Изгодно производство на хидрогел чрез ултразвук
Соникацията е високоефективна, надеждна и проста техника за приготвяне на високоефективни хидрогелове. Тези хидрогелове предлагат отлични свойства на материала като абсорбираща способност, вискоеластичност, механична якост, модул на компресия и функции за самовъзстановяване.
Ултразвукова полимеризация и дисперсия за производство на хидрогел
Хидрогеловете са хидрофилни, триизмерни полимерни мрежи, които са в състояние да абсорбират големи количества вода или течности. Хидрогеловете показват изключителна способност на подуване. Често срещаните градивни елементи на хидгелите включват поливинил алкохол, полиетилен гликол, 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 химически, функционално и морфологично различни материали, като протеини, пептиди или нано- / микроструктури.
Ултразвуковата дисперсия се използва широко като високоефективна и надеждна техника за хомогенизиране на наноматериали като въглеродни нанотръби (CNT, MWCNT, SWCNT), целулозни нанокристали, хитинови нановлакна, титанов диоксид, сребърни наночастици, протеини и други микрон- или наноструктури в полимерната матрица на хидрогеловете. Това прави ултразвука основен инструмент за производство на високоефективни хидрогелове с изключителни качества.
Ултразвуков уред UIP1000hdT със стъклен реактор за синтез на хидрогел
Какво показват изследванията – Ултразвуков хидрогелен препарат
Първо, ултразвукът насърчава полимеризацията и реакциите на омрежване по време на образуването на хидрогел.
На второ място, ултразвукът е доказан като надеждна и ефективна дисперсионна техника за производство на хидрогелове и нанокомпозитни хидрогелове.
Ултразвуково омрежване и полимеризация на хидрогелове
Ултразвукът подпомага образуването на полимерни мрежи по време на синтеза на хидрогел чрез генериране на свободни радикали. Интензивните ултразвукови вълни генерират акустична кавитация, която причинява силите на срязване, молекулярното срязване и образуването на свободни радикали.
Cass et al. (2010) подготвят няколко "акрилни хидрогела, получени чрез ултразвукова полимеризация на водоразтворими мономери и макромономери. Ултразвукът е използван за създаване на иницииращи радикали във вискозни водни мономерни разтвори, като се използват добавките глицерол, сорбитол или глюкоза в отворена система при 37°C. Водоразтворимите добавки са от съществено значение за производството на хидрогел, като глицеролът е най-ефективен. Хидрогеловете са приготвени от мономерите 2-хидроксиетил метакрилат, поли(етилен гликол) диметакрилат, декстран метакрилат, акрилова киселина/етилен гликол диметакрилат и акриламид/бис-акриламид." [Cass et al. 2010] Установено е, че ултразвуковото приложение с помощта на ултразвуков сонд е ефективен метод за полимеризация на водоразтворими винилови мономери и последващо приготвяне на хидрогелове. Ултразвуково инициираната полимеризация се случва бързо при липса на химически инициатор.
Намерете пълния протокол на проучването тук!
- наночастици, например TiO2
- въглеродни нанотръби (CNT)
- целулозни нанокристали (CNC)
- целулозни нанофибрили
- дъвки, например ксантан, гума от семена на градински чай
- Протеини
Прочетете повече за ултразвуковия синтез на нанокомпозитни хидрогелове и наногелове!
Образуване на хидрогел чрез ултразвуково подпомогнато желиране с помощта на ултразвуков апарат UP100H (Проучване и филм: Rutgeerts et al., 2019)
SEM на хидрогел от поли(акриламид-коитаконова киселина, съдържащ MWCNTs. MWCNT бяха ултразвуково диспергирани с помощта на ултразвуковия апарат UP200S.
проучване и снимка: Mohammadinezhada et al., 2018 г.
Производство на поли(акриламид-коитаконова киселина) – MWCNT хидрогел с помощта на Sonication
Mohammadinezhada et al. (2018) успешно произвеждат суперабсорбиращ хидрогелен композит, съдържащ поли(акриламид-ко-итаконова киселина) и многостенни въглеродни нанотръби (MWCNT). Ултразвукът е извършен с ултразвуковия апарат Hielscher UP200S. Стабилността на хидрогела се увеличава с увеличаване на съотношенията на MWCNT, което може да се дължи на хидрофобния характер на MWCNT, както и на увеличаването на плътността на омрежващите устройства. Капацитетът за задържане на вода (WRC) на хидрогела P(AAm-co-IA) също е увеличен в присъствието на MWCNT (10 тегловни %). В това проучване ефектите от ултразвука са оценени като по-добри по отношение на равномерното разпределение на въглеродните нанотръби върху полимерната повърхност. MWCNT бяха непокътнати без никакво прекъсване на полимерната структура. Освен това се увеличава силата на получения нанокомпозит и неговата способност за задържане на вода, както и абсорбцията на други разтворими материали като Pb (II). Соникацията разчупва инициатора и разпръсква MWCNT като отличен пълнител в полимерните вериги при повишаване на температурата.
Изследователите заключават, че тези "условия на реакция не могат да бъдат постигнати чрез конвенционални методи и хомогенността и доброто разпръскване на частиците в гостоприемника не могат да бъдат постигнати. В допълнение, процесът на ултразвук разделя наночастиците на единични частици, докато разбъркването не може да направи това. Друг механизъм за намаляване на размера е ефектът на мощни акустични вълни върху вторичните връзки като водородна връзка, при която това облъчване разрушава H-връзката на частиците и впоследствие дисоциира агрегираните частици и увеличава броя на свободните адсорбтивни групи като -OH и достъпността. По този начин това важно събитие прави процеса на ултразвук по-добър метод от другите, като магнитното разбъркване, прилагано в литературата." [Mohammadinezhada et al., 2018]
Високоефективни ултразвукови апарати за синтез на хидрогел
Hielscher Ultrasonics произвежда високопроизводително ултразвуково оборудване за синтез на хидрогелове. От малък и среден размер R&D и пилотни ултразвукови апарати към промишлени системи за търговско производство на хидрогел в непрекъснат режим, Hielscher Ultrasonics покрива вашите изисквания към процеса.
Ултразвуковите апарати от индустриален клас могат да осигурят много високи амплитуди, които позволяват надеждни реакции на омрежване и полимеризация и равномерно разпръскване на наночастици. Амплитуди до 200 μm могат лесно да работят непрекъснато при работа 24/7/365. За още по-високи амплитуди се предлагат персонализирани ултразвукови сонотроди.
- висока ефективност
- Най-съвременна технология
- надеждност & Стабилност
- партида & Вградени
- за всеки обем
- Интелигентен софтуер
- интелигентни функции (напр. протоколиране на данни)
- CIP (почистване на място)
Попитайте ни днес за допълнителна техническа информация, цени и неангажираща оферта. Нашият дългогодишен опитен персонал се радва да ви консултира!
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати:
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
|---|---|---|
| 1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | UP100H |
| 10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 до 20L | 0.2 до 4 л/мин | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10 л/мин | UIP4000hdT |
| Н.А. | 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
| Н.А. | Голям | Клъстер от UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Компактният SonoStation комбинира 38-литров разбъркан резервоар с регулируема прогресивна кухина помпа, която може да подава 3 литра в минута в един или два ултразвукови реактора с проточни клетки.
Hielscher Ultrasonics произвежда високоефективни ултразвукови хомогенизатори за смесване, дисперсия, емулгиране и екстракция в лабораторен, пилотен и индустриален мащаб.
Факти, които си струва да знаете
За какво се използват хидрогеловете?
Хидрогеловете се използват в много индустрии, като например във фармацевтиката за доставяне на лекарства (напр. вкаране на лекарства с освобождаване във времето, перорално, интравенозно, локално или ректално доставяне), медицина (напр. като скелета в тъканното инженерство, гръдни импланти, биомеханични материали, превръзки за рани), козметични продукти, продукти за грижа (напр. контактни лещи, памперси, дамски превръзки), селско стопанство (напр. за пестицидни формулировки, гранули за задържане на почвената влага в сухи райони), изследване на материали като функционални полимери (напр. експлозиви с воден гел, капсулиране на квантови точки, термодинамично производство на електроенергия), обезводняване на въглища, изкуствен сняг, хранителни добавки и други продукти (напр. лепило).
Класификация на хидрогеловете
Когато се прави класификацията на хидрогеловете, в зависимост от физическата им структура може да се класифицира, както следва:
- аморфни (некристални)
- полукристална: Сложна смес от аморфни и кристални фази
- кристален
Когато се фокусират върху полимерния състав, хидрогеловете могат да бъдат класифицирани и в следните три категории:
- Хомополимерни хидрогелове
- Кополимерни хидрогелове
- мултиполимерни хидрогелове / IPN хидрогелове
Въз основа на вида на омрежването, хидрогеловете се класифицират на:
- химически омрежени мрежи: постоянни кръстовища
- Физически омрежени мрежи: преходни кръстовища
Външният вид води до класификация в:
- матрица
- филм
- микросфера
Класификация въз основа на електрически заряд в мрежата:
- Нейонна (неутрална)
- йонна (включително анионна или катионна)
- амфотерен електролит (амфолитичен)
- цвитерион (полибетаини)
Литература / Препратки
- Mohammadinezhada, Alireza; Marandi, Gholam Bagheri; Farsadrooh, Majid; Javadian, Hamedreza (2018): Synthesis of poly(acrylamide-co-itaconic acid)/MWCNTs superabsorbent hydrogel nanocomposite by ultrasound-assisted technique: Swelling behavior and Pb (II) adsorption capacity. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 49, 2018. 1-12.
- Cass, Peter; Knower, Warren; Pereeia, Eliana; Holmes, Natalie P.; Hughes Tim (2010): Preparation of hydrogels via ultrasonic polymerization. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 2, February 2010. 326-332.
- Willfahrt, A., Steiner, E., Hoetzel, J., Crispin, X. (2019): Printable acid-modified corn starch as non-toxic, disposable hydrogel-polymer electrolyte in supercapacitors. Applied Physics A, 125(7), 474.
- Butylina, Svetlana; Geng, Shiyu; Laatikainen, Katri; Oksman, Kristiina (2020): Cellulose Nanocomposite Hydrogels: From Formulation to Material Properties. Frontiers in Chemistry, Vol. 8, 655, 2020.
- Rutgeerts, Laurens A. J.; Soultan, Al Halifa; Subramani, Ramesh; Toprakhisar, Burak; Ramon, Herman; Paderes, Monissa C.; De Borggraeve, Wim M.; Patterson, Jennifer (2019): Robust scalable synthesis of a bis-urea derivative forming thixotropic and cytocompatible supramolecular hydrogels. Chemical Communications Issue 51, 2019.
- Oleyaei, Seyed Amir; Razavi, Seyed Mohammad Ali; Mikkonen, Kirsi S. (2018): Physicochemical and rheo-mechanical properties of titanium dioxide reinforced sage seed gum nanohybrid hydrogel. International Journal of Biological Macromolecules Vol. 118, Part A, 2018. 661-670.
Високоефективна ултразвук! Продуктовата гама на Hielscher обхваща пълния спектър от компактен лабораторен ултразвуков апарат до настолни ултразвукови системи до напълно индустриални ултразвукови системи.