Производство на хидрогелове с предимства чрез ултразвукова обработка

Ултразвуковата обработка е високоефикасен, надежден и прост метод за получаване на високоефективни хидрогелове. Тези хидрогелове притежават отлични материални свойства като абсорбционен капацитет, вискоеластичност, механична якост, модул на натиск и способности за самовъзстановяване.

Ултразвукова полимеризация и диспергиране за производство на хидрогелове

Хидрогеловете са хидрофилни триизмерни полимерни мрежи, които могат да абсорбират големи количества вода или течности. Хидрогеловете проявяват изключителна способност за набъбване. Обичайните градивни компоненти на хидрогеловете включват поливинилов алкохол, полиетиленгликол, натриев полиакрилат, акрилатни полимери, карбомери, полизахариди или полипептиди с голям брой хидрофилни групи и естествени протеини като колаген, желатин и фибрин.
Така наречените хибридни хидрогелове се състоят от различни материали с различни химични, функционални и морфологични характеристики, като протеини, пептиди или нано- / микроструктури.
Ултразвуковото диспергиране се използва широко като високоефективен и надежден метод за хомогенно разпределяне на наноматериали като въглеродни нанотръби (CNTs, MWCNTs, SWCNTs), целулозни нанокристали, хитинови нановлакна, титанов диоксид, сребърни наночастици, протеини и други микро- или наноструктури в полимерната матрица на хидрогеловете. Това превръща ултразвуковата обработка в основен инструмент за производство на високоефективни хидрогелове с изключителни качества.

Какво показват изследванията – получаване на хидрогелове чрез ултразвук

Първо, ултразвуковата обработка подпомага реакциите на полимеризация и омрежване при образуването на хидрогелове.
Второ, ултразвуковата обработка е доказана като надежден и ефективен метод за диспергиране при производството на хидрогелове и нанокомпозитни хидрогелове.

Ултразвуково омрежване и полимеризация на хидрогелове

Ултразвуковата обработка подпомага образуването на полимерни мрежи при синтеза на хидрогелове чрез генериране на свободни радикали. Интензивните ултразвукови вълни генерират акустична кавитация, която причинява силно срязване, срязване на молекулите и образуване на свободни радикали.

Cass et al. (2010) получават няколко акрилни хидрогела: „Акрилните хидрогелове са получени чрез ултразвукова полимеризация на водоразтворими мономери и макромономери. Ултразвукът е използван за създаване на иницииращи радикали във вискозни водни разтвори на мономери с добавките глицерол, сорбитол или глюкоза в отворена система при 37°C. Водоразтворимите добавки са били съществени за производството на хидрогеловете, като глицеролът е бил най-ефективен. Хидрогеловете са получени от мономерите 2-hydroxyethyl methacrylate, поли(етиленгликол) диметакрилат, декстран метакрилат, акрилова киселина/етиленгликол диметакрилат и акриламид/бис-акриламид.“ [Cass et al. 2010] Установено е, че прилагането на ултразвук със сонден ултразвуков апарат е ефективен метод за полимеризация на водоразтворими винилови мономери и последващо получаване на хидрогелове. Ултразвуково инициираната полимеризация протича бързо в отсъствието на химичен инициатор.
Намерете пълния протокол на изследването тук!
 

Ултразвуково диспергиране на пирогенен силициев диоксид: Ултразвуковият хомогенизатор Hielscher UP400S диспергира бързо и ефективно прахообразния силициев диоксид до отделни наночастици.

Прочетете повече за ултразвуковия синтез на нанокомпозитни хидрогелове и наногелове!

Ултразвуковата обработка е съвместима с всички видове полимери и биополимери и позволява укрепване на хибридните хидрогелове с наноструктурирани материали като наночастици, нанокристали или нановлакна. Укрепването на хидрогеловете с различни наноматериали позволява да се изменят и контролират физикохимичните и реомеханичните свойства на нанокомпозитните хидрогелове, тъй като микроструктурите са ключовият фактор за получените материални свойства.

Получаване на хидрогел от поли(акриламид-ко-итаконова киселина) – MWCNT чрез ултразвукова обработка

Mohammadinezhada et al. (2018) успешно получават суперабсорбиращ хидрогелен композит, съдържащ поли(акриламид-ко-итаконова киселина) и многостенни въглеродни нанотръби (MWCNTs). Ултразвуковата обработка е извършена с ултразвуковия апарат на Hielscher UP200S. Стабилността на хидрогела се увеличава с увеличаването на дела на MWCNTs, което би могло да се дължи на хидрофобната природа на MWCNTs, както и на увеличаването на плътността на омрежващия агент. Капацитетът за задържане на вода (WRC) на хидрогела P(AAm-co-IA) също се увеличава в присъствието на MWCNT (10 wt%). В това изследване ефектите на ултразвуковата обработка са оценени като превъзхождащи по отношение на равномерното разпределение на въглеродните нанотръби върху повърхността на полимера. MWCNTs остават непокътнати, без каквото и да е нарушаване на полимерната структура. Освен това се увеличават якостта на получения нанокомпозит, капацитетът му за задържане на вода и абсорбцията на други разтворими вещества като Pb (II). Ултразвуковата обработка разцепва инициатора и диспергира MWCNTs като отличен пълнител в полимерните вериги при повишаваща се температура.
Изследователите заключават, че тези „реакционни условия не могат да бъдат постигнати чрез конвенционални методи, а хомогенността и доброто диспергиране на частиците в приемащата матрица не могат да бъдат постигнати. Освен това процесът на ултразвукова обработка разделя наночастиците на отделни частици, докато разбъркването не може да направи това. Друг механизъм за намаляване на размера е въздействието на мощните акустични вълни върху вторичните връзки, като водородните връзки, при което това облъчване разрушава водородните връзки между частиците и впоследствие разделя агрегираните частици и увеличава броя на свободните адсорбционни групи като -OH и достъпността им. Така това важно явление превръща процеса на ултразвукова обработка в метод, превъзхождащ останалите, като магнитното разбъркване, използвано в литературата.“ [Mohammadinezhada et al., 2018]

Високоефективни ултразвукови апарати за синтез на хидрогелове

Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективно ултразвуково оборудване за синтез на хидрогелове. От малки и средни ултразвукови апарати за научноизследователска и развойна дейност и пилотни приложения до промишлени системи за търговско производство на хидрогелове в непрекъснат режим, Hielscher Ultrasonics удовлетворява изискванията на вашия процес.
Ултразвуковите апарати от промишлен клас могат да осигуряват много високи амплитуди, които позволяват надеждни реакции на омрежване и полимеризация и равномерно диспергиране на наночастици. Амплитуди до 200µm могат лесно да се поддържат непрекъснато при работа в режим 24/7/365. За още по-високи амплитуди се предлагат ултразвукови сонотроди, изработени по поръчка.

Свържете се с нас още днес за допълнителна техническа информация, цени и необвързваща оферта. Нашият екип с дългогодишен опит с удоволствие ще ви консултира!
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати:

SonoStation на Hielscher улеснява ултразвуковата обработка на средни по обем партиди с проточен реактор. Компактната SonoStation съчетава 38-литров резервоар с бъркалка и регулируема ексцентършнекова помпа, която може да подава до 3 литра в минута към един или два ултразвукови проточни реактора.