Povoljna proizvodnja hidrogela ultrazvukom
Sonikacija je vrlo efikasna, pouzdana i jednostavna tehnika za pripremu hidrogelova visokih performansi. Ovi hidrogelovi nude izvrsna svojstva materijala kao što su kapacitet apsorpcije, viskoelastičnost, mehanička čvrstoća, modul kompresije i funkcije samoizlječenja.
Ultrazvučna polimerizacija i disperzija za proizvodnju hidrogela
Hidrogelovi su hidrofilne, trodimenzionalne polimerne mreže koje su u stanju da apsorbuju velike količine vode ili tečnosti. Hidrogelovi pokazuju izvanredan kapacitet bubrenja. Uobičajeni gradivni blokovi hidrogelova uključuju polivinil alkohol, polietilen glikol, natrijum poliakrilat, akrilatne polimere, karbomere, polisaharide ili polipeptide sa velikim brojem hidrofilnih grupa i prirodne proteine kao što su kolagen, želatin i fibrin.
Takozvani hibridni hidrogelovi sastoje se od različitih hemijski, funkcionalno i morfološki različitih materijala, kao što su proteini, peptidi ili nano-/mikrostrukture.
Ultrazvučna disperzija se široko koristi kao visoko efikasna i pouzdana tehnika za homogenizaciju nanomaterijala kao što su ugljične nanocijevi (CNT, MWCNT, SWCNT), nano-kristali celuloze, hitin nanovlakna, titanov dioksid, nanočestice srebra, proteini i drugi mikroni ili nanostrukturi u polimernu matricu hidrogelova. Ovo čini sonikaciju glavnim alatom za proizvodnju hidrogelova visokih performansi izvanrednih kvaliteta.
ultrasonikator UIP1000hdT sa staklenim reaktorom za sintezu hidrogela
Šta istraživanja pokazuju – Ultrazvučna priprema hidrogela
Prvo, ultrazvučna obrada potiče polimerizaciju i reakcije umrežavanja tokom formiranja hidrogela.
Drugo, ultrazvuk se pokazao kao pouzdana i efikasna tehnika disperzije za proizvodnju hidrogelova i nanokompozitnih hidrogelova.
Ultrazvučno umrežavanje i polimerizacija hidrogelova
Ultrazvučna obrada pomaže formiranju polimernih mreža tokom sinteze hidrogela putem stvaranja slobodnih radikala. Intenzivni ultrazvučni valovi stvaraju akustičnu kavitaciju koja uzrokuje velike sile smicanja, molekularno smicanje i stvaranje slobodnih radikala.
Cass et al. (2010) pripremili su nekoliko „akrilnih hidrogelova pripremljenih ultrazvučnom polimerizacijom vodotopivih monomera i makromonomera. Ultrazvuk je korišten za stvaranje inicijalnih radikala u viskoznim vodenim otopinama monomera korištenjem aditiva glicerola, sorbitola ili glukoze u otvorenom sistemu na 37°C. Aditivi rastvorljivi u vodi bili su neophodni za proizvodnju hidrogela, a najefikasniji je bio glicerol. Hidrogelovi su pripremljeni od monomera 2-hidroksietil metakrilata, poli(etilen glikol) dimetakrilata, dekstran metakrilata, akrilne kiseline/etilen glikol dimetakrilata i akrilamida/bis-akrilamida.” [Cass et al. 2010] Utvrđeno je da je primjena ultrazvuka korištenjem ultrasonikatora efikasna metoda za polimerizaciju vodotopivih vinil monomera i naknadnu pripremu hidrogelova. Polimerizacija započeta ultrazvukom odvija se brzo u odsustvu hemijskog inicijatora.
Kompletan protokol studije pronađite ovdje!
- nanočestice, npr. TiO2
- Ugljične nanocijevi (CNT)
- nanokristali celuloze (CNC)
- nanofibrila celuloze
- gume, npr. ksantan, guma od sjemenki žalfije
- proteini
Pročitajte više o ultrazvučnoj sintezi nanokompozitnih hidrogelova i nanogela!
Formiranje hidrogela putem geliranja uz pomoć ultrazvuka korištenjem ultrasonikator UP100H (Studija i film: Rutgeerts et al., 2019.)
SEM hidrogela poli(akrilamid-ko-itakonske kiseline) koji sadrži MWCNT. MWCNT-ovi su ultrazvučno dispergirani pomoću ultrazvučnog UP200S.
studija i slika: Mohammadinezhada et al., 2018
Proizvodnja poli(akrilamid-ko-itakonske kiseline) – MWCNT hidrogel pomoću sonikacije
Mohammadinezhada i dr. (2018) uspješno su proizveli superapsorbirajući hidrogel kompozit koji sadrži poli(akrilamid-koitakonsku kiselinu) i višeslojne ugljične nanocijevi (MWCNT). Ultrazvučna obrada je izvedena sa Hielscher ultrazvučnim uređajem UP200SStabilnost hidrogela se povećava sa povećanjem omjera MWCNT-a, što se može pripisati hidrofobnoj prirodi MWCNT-a, kao i povećanju gustine umrežača. Kapacitet zadržavanja vode (WRC) hidrogela P(AAm-co-IA) je također povećan u prisustvu MWCNT-a (10 tež.%). U ovoj studiji, efekti ultrazvučne obrade ocijenjeni su superiornijim u pogledu ravnomjerne raspodjele ugljičnih nanocijevi na površini polimera. MWCNT su bili netaknuti bez ikakvih prekida u polimernoj strukturi. Dodatno, povećana je čvrstoća dobijenog nanokompozita i njegov kapacitet zadržavanja vode i apsorpcija drugih rastvorljivih materijala poput Pb (II). Sonikacija je razbila inicijator i raspršila MWCNT kao odlično punilo u polimernim lancima pri rastućoj temperaturi.
Istraživači zaključuju da se ovi „uslovi reakcije ne mogu postići konvencionalnim metodama, a homogenost i dobra disperzija čestica u domaćinu se ne mogu postići. Osim toga, sonication proces razdvaja nanočestice u jednu česticu, dok miješanje to ne može učiniti. Drugi mehanizam za smanjenje veličine je učinak snažnih akustičnih valova na sekundarne veze kao što je vodonikova veza, što ovo zračenje razbija H-vezu čestica, a zatim, razdvoji agregirane čestice i povećava broj slobodnih adsorptivnih grupa poput -OH i pristupačnost. Dakle, ovaj važan događaj čini proces ultrazvuka superiornom metodom u odnosu na druge kao što je magnetsko miješanje primijenjeno u literaturi.” [Mohammadinezhada et al., 2018.]
Ultrasonikatori visokih performansi za sintezu hidrogela
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučnu opremu visokih performansi za sintezu hidrogelova. Od malih i srednjih R&D i pilot ultrasonikatori do industrijskih sistema za komercijalnu proizvodnju hidrogela u kontinuiranom režimu, Hielscher Ultrasonics pokriva vaše zahtjeve procesa.
Industrijski ultrasonikatori mogu dati vrlo velike amplitude, što omogućava pouzdane reakcije umrežavanja i polimerizacije i jednoliku disperziju nano čestica. Amplitude do 200 µm mogu se lako raditi u kontinuitetu 24/7/365. Za još veće amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode.
- visoka efikasnost
- najsavremenija tehnologija
- pouzdanost & robusnost
- serija & U redu
- za bilo koju zapreminu
- inteligentni softver
- pametne funkcije (npr. protokoliranje podataka)
- CIP (čišćenje na mjestu)
Pitajte nas danas za dodatne tehničke informacije, cijene i neobavezujuću ponudu. Naše dugogodišnje iskusno osoblje rado će Vas konsultovati!
Tabela ispod daje vam indikaciju približnih kapaciteta obrade naših ultrazvučnih aparata:
| Batch Volume | Flow Rate | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 ml | 10 do 200 ml/min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l/min | UIP4000hdT |
| N / A | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| N / A | veći | klaster of UIP16000 |
Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!
Kompaktna SonoStation kombinuje 38 litarski agitirani rezervoar sa podesivom pumpom sa progresivnom šupljinom koja može da dopre 3 litre u minuti u jedan ili dva reaktora sa ultrazvučnim protočnim ćelijama.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za primjene miješanja, disperzije, emulgiranja i ekstrakcije u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Činjenice koje vrijedi znati
Za šta se koriste hidrogelovi?
Hidrogelovi se koriste u mnogim industrijama kao što su farmacija za isporuku lijekova (npr. s vremenom oslobađanja, oralna, intravenozna, lokalna ili rektalna isporuka lijekova), medicina (npr. kao skele u tkivnom inženjeringu, implantati u grudima, biomehanički materijal, zavoji za rane), kozmetici proizvodi, proizvodi za njegu (npr. kontaktna sočiva, pelene, higijenski ulošci), poljoprivreda (npr. za formulacije pesticida, granule za zadržavanje vlage u tlu u sušnim područjima), istraživanje materijala kao funkcionalnih polimera (npr. eksplozivi u vodenom gelu, inkapsulacija kvantnih tačaka, termodinamički elektricitet proizvodnja), odvodnjavanje uglja, vještački snijeg, aditivi za hranu i drugi proizvodi (npr. ljepilo).
Klasifikacija hidrogelova
Kada se izvrši klasifikacija hidrogelova u zavisnosti od njihove fizičke strukture može se klasifikovati na sledeći način:
- amorfna (nekristalna)
- polukristalni: Složena mješavina amorfnih i kristalnih faza
- kristalno
Kada se fokusiraju na polimerni sastav, hidrogelovi se takođe mogu klasifikovati u sledeće tri kategorije:
- homopolimerni hidrogelovi
- kopolimerni hidrogelovi
- multipolimerni hidrogelovi / IPN hidrogelovi
Na osnovu vrste umrežavanja, hidrogelovi se dijele na:
- hemijski umrežene mreže: trajni spojevi
- fizički umrežene mreže: prolazni spojevi
Fizički izgled dovodi do klasifikacije na:
- matrica
- film
- mikrosfera
Klasifikacija na osnovu električnog naboja mreže:
- nejonski (neutralni)
- jonski (uključujući anjonske ili kationske)
- amfoterni elektrolit (amfolitički)
- cviterionski (polibetaini)
Literatura / Reference
- 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.
Ultrazvuk visokih performansi! Hielscherov asortiman proizvoda pokriva cijeli spektar od kompaktnog laboratorijskog ultrazvučnog preko stolnih jedinica do potpuno industrijskih ultrazvučnih sistema.