak presleme kullanılarak kalıplanmış oleaginous keten shives bağlayıcısız levhalar düşünüldüğünde, TMC defibring konfigürasyona göre ikiz vidalı ekstrüzyon kullanarak ön işlem (adım 3.1.1) açıkça ilgi çekicidir. Gerçekten de, ekstrüde shives içindeki selüloz ve hemiselülozlardan ligninlerin ayrılması gerçekleşir. Sıcak presleme sırasında, ligninler kolayca harekete geçirilebilir ve doğal bir bağlayıcı olarak kullanılabilir. Ek olarak, ham shives'e göre daha yüksek ortalama lif en boy oranı ile ekstrüzyon rafine liflerin partikül boyutu profili mekanik takviye için performansları açısından daha uygundur. Bu, sadece ekstrüde liflerden (tahta numaraları 1, 3 ve 7) yapılan levhaların, yani plastikleştirilmiş keten tohumu kekinin harici bir bağlayıcı olarak eklenmesi olmadan, sadece üçünün de uyumlu olmadığı, her şeyden önce ham şimşirlerin sıcak preslemesi ile elde edilen tahtaya kıyasla önemli ölçüde geliştirilmiş kullanım özellikleri sunduğu anlamına gelir (tahta numarası 11) (Tablo 6). Ekstrüde edilmiş shives'in 1 numaralı kartı sadece 10 MPa basınçta sıcak preslenmiş olsa da, mekanik performansı açısından ham shives'ten kalıplanmış 11 numaralı tahtadan önemli ölçüde daha iyidir, ancak üç kat daha yüksek bir basınç değerindedir (30 MPa). İkiz vidalı ekstrüderdeki ön arıtmanın, bir yandan ligninlerin iç bağlayıcı olarak daha sonra harekete geçirilmesi ve diğer yandan ortalama lif en boy oranının artırılması için avantajları açıkça gösterilmiştir. 1, 3 ve 7 numaralı panoların kullanım özelliklerinin karşılaştırılması, ister bükülme mukavemeti, ister Shore D yüzey sertliği veya daldırma sonrası malzemenin suya dayanıklılığı olsun, kalıplama sırasında daha yüksek uygulanan basıncın bu özellikler üzerindeki yararlı etkilerini de göstermektedir. Basınç arttıkça, lignin bazlı bağlayıcının harekete geçirilmesi teşvik edilir27. Erimiş fazda, viskozitesi azalır ve liflerin ıslatı optimize edilir.

Konfigürasyon kullanılarak (adım 3.1.2), tüyler kireçten arındırıldıktan sonra, plastikleştirilmiş keten tohumu keki de doğrudan ikiz vidalı ekstrüdere eklendi ve vida profilinin ikinci yarısında rafine liflerle yakından karıştırıldı. Plastikleştirilmiş keten tohumu keki içeriğinde% 10 ila% 25 arasında eklenmiştir (Tablo 1). Kademeli sıralara (90°) monte edilmiş iki ardışık bilobe kürek serisinin (BB elemanları) kullanımı sayesinde samimi karıştırma elde edildi. Bunlar modül 7 ve 8(Şekil 3)seviyesinde konumlandırılmıştır. Plastikleştirilmiş keten tohumu keki eklendiğinde, makinenin daha yüksek bir dolumunu olmasına rağmen toplam spesifik enerji tüketiminin gözlenen artışı çok küçüktür: 1,35 ± 0,04 kW h/kg kuru madde yerine maks. 1,28 ± 0,05 kW h/kg kuru madde, şiltelerin kireçsiz olduğu ancak eksojen bağlayıcı ilavesi olmayan konfigürasyon durumunda (adım 3.1.1). Bu nedenle, shives defibrasyon için kullanılan CF1C ters vida elemanları vida profilinin en kısıtlayıcı elemanlarıdır. Bu nedenle, rafine liflerin ve keten tohumu kekinin karıştırma bölgesi, makinenin genel enerji tüketiminin artmasına küçük ölçüde katkıda bulunur.

Plastikleştirilmiş keten tohumu kekinin ekstrüzyon rafine liflere eklenmesi, kalıplamadan önce% 3 ila% 4 arasında bir nem içeriğine kurutulmesi gereken doğal bağlayıcı ile zenginleştirilmiş bir premiksle sonuçlanır. Genel olarak, bu ekleme elde edilen fiberboardların fleksörel özelliklerini arttırır (Tablo 6). 10 MPa'lık bir basınç için,% 25 keten tohumu kekinin eklenmesi, malzemenin bükülme mukavemetinde% 15'lik bir artışa yol açar (tahta numaraları 1 ve 2 karşılaştırması). İki katı basınç (20 MPa) için% 10 keten bazlı bağlayıcı eklendiğinde % 25'lik bir artış gözlenir (kart numarası 4) ve bu bağlayıcının% 17,5'i eklendiğinde% 53'e yükselir (kart numarası 5). Son olarak, en yüksek şekillendirme basıncı (30 MPa) için, bükülme mukavemetinde göreceli artış maksimumdur (+% 12) % 10 keten tohumu keki eklendiğinde (7 ve 8 numaralı tahta numaralarının karşılaştırılması).

Aynı zamanda, Shore D yüzey sertliği ve daldırma sonrası fiberboardların su direnci, premiksteki plastikleştirilmiş keten tohumu kek içeriğinden büyük ölçüde bağımsızdır. Sıcak presleme sırasında en az 20 MPa basınç uygulamasına, eksojen bağlayıcı içeriğinden bağımsız olarak kalınlık şişmesinde bir azalma eşlik etmektedir. Bu tür şekillendirme koşullarında, hardboardların yoğunluğu artar. Daha sonra iç gözeneklilikleri azalır ve daldırma sırasında malzemenin içindeki suyun difüzyonu böylece azalır.

Keten tohumu keki tarafından premikste oynanan eksojen bağlayıcının rolü, plastik ve yapışkan davranışı olan proteinlerin önemli bir içeriğinin (kuru kütlesinin%40,5'i 52olarak tahmin edilir) varlığı ile doğrulanır ve açıklanmaktadır. Bu rol, oleaginous keten protein bazlı bağlayıcı ham shives'e eklendiğinde de doğrulanır. Nitekim, bu bağlayıcının % 25'i (12 numaralı tahta durumunda), elde edilen tahta (Şekil 4, sağ üst) bağlayıcısız sadece 3,6 MPa yerine 10,6 MPa'lık bir bükülme gücüne sahiptir (tahta numarası 11). Bununla birlikte, bu panel, ekstrüzyon rafine liflere dayanan tümlerinden daha düşük bir bükülme mukavemetine sahiptir ve TMC'nin şivlilerin ön tedavisinin oynadığı temel rolü göstermektedir.

Shives defibrasyonunun birleşik etkisi ve aynı ikiz vidalı cihaza eksojen bir bağlayıcı eklenmesi sayesinde, yaklaşık 23 ila 25 MPa bükme mukavemetine sahip fiberboardlar elde edilir. Örnek olarak, 30 MPa basınç uygulayarak premiks ve ikincisinin sıcak preslemesine% 25 plastikleştirilmiş keten tohumu keki eklenmesiyle, ilgili fiberboard (kart numarası 10) 24.1 MPa bükme mukavemeti, 4.0 GPa'lık bir bükülme modu ve 0.70 MPa iç bağ mukavemeti gösterir(Şekil 4, sağ alt). Fransız standardının (NF) EN 312 (yonga levhalar için spesifikasyonlara adanmış standart)53'ünönerilerine dayanarak, bu kart zaten P6 tipi levhaların, yani yüksek stres altında çalışan ve kuru ortamlarda kullanılan panoların mekanik gereksinimlerini karşılar. Sadece 24 saat suya daldıktan sonra kalınlık şişmesi bu standardın gereksinimlerini karşılamaz (% 16 max yerine% 78). Kürleme sonrası tedavi (30 dakika için 60 °C, sonra 30 dakika için 80 °C, daha sonra 45 dakika için 100 °C, daha sonra 60 dakika için 125 °C ve son olarak 225 dakika oda sıcaklığına dönmeden önce 90 dakika boyunca 150 °C) bu malzemenin kalınlığında% 49'a varan bir azalmaya yol açar, aynı zamanda bükülme mukavemetinde bir artış (25.8 ± 1.0 MPa). Ancak kalınlık şişmesinde bu azalma yetersiz kalır. Gelecekteki çalışmalar için, bu boyutsal stabilite parametresi27'yi daha büyük ölçüde iyileştirmek için sıcak preslemeden sonra kaplama, kimyasal veya buhar işlemi gibi diğer ek işlemler test edilmelidir. Başka bir orijinal çözüm, hidrofoblama maddelerinin(ler), örneğin bitkisel yağ türevlerinin, doğrudan ikiz vidalı ekstrüderde premikse eklenmesi olabilir. Ek olarak, bu optimum tahta evlerin içinde kullanılabileceğinden, piyasaya önerilmeden önce yangın direncinin değerlendirilmesi gerekecektir. Aslında, bu özellik anahtar öneme sahiptir. Bu malzemenin yangın direncinin yetersiz olduğu kanıtlanırsa, panel sıcak presleme ile kalıplanmadan önce prese doğrudan ikiz vidalı ekstrüderde bir yanmazlık ürünü eklenmesi düşünülmelidir.

Figure 1
Şekil 1: Oleaginous keten shives'in tek fiber rafine edilmesi için kullanılan ikiz vidalı ekstrüderin basitleştirilmiş konfigürasyonları (A) ve (B) oleaginous keten shives'in lif rafine edilmesi, plastikleştirilmiş keten tohumu kekinin eklenmesi ve ardından iki katının samimi bir şekilde karıştırılması dahil olmak üzere tek bir ekstrüder geçişinde kombine işlem için. Test edilen iki yapılandırmanın her biri için ardışık birim işlemlerinden bahsedilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: Vida profilleri boyunca kullanılan vida elemanlarının türü: (A) T2F, (B) C2F, (C) C1F, (D) CF1C, (E) BB ve (F) INO0 vida elemanları. (A)T2F elemanları, taşıma eylemleri için kullanılan yamuk çift uçuşlu vidalardır. Dişlerinin yamuk şekli nedeniyle, T2F elemanları kendi kendini temizlemeyen vidalardır, ancak çok iyi taşıma ve yutma özelliklerine sahiptir. Bu nedenle, kullanılan iki katının (yani, oleaginous keten bıçaklar ve plastikleştirilmiş keten tohumu keki) beslenme alanlarına yerleştirilmiştir. (B) C2F elemanları, taşıma işlemleri için de kullanılan konjuge çift uçuşlu vidalardır. Dişlerinin şekli konjuge edilir, bu da C2F elemanlarını kendi kendini temizleyen vidalar yapar. Katı ve sıvının bir arada bulunduğu yere konumlandırılmışlardır. (C) C1F elemanları tek uçuşlu vidalardır. C2F elemanlarına kıyasla, bu taşıma vidaları daha geniş bir diş tepesine sahiptir. Bu nedenle, C2F elemanlarına göre daha iyi bir itme ve daha yüksek kesme etkisine sahiptirler. (D) CF1C elemanları, solak perdeli tek uçuşlu kesme uçlu vidalardır. Bu ters vida elemanları vida profilinin en kısıtlayıcı ve en önemli elemanlarıdır. Malzemenin yoğun bir şekilde karıştırılmasına ve mekanik olarak yamunmasına ve oturma süresinin artmasına izin verirler. CF1C vidaları, liflerin defibrasyonunun gerçekleştiği yerdir. (E) BB elemanları bilobed küreklerdir. Malzeme üzerinde güçlü bir karıştırma etkisi sağlarlar. Bu nedenle, bir yandan oleaginous keten shives'i ilave suyla emprenye etmek ve diğer yandan ekstrüzyon rafine lifleri ve plastikleştirilmiş keten tohumu kekini yakından karıştırmak için özellikle önemli olan samimi bir karıştırma eylemini teşvik ederler. (F) INO0 elemanları, elemanları çift ve tek uçuşlu vidalar arasında birbirine bağlar. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: Sadece oleaginous keten shives lif rafine için vida konfigürasyonları (A), ve (B) oleaginous keten bıçakların lif rafine edilmesi, plastikleştirilmiş keten tohumu kekinin eklenmesi ve daha sonra iki katının samimi bir şekilde karıştırılması dahil olmak üzere tek bir ekstrüder geçişinde kombine işlem için. (A) Oleaginous keten shives sadece ekstrüzyon rafine edildiğinde, modül 1'de tanıtılır. Daha sonra modül 2'nin sonuna su enjekte edilir. Katı ve sıvının samimi karıştırması modül 5 seviyesinde gerçekleştirilir. Son olarak, elyafların mekanik kesme yoluyla mekanik defibrasyon modül 8'de gerçekleşir. (B) Kombine işlem tek bir ekstrüder geçişinde gerçekleştirildiğinde, oleaginous keten bıçakların lif rafine edilmesi vida profilinin ilk yarısında (yani 1'den 4'e kadar modüllerden), ortasına plastikleştirilmiş keten tohumu keki eklenmesi ve vida profilinin ikinci yarısı boyunca iki katının samimi bir şekilde karıştırılması yapılır. Daha doğrusu, plastikleştirilmiş keten tohumu kekinin tanıtımı modül 5 seviyesinde bir yan besleyiciden yapılır, yani lif rafine etme adımından sonra ve iki katının samimi bir şekilde karıştırılması modüller 6 ila 8 boyunca gerçekleştirilir. T2F, C2F, C1F ve CF1C vidalar için, belirtilen iki sayı sırasıyla perdelerini ve uzunluklarını (D oranı, vida çapı olarak) gösterir. BB karıştırma blokları için sırasıyla şaşırtıcı açılarını ve uzunluklarını temsil ederler. INO0 elemanları 0,25 D uzunluğundadır. Vida konfigürasyonunda akış kısıtlayıcı etkisi olan bölgeler gölgeli alanlara karşılık gelir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: OFS (sol üst) ve ERF (sol alt) oleaginous keten titremelerinin fotoğrafı ve tahta numaraları 12 (sağ üst) ve 10 (sağ alt). 12 ve 10 numaralı tahtaların her ikisi de% 25 plastikleştirilmiş keten tohumu keki içerir. 12 numaralı tahta OFS ham shives'ten yapılırken, 10 numaralı tahta P3 premiksinden kaynaklanır (yani ekstrüzyon rafine lifleri içerir). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Ekstrüdat mezhebi Erf P1 P2 P3
konfigürasyon (3.1.1.) (3.1.2.) (3.1.2.) (3.1.2.)
İkiz vidalı ekstrüzyon koşulları
Vida dönüş hızı (rpm) 150 150 150 150
Oleaginous keten shives giriş akış hızı (kg/h) 15.00 15.00 15.00 15.00
Plastikleştirilmiş keten tohumu kekinin giriş debisi (kg/h) 0.00 1.50 2.63 3.75
Enjekte edilen suyun giriş debisi (kg/h) 15.00 15.00 15.00 15.00

Tablo 1: (A) ve (B) konfigürasyonları için kullanılan çift vidalı ekstrüzyon koşulları. ERF, konfigürasyondan kaynaklanan ekstrüzyon rafine lifler (adım 3.1.1); P1, konfigürasyondan kaynaklanan 1 numaralı premiks (adım 3.1.2) ve plastikleştirilmiş keten tohumu kekinin% 10 içeriğiyle (shives ağırlığıyla orantılı olarak); P2, konfigürasyondan kaynaklanan 2 numaralı premiks (adım 3.1.2) ve plastikleştirilmiş keten tohumu kekinin% 17.5 içeriğiyle (shives ağırlığıyla orantılı olarak); P3, konfigürasyondan kaynaklanan 3 numaralı premiks (adım 3.1.2) ve plastikleştirilmiş keten tohumu kekinin% 25 içeriğiyle (shives ağırlığıyla orantılı olarak).

Fiberboard numarası 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Hammadde Erf P3 Erf P1 P2 P3 Erf P1 P2 P3 OFS OFS artı % 25 (w/ w) plastikleştirilmiş keten tohumu keki
Kalıp sıcaklığı (°C) 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200 200
Kalıplama süresi (ler) 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150
Uygulanan basınç (MPa) 10 10 20 20 20 20 30 30 30 30 30 30

Tablo 2: Fiberboardların üretimi için kullanılan kalıplama parametreleri. OFS, oleaginous keten shives (yani, daha önce ikiz vidalı ekstrüzyon yoluyla tedavi olmayan ham shives). OFS ve plastikleştirilmiş keten tohumu kekinden yapılmış, 12 numaralı tahtanın üretiminde kullanılan katı karışım, çift sarmalık bir karıştırıcı kullanılarak mekanik olarak elde edildi.

malzeme OFS27 Erf
Nem (%) 8.4 ± 0.2 8.3 ± 0.2
Mineraller (kuru maddenin% 2.0 ± 0.1 2.0 ± 0.1
Selüloz (kuru maddenin% 'si) 45.6 ± 0.4 44.3 ± 0.4
Hemiselülozlar (kuru maddenin% 22.4 ± 0.1 22.8 ± 0.1
Ligninler (kuru maddenin% 25.1 ± 0.6 23.7 ± 0.5
Suda çözünen bileşenler (kuru maddenin% 4.1 ± 0.1 4.3 ± 0.1

Tablo 3: Ekstrüzyon-rafine ön işlemden önce ve sonra oleaginous keten shives kimyasal bileşimi. Nem içindekiler ISO 665:2000 standardı54'egöre belirlenmiştir. İklimsel bir odada (%60 bağıl nem, 25 °C) şartlandıktan sonra, dengelenmiş malzemelerden ölçüldüler. Minerallerdeki içerikler ISO 749:1977 standardı55'egöre belirlenmiştir. Selüloz, hemiselüloz ve ligninlerdeki içerikler Van Soest ve Şarap56,57'ninAsit Deterjan Elyafı (ADF) - Nötr Deterjan Elyafı (NDF) yöntemi kullanılarak belirlenmiştir. Suda çözünen bileşiklerdeki içerikler, kaynar suda 1 saat sonra test numunesinin kütle kaybı ölçülerek belirlendi. Tüm ölçümler mükerrer olarak yapıldı. Tablodaki sonuçlar standart sapmalar ± ortalama değerlere karşılık gelir.

malzeme Görünür yoğunluk (kg/m3) Dokunmuş yoğunluk (kg/m3)
OFS27 117 ± 5 131 ± 4
Erf 71 ± 1 90 ± 1

Tablo 4: Ekstrüzyon-rafine ön işlemden önce ve sonra oleaginous keten shives belirgin ve dokunmuş yoğunlukları. Oleaginous keten shives'in dokunan yoğunluğu bir densitometre kullanılarak üç taraflı olarak ölçüldü. Görünür yoğunluk sıkıştırmadan önce elde edildi. Tablodaki sonuçlar standart sapmalar ± ortalama değerlere karşılık gelir. n.d., belirlenemedi.

malzeme Fiber uzunluğu (μm) Fiber çapı (μm) En boy oranı Para Cezaları (%)
OFS27 5804 ± 4013 1107 ± 669 6 ± 6 n.d.
Erf 559 ± 27 20.9 ± 0.2 27 ± 2 56 ± 2

Tablo 5: Ekstrüzyon-rafine ön işlemden önce ve sonra oleaginous keten titrer morfolojik özellikleri. Ham shives morfolojik analizi (yani ekstrüzyon-rafine ön işlemden önce) yaklaşık 3.000 parçacık taramasından bir yazılım kullanılarak görüntü analizi ilegerçekleştirildi 27. Ekstrüzyon rafine shives fiber morfoloji ölçümü ve karakterizasyonu için bir analizör kullanılarak gerçekleştirildi. Bu ölçümler için tespitler üç taraflı olarak yapıldı ve her deney için yaklaşık 15.000 parçacık analiz edildi. Tablodaki sonuçlar standart sapmalar ± ortalama değerlere karşılık gelir.

Fiberboard numarası 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Bükme özellikleri
Kalınlık (mm) 4,18 ± 0,07 5,03 ± 0,14 3,73 ± 0,11 3,88 ± 0,01 4,12 ± 0,02 4,56 ± 0,06 3,62 ± 0,12 3,81 ± 0,09 4,06 ± 0,12 4,37 ± 0,12 3,99 ± 0,07 4,69 ± 0,25
Yoğunluk (kg/m3) 1051 ± 16 1165 ± 78 1191 ± 59 1241 ± 34 1256 ± 41 1248 ± 37 1213 ± 54 1268 ± 17 1274 ± 23 1253 ± 32 1069 ± 19 1181 ± 40
Fleksörel mukavemet (MPa) 11.6 ± 1.0 13.3 ± 1.4 16.6 ± 1.4 20.9 ± 2.2 25,5 ± 1,9 22,6 ± 2,1 21.7 ± 1.9 24.4 ± 1.8 23,5 ± 2,1 24.1 ± 2.5 3.6 ± 0.4 10.7 ± 0.9
Elastik modül (MPa) 2474 ± 138 2039 ± 227 2851 ± 295 3827 ± 303 4272 ± 396 3806 ± 260 3781 ± 375 4612 ± 285 3947 ± 378 4014 ± 409 1071 ± 98 2695 ± 370
Shore D yüzey kayışı (°) 70.7 ± 2.2 69.0 ± 3.0 70.6 ± 1.9 70,5 ± 2,2 70.3 ± 2.0 71.1 ± 1.8 69.0 ± 2.7 70.8 ± 2.0 70.0 ± 2.2 71.0 ± 1.7 61.4 ± 4.8 61,8 ± 3,6
İç bağ mukavemeti (MPa) n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 0,70 ± 0,05 n.d. n.d.
24 saat boyunca suya daldıktan sonra suya hassasiyet
Kalınlık şişmesi (%) 139,5 ± 14,3 135.4 ± 10.9 76.1 ± 6.8 73.1 ± 1.8 82.3 ± 5.6 90,5 ± 3,9 64.0 ± 4.2 87.1 ± 5.6 100.1 ± 4.4 77,7 ± 2,2 159,9 ± 11,1 179,8 ± 16,3
Su emilimi (%) 145.4 ± 10.0 143.1 ± 16.2 66,5 ± 6,3 65.2 ± 3.5 69.1 ± 2.2 83.0 ± 5.0 54.4 ± 1.6 59,8 ± 1,1 86,3 ± 6,7 63.3 ± 1.7 156,8 ± 5,9 150.1 ± 7.0

Tablo 6: Sıcak presleme ile üretilen fiberboardların mekanik özellikleri, kalınlık şişmesi ve su emilimi. Kalınlık ve yoğunluk, test numunelerinin tartılarak ve elektronik bir kaliper kullanılarak boyutları ölçülerek belirlendi. Bükme özellikleri ISO 16978:2003 standardı58'egöre belirlenmiştir. Shore D yüzey sertliği ISO 868:2003 standardı59'a göre belirlenmiştir. İç tahvil mukavemeti ISO 16260:2016 standardı60'agöre belirlenmiştir. Suya daldırma sonrası suya duyarlılık (yani kalınlık şişmesi ve su emilimi) ISO 16983:2003 standardı61'egöre belirlenmiştir. Tüm tespitler dört kez gerçekleştirildi. Tablodaki sonuçlar standart sapmalar ± ortalama değerlere karşılık gelir. n.d., belirlenemedi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Burada özetlenen protokol, lignoselülozik liflerin ekstrüzyon-rafine edilmesinin yenilenebilir panolarda mekanik takviye olarak kullanmadan önce nasıl işlenerek işlendiğini açıklar. Burada kullanılan çift vidalı ekstrüder pilot ölçekli bir makinedir. 53 mm çapında (D) vidalarla, 8D'ye sahip modül 1 dışında her biri 4D uzunluğunda sekiz modülle donatılmıştır. namlu için 36D toplam uzunluğa (yani 1.908 mm) karşılık gelen uzunluk. Uzunluğu, işlenmiş malzemeye, lifli katı ile ilave su, genleşme, sıkıştırma, yoğun kesme ve daha sonra genişleme arasında besleme, sıkıştırma, samimi karıştırma gibi tek bir geçişte birkaç temel işlemin ardışıklığını uygulayacak kadar uzundur. Burada ekstrüzyon-rafine ön işlem, oleaginous keten samanından gelen tüylere başarıyla uygulandı. Teknik liflerin "tüm fiber" ekstraksiyon cihazı kullanılarak oleaginous keten samandan mekanik olarak çıkarılmasından sonra toplanan kalıntıyı oluştururlar51. Aynı çift vidalı makinede, ekstrüzyon-rafine etme adımından hemen sonra defiberlenmiş lignoselülozik biyokütleye eksojen bir bağlayıcı eklemek de mümkündür. Böylece vida profilinin ikinci yarısı rafine liflerin ve bu harici bağlayıcının samimi bir şekilde harmanlanmasına ayrılmıştır. Burada, bu ek bağlayıcı olarak kullanılan daha önce plastikleştirilmiş bir keten tohumu kekidir. Çeşitli oranlar kullanılarak rafine liflere eklenmiştir (titreme ile orantılı olarak% 10 ila% 25). Elde edilen % 100 oleaginous keten bazlı premiksler daha sonra sıcak presleme ile hardboardlara dönüştürüldü.

Sadece liflerin rafine edilmesine değil, aynı zamanda harici bir bağlayıcı eklenmesine izin veren yapılandırma için uygulanacak çok sayıda temel işlem nedeniyle (adım 3.1.2), kullanılacak makinenin namlu uzunluğu tedavinin başarısı için belirleyicidir. 36D ve hatta 40D uzunlukları daha uygun olmasına rağmen, en az 32D namlu uzunluğu gereklidir. İki ardışık kısıtlayıcı element bölgesi arasında taşınan karışımın genişlemesi daha iyidir ve bu, katı karışımın bileşenleri ile su arasındaki alışverişi tercih eder.

Ek olarak, vida profili çift vidalı prosesler2,3, 4için anahtar önemesahiptir. Özellikle kısıtlayıcı alanlar (yani yoğun mekanik çalışma alanları) azami özenle seçilmelidir. Burada, bu, lignoselülozik biyokütlenin defibrasyon için kullanılan ters vida elemanları ve rafine liflerin doğal bağlayıcı ile defibrasyon ve daha sonra samimi bir şekilde karıştırılmasından önce bu biyokütlenin su ile emprenye edilmesi için gerekli karıştırma elemanları ile ilgili endişelere yol açar. Bu elemanların tipolojisi (yani, ters vida elemanlarının perdesi ve karıştırma bloklarının genişliği ve kademe açısı), ilgili uzunlukları ve vida profili boyunca konumlandırılması üretilecek formülasyona uyarlanabilir.

Benzer şekilde,2,3,4üretilecek herhangi bir yeni formülasyon için çalışma koşullarının optimizasyonu (yani katıların giriş akış hızları, suyun giriş akış hızı, vida dönüş hızı ve sıcaklık profili) gerekli olacaktır. Aslında, tıpkı vida profilinde olduğu gibi, uygulanacak çalışma koşullarının da tedavi edilen her lignoselülozik biyokütlenin doğasına uyarlanması gerekecektir (örneğin, selüloz, hemiselülozlar ve ligninler arasındaki dağılım, diğer bileşenlerin olası varlığı, morfoloji ve girişteki katı parçacıkların sertliği vb.). Böylece çift vidalı ekstrüderin dolum oranı, oturma süresini optimize etmek ve makinenin verimliliğini artırmak amacıyla her yeni formülasyona ayarlanabilir ve tıkanmayı önleyebilir.

Bu nedenle, burada sunulan defibring ön tedavisinin ana sınırlaması olan ikiz vidalı cihazın dolum oranıdır. İşlenecek hammaddenin niteliğine, kullanılan vida profiline ve uygulanan ekstrüzyon koşullarına (yani katıların giriş akış hızları, sıvı/katı oranı ve vida dönüş hızı) bağlı olarak, karışımın çift vidalı aletin içindeki ortalama oturma süresi aynı değildir. Makinenin verimliliğini artırmak için amaç, üzerinde yapılan TMC çalışmalarının yeterli kalitesini korurken, arıtılmış bitki malzemesi akışını her zaman mümkün olduğunca artırmaktır.

Üretim sırasında kullanılan ve verimliliğini artırmak için kullanılan çift vidalı makinenin maksimum dönüş hızına mümkün olduğunca yakın seçilen vida dönüş hızında, gelen katı malzeme ve su akışları çok yüksek hale gelirse makine aşırı doldurulabilir. Bu nedenle, operatörlerin makinenin aşırı doldurulmamasını sağlamak için optimum dolum oranını seçmeleri önemlidir. Bu tür tıkanmaları önlemek için, ikiz vidalı alet yeterince uzun bir süre, yani en az yarım saat kullanılmalıdır. Üretim sırasında motoru tarafından tüketilen elektrik akımının stabilitesi, aşırı beslenmeyen bir makinenin teyidi olacaktır. Kontrol paneli, elektrik akımının zaman içinde evrimini takip etmeyi kolaylaştırır. Sonuç olarak, çift vidalı ekstrüzyon teknolojisi, bu nedenle, sentetik reçinelerden arındırılmış yenilenebilir fiberboardlar üretmek için çok yönlü ve yüksek performanslı bir araçtır. Her şeyden önce, lignoselülozik liflerin sürekli TMC defibrasyonunun, rafine liflerin ortalama en boy oranındaki bir artışla mekanik takviye yeteneklerinin artmasına yol açan, gerçekleştirilebilir. İkiz vidalı alet, klasik olarak kullanılan diğer defibrasyon yöntemlerine, yani basit bir taşlama, hamurlama işlemleri ve buhar patlamasına güvenilir bir alternatif olarak düşünülebilir.

Pirinç samanı üzerinde yapılan yeni bir çalışma, bu aracın, kağıt işlemlerinden kaynaklanan ve bir sindirim aşamasını ve ardından bir defibrasyon içeren bir yöntemden daha iyi bir şekilde bozulmaları sırasında liflerin uzunluğunu daha iyi koruma imkanı sunduğunu göstermiştir25. Aynı çalışma aynı zamanda ikiz vidalı ekstrüderde yapılan defibrasyonun daha az su tüketen olduğunu ve daha düşük maliyetle gerçekleştirilebileceğini göstermiştir. İkiz vida defibrasyon sırasında, ligninlerin salınması da kısmen elde edilen fiberboardların uyumuna (kendi kendine bağlanarak) katkıda bulunur27. Bunlara "kendi kendine bağlı tahtalar" denir.

Aynı çift vidalı ekstrüderde ve daha fazla kompaktlık için, daha önce rafine edilmiş liflere değişken oranlarda sürekli olarak harici bir bağlayıcı eklemek de mümkündür. Bu, üretim süresini ve maliyetinin yanı sıra premiks hazırlama ünitesinin boyutlandırmasını azaltır. Liflerin ön işlem ve premiks hazırlanması genel süreci böylece fiberboardlar sıcak preslemeden önce büyük ölçüde yoğunlaşır. Eksojen bağlayıcının eklenmesi, elde edilen malzemelerin kullanım özelliklerinde önemli bir iyileşmeye de katkıda bulunur. Bu yenilikçi süreç, bu nedenle, farklı lignoselülozik biyomasse'lere ve farklı doğal bağlayıcılara uyarlanabildiği için özellikle çok yönlüdür.

Gelecekte, ikiz vidalı aletin mükemmel karıştırma kapasitesinden daha fazla yararlanılmalıdır. Örneğin, son kalıplama işlemine hazır tamamen işlevselleştirilmiş premiks sağlamak için fiberboardların, antifungal ajanların, yangın geciktiricilerin, renklerin vb.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Acknowledgments

hiç kimse

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Analogue durometer Bareiss HP Shore Device used for determining the Shore D surface hardness of fiberboards
Ash furnace Nabetherm Controller B 180 Furnace used for the mineral content determinations
Belt dryer Clextral Evolum 600 Belt dryer used for the continuous drying of extrudates at the exit of the twin-screw extruder
Cold extraction unit FOSS FT 121 Fibertec Cold extractor used for determining the fiber content inside solid materials
Densitometer MA.TEC Densi-Tap IG/4 Device used for determining apparent and tapped densities of extrudates once dried
Double-helix mixer Electra MH 400 Mixer used for preparing the solid mixture made of the raw shives and the plasticized linseed cake for producing board number 12
Fiber morphology analyzer Techpap MorFi Compact Analyzer used for determining the morphological characteristics of extrusion-refined shives
Gravimetric belt feeder Coperion K-Tron SWB-300-N Feeder used for the quantification of the oleaginous flax shives
Gravimetric screw feeder Coperion K-Tron K-ML-KT20 Feeder used for the quantification of the plasticized linseed cake
Hammer mill Electra BC P Crusher used for the grinding of granules made of plasticized linseed cake
Heated hydraulic press Pinette Emidecau Industries PEI 400-t Hydraulic press used for molding the fiberboards through hot pressing
Hot extraction unit FOSS FT 122 Fibertec Hot extractor used for determining the water-soluble and fiber contents inside solid materials
Image analysis software National Institutes of Health ImageJ Software used for determining the morphological characteristics of raw shives
Oleaginous flax straw Ovalie Innovation N/A Raw material supplied for the experimental work
Piston pump Clextral DKM Super MD-PP-63 Pump used for the water quantification and injection
Scanner Toshiba e-Studio 257 Scanner used for taking an image of raw shives in gray level
Side feeder Clextral E36 Feeder used to force the introduction of the plasticized linseed cake inside the barrel (at the level of module 5) for configuration (b)
Thermogravimetric analyzer Shimadzu TGA-50 Analyzer used for conducting the thermogravimetric analysis of the solids being processed
Twin-screw extruder Clextral Evolum HT 53 Co-rotating and co-penetrating pilot scale twin-screw extruder having a 36D total length (D is the screw diameter, i.e., 53 mm)
Universal oven Memmert UN30 Oven used for the moisture content determinations
Universal testing machine Instron 33R4204 Testing machine used for determining the bending properties of fiberboards
Ventilated oven France Etuves XL2520 Oven used for the discontinuous drying of extrudates at the exit of the twin-screw extruder
Vibrating sieve shaker RITEC RITEC 600 Sieve shaker used for the sieving of the plasticized linseed cake
Vibrating sieve shaker RITEC RITEC 1800 Sieve shaker used for removing short bast fibers entrapped inside the oleaginous flax shives

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Martelli, F. G. Twin-screw extruders: a basic understanding. , Vans Nostrand Reinhold Company. New York. (1983).
  2. Evon, P., Vandenbossche, V., Candy, L., Pontalier, P. Y., Rouilly, A. Twin-screw extrusion: a key technology for the biorefinery. Biomass extrusion and reaction technologies: principles to practices and future potential. American Chemical Society, ACS Symposium Series. 1304 (2), 25-44 (2018).
  3. Vandenbossche, V., Candy, L., Evon, P. h, Rouilly, A., Pontalier, P. Y. Extrusion. Green Food Processing Techniques: Preservation, Transformation and Extraction. 10, Elsevier. 289-314 (2019).
  4. Bouvier, J. M., Campanella, O. H. The Generic Extrusion Process IV: Thermomechanical pretreatment and Solid-Liquid Separation. Extrusion Processing Technology: Food and Non-Food Biomaterials. , Wiley Online Library. 351-392 (2014).
  5. Evon, P., Vandenbossche, V., Pontalier, P. Y., Rigal, L. Direct extraction of oil from sunflower seeds by twin-screw extruder according to an aqueous extraction process: feasibility study and influence of operating conditions. Industrial Crops and Products. 26 (3), 351-359 (2007).
  6. Evon, P., Vandenbossche, V., Pontalier, P. Y., Rigal, L. Aqueous extraction of residual oil from sunflower press cake using a twin-screw extruder: feasibility study. Industrial Crops and Products. 29 (2-3), 455-465 (2009).
  7. Evon, P., Amalia Kartika, I., Cerny, M., Rigal, L. Extraction of oil from jatropha seeds using a twin-screw extruder: Feasibility study. Industrial Crops and Products. 47, 33-42 (2013).
  8. Uitterhaegen, E., et al. Extraction of coriander oil using twin-screw extrusion: Feasibility study and potential press cake applications. Journal of the American Oil Chemists' Society. 92 (8), 1219-1233 (2015).
  9. Evon, P., et al. The thermo-mechano-chemical twin-screw reactor, a new perspective for the biorefinery of sunflower whole plant: aqueous extraction of oil and other biopolymers, and production of biodegradable fiberboards from solid raffinate. Oilseeds & fats, Crops and Lipids. 23 (5), 505 (2016).
  10. Uitterhaegen, E., Evon, P. Twin-screw extrusion technology for vegetable oil extraction: a review. Journal of Food Engineering. 212, 190-200 (2017).
  11. N'Diaye, S., Rigal, L. Factors influencing the alkaline extraction of poplar hemicelluloses in a twin-screw reactor: correlation with specific mechanical energy and residence time distribution of the liquid phase. Bioresource Technology. 75 (1), 13-18 (2000).
  12. Prat, L., Guiraud, P., Rigal, L., Gourdon, C. A one dimensional model for the prediction of extraction yields in a two phases modified twin-screw extruder. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 41 (9), 743-751 (2002).
  13. Maréchal, V., Rigal, L. Characterization of by-products of sunflower culture: commercial applications for stalks and heads. Industrial Crops and Products. 10 (3), 185-200 (1999).
  14. Colas, D., Doumeng, C., Pontalier, P. Y., Rigal, L. Twin-screw extrusion technology, an original solution for the extraction of proteins from alfalfa (Medicago sativa). Food and Bioproducts Processing. 91 (2), 175-182 (2013).
  15. Colas, D., Doumeng, C., Pontalier, P. Y., Rigal, L. Green crop fractionation by twin-screw extrusion: Influence of the screw profile on alfalfa (Medicago sativa) dehydration and protein extraction. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 72, 1-9 (2013).
  16. Celhay, C., Mathieu, C., Candy, L., Vilarem, G., Rigal, L. Aqueous extraction of polyphenols and antiradicals from wood by-products by a twin-screw extractor: Feasibility study. Comptes Rendus Chimie. 17 (3), 204-211 (2014).
  17. Vandenbossche, V., et al. Suitability assessment of a continuous process combining thermo-mechano-chemical and bio-catalytic action in a single pilot-scale twin-screw extruder for six different biomass sources. Bioresource Technology. 211, 146-153 (2016).
  18. Rouilly, A., Orliac, O., Silvestre, F., Rigal, L. New natural injection-moldable composite material from sunflower oil cake. Bioresource Technology. 97 (4), 553-561 (2006).
  19. Vegetable material from cereal plants and process for making the same. European Patent. Peyrat, E., Rigal, L., Pluquet, V., Gaset, A. , 0989228 (2000).
  20. Chabrat, É, Abdillahi, H., Rouilly, A., Rigal, L. Influence of citric acid and water on thermoplastic wheat flour/poly(lactic acid) blends. I: Thermal, mechanical and morphological properties. Industrial Crops and Products. 37 (1), 238-246 (2012).
  21. Abdillahi, H., Chabrat, É, Rouilly, A., Rigal, L. Influence of citric acid on thermoplastic wheat flour/poly(lactic acid) blends. II. Barrier properties and water vapor sorption isotherms. Industrial Crops and Products. 50, 104-111 (2013).
  22. Gamon, G., Evon, P. h, Rigal, L. Twin-screw extrusion impact on natural fibre morphology and material properties in poly(lactic acid) based biocomposites. Industrial Crops and Products. 46, 173-185 (2013).
  23. Uitterhaegen, E., et al. Performance, durability and recycling of thermoplastic biocomposites reinforced with coriander straw. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 113, 254-263 (2018).
  24. Process for depithing pith containing plants, in particular sorghum. European Patent. Manolas, C., Gaset, A., Jamet, J. P., Rigal, L., N'Diaye, S. , EP 0698681 (1995).
  25. Theng, D., et al. Comparison between two different pretreatment technologies of rice straw fibers prior to fiberboard manufacturing: twin-screw extrusion and digestion plus defibration. Industrial Crops and Products. 107, 184-197 (2017).
  26. Uitterhaegen, E., et al. Impact of a thermomechanical fiber pre-treatment using twin-screw extrusion on the production and properties of renewable binderless coriander fiberboards. International Journal of Molecular Sciences. 18, 1539 (2017).
  27. Evon, P. h, et al. Production of fiberboards from shives collected after continuous fibre mechanical extraction from oleaginous flax. Journal of Natural Fibers. , (2018).
  28. Theng, D., et al. Production of fiberboards from rice straw thermo-mechanical extrudates using thermopressing: influence of fiber morphology, water addition and lignin content. European Journal of Wood and Wood Products. 77 (1), 15-32 (2019).
  29. Simon, V., et al. VOC and carbonyl compound emissions of a fiberboard resulting from a coriander biorefinery: comparison with two commercial wood-based building materials. Environmental Science and Pollution Research. 27, 16121-16133 (2020).
  30. Verdier, T., et al. Using glycerol esters to prevent microbial growth on sunflower-based insulation panels. Construction Materials. , (2020).
  31. Evon, P. h, et al. Low-density insulation blocks and hardboards from amaranth (Amaranthus cruentes) stems, a new perspective for building applications. 3rd Euromaghreb Conference: Sustainability and Bio-based Materials on the road of Bioeconomy. , Rouen, France. (2020).
  32. Labonne, L., Samalens, F., Evon, P. h Sunflower fiberboards: influence of molding conditions on bending properties and water uptake. 5th International Conference on Structural Analysis of Advanced Materials. , Island of Zante (Zakynthos), Greece. (2021).
  33. Van Dam, J. E. G., Van den Oever, M. J. A., Keijsers, E. R. P. Production process for high density high performance binderless boards from whole coconut husk. Industrial Crops and Products. 20 (1), 97-101 (2004).
  34. Salthammer, T., Mentese, S., Marutzky, R. Formaldehyde in the indoor environment. Chemical Reviews. 110 (4), 2536-2572 (2010).
  35. Zhang, D., Zhang, A., Xue, L. A review of preparation of binderless fiberboards and its self-bonding mechanism. Wood Science and Technology. 49, 661-679 (2015).
  36. Felby, C., Pedersen, L. S., Nielsen, B. R. Enhanced auto adhesion of wood fibers using phenol oxidases. Holzforschung. 51, 281-286 (1997).
  37. Felby, C., Hassingboe, J., Lund, M. Pilot-scale production of fiberboards made by laccase oxidized wood fibers: board properties and evidence for cross-linking of lignin. Enzyme and Microbial Technology. 31 (6), 736-741 (2002).
  38. Felby, C., Thygesen, L. G., Sanadi, A., Barsberg, S. Native lignin for bonding of fiber boards: evaluation of bonding mechanisms in boards made from laccase-treated fibers of beech (Fagus sylvatica). Industrial Crops and Products. 20 (2), 181-189 (2004).
  39. Okuda, N., Sato, M. Manufacture and mechanical properties of binderless boards from kenaf core. Journal of Wood Science. 50, 53-61 (2004).
  40. Velásquez, J. A., Ferrando, F., Salvadó, J. Binderless fiberboard from steam exploded miscanthus sinensis: The effect of a grinding process. Holz als Roh- und Werkstoff. 60, 297-302 (2002).
  41. Theng, D., et al. All-lignocellulosic fiberboard from corn biomass and cellulose nanofibers. Industrial Crops and Products. 76, 166-173 (2015).
  42. Migneault, S., et al. Medium-density fiberboard produced using pulp and paper sludge from different pulping processes. Wood and Fiber Science. 42 (3), 292-303 (2010).
  43. Velásquez, J. A., Ferrando, F., Farriol, X., Salvadó, J. Binderless fiberboard from steam exploded miscanthus sinensis. Wood Science and Technology. 37 (3), 269-278 (2003).
  44. Xu, J., Widyorini, R., Yamauchi, H., Kawai, S. Development of binderless fiberboard from kenaf core. Journal of Wood Science. 52 (3), 236-243 (2006).
  45. Quintana, G., Velásquez, J., Betancourt, S., Gañán, P. Binderless fiberboard from steam exploded banana bunch. Industrial Crops and Products. 29 (1), 60-66 (2009).
  46. Mancera, C., El Mansouri, N. E., Vilaseca, F., Ferrando, F., Salvado, J. The effect of lignin as a natural adhesive on the physico-mechanical properties of Vitis vinifera fiberboards. BioResources. 6 (3), 2851-2860 (2011).
  47. Mancera, C., El Mansouri, N. E., Pelach, M. A., Francesc, F., Salvadó, J. Feasibility of incorporating treated lignins in fiberboards made from agricultural waste. Waste Management. 32 (10), 1962-1967 (2012).
  48. ISO. ISO 16895-1:2008, Wood-based panels - Dry-process fibreboard - Part 1: Classifications. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2008).
  49. ISO. ISO 16895-2:2010, Wood-based panels - Dry process fibreboard - Part 2: Requirements. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2010).
  50. ISO. ISO 16893-2:2010, Wood-based panels - Particleboard - Part 2: Requirements. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2010).
  51. Ouagne, P., Barthod-Malat, B., Evon, P. h, Labonne, L., Placet, V. Fibre extraction from oleaginous flax for technical textile applications: influence of pre-processing parameters on fibre extraction yield, size distribution and mechanical properties. Procedia Engineering. 200, 213-220 (2017).
  52. ISO. ISO 5983-1:2005, Animal Feeding Stuffs - Determination of nitrogen content and calculation of crude protein content - Part 1: Kjeldahl method. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2005).
  53. AFNOR. NF EN 312 (2010-11), Particleboards - Specifications. Association Française de Normalisation. , France. (2010).
  54. ISO. ISO 665:2000, Oilseeds - Determination of moisture and volatile matter content. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2000).
  55. ISO. ISO 749:1977, Oilseed residues - Determination of total ash. International Organization for Standardization. , Switzerland. (1977).
  56. Van Soest, P. J., Wine, R. H. Use of detergents in the analysis of fibrous feeds. IV. Determination of plant cell wall constituents. Journal of AOAC International. 50 (1), 50-55 (1967).
  57. Van Soest, P. J., Wine, R. H. Determination of lignin and cellulose in acid detergent fiber with permanganate. Journal of AOAC International. 51 (4), 780-785 (1968).
  58. ISO. ISO 16978:2003, Wood-based panels - Determination of modulus of elasticity in bending and of bending strength. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2003).
  59. ISO. ISO 868:2003, Plastics and ebonite - Determination of indentation hardness by means of a durometer (Shore hardness). International Organization for Standardization. , Switzerland. (2003).
  60. ISO. ISO 16260:2016, Paper and board - Determination of internal bond strength. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2016).
  61. ISO. ISO 16983:2003, Wood-based panels - Determination of swelling in thickness after immersion in water. International Organization for Standardization. , Switzerland. (2003).

Tags

Mühendislik Sayı 167 çift vidalı ekstrüyon termo-mekano-kimyasal ön arıtma fiber rafine lif en boy oranı mahsul yan ürünleri lignoselüloz yenilenebilir elyaflar mekanik takviye sıcak presleme doğal bağlayıcılar tamamen biyo-bazlı fiberboardlar
Yenilenebilir Fiberboard Üretmek için İki Vidalı Ekstrüzyon Prosesi
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Evon, P., Labonne, L., Khan, S. U.,… More

Evon, P., Labonne, L., Khan, S. U., Ouagne, P., Pontalier, P. Y., Rouilly, A. Twin-Screw Extrusion Process to Produce Renewable Fiberboards. J. Vis. Exp. (167), e62072, doi:10.3791/62072 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter