Výhodná výroba hydrogelu ultrazvukem

Sonikace je vysoce účinná, spolehlivá a jednoduchá technika pro přípravu vysoce účinných hydrogelů. Tyto hydrogely nabízejí vynikající materiálové vlastnosti, jako jsou absorpční kapacity, viskoelasticita, mechanická pevnost, modul komprese a samoregenerační funkce.

Ultrazvuková polymerace a disperze pro výrobu hydrogelu

Hydrogely jsou hydrofilní, trojrozměrné polymerní sítě, které jsou schopny absorbovat velké množství vody nebo tekutin. Hydrogely vykazují mimořádnou bobtnavost. Mezi běžné stavební kameny hydrgelů patří polyvinylalkohol, polyethylenglykol, polyakrylát sodný, akrylátové polymery, karbomery, polysacharidy nebo polypeptidy s vysokým počtem hydrofilních skupin a přírodní proteiny, jako je kolagen, želatina a fibrin.
Takzvané hybridní hydrogely se skládají z různých chemicky, funkčně a morfologicky odlišných materiálů, jako jsou proteiny, peptidy nebo nano- / mikrostruktury.
Ultrazvuková disperze je široce používána jako vysoce účinná a spolehlivá technika pro homogenizaci nanomateriálů, jako jsou uhlíkové nanotrubice (CNT, MWCNTs, SWCNTs), nanokrystaly celulózy, chitinová nanovlákna, oxid titaničitý, nanočástice stříbra, proteiny a další mikronové- nebo nanostruktury, do polymerní matrice hydrogelů. Díky tomu je sonikace hlavním nástrojem pro výrobu vysoce výkonných hydrogelů s mimořádnými vlastnostmi.

Co ukazují výzkumy – Ultrazvuková příprava hydrogelu

Za prvé, ultrazvuku podporuje polymeraci a zesíťovací reakce během tvorby hydrogelu.
Za druhé, ultrazvuku se osvědčilo jako spolehlivá a účinná disperzní technika pro výrobu hydrogelů a nanokompozitních hydrogelů.

Ultrazvukové síťování a polymerace hydrogelů

Ultrazvuku napomáhá tvorbě polymerních sítí během syntézy hydrogelu prostřednictvím tvorby volných radikálů. Intenzivní ultrazvukové vlny generují akustickou kavitaci, která způsobuje vysoké smykové síly, molekulární střih a tvorbu volných radikálů.

Cass et al. (2010) připravili několik "akrylových hydrogelů byly připraveny ultrazvukovou polymerací ve vodě rozpustných monomerů a makromonomerů. Ultrazvuk byl použit k vytvoření iniciačních radikálů ve vazkých vodných roztocích monomerů pomocí přísad glycerolu, sorbitolu nebo glukózy v otevřeném systému při 37 °C. Přísady rozpustné ve vodě byly nezbytné pro výrobu hydrogelu, přičemž glycerol byl nejúčinnější. Hydrogely byly připraveny z monomerů 2-hydroxyethylmethakrylátu, poly(ethylenglykolu) dimethakrylátu, dextranmethakrylátu, kyseliny akrylové/ethylenglykoldimetakrylátu a akrylamidu/bis-akrylamidu. [Cass et al. 2010] Bylo zjištěno, že ultrazvuková aplikace pomocí sondy ultrasonicator je účinnou metodou pro polymeraci ve vodě rozpustných vinylových monomerů a následnou přípravu hydrogelů. Ultrazvukem iniciovaná polymerace probíhá rychle v nepřítomnosti chemického iniciátoru.
Celý protokol studie naleznete zde!
 

Přečtěte si více o ultrazvukové syntéze nanokompozitních hydrogelů a nanogelů!

Ultrazvuku je kompatibilní se všemi druhy polymerů a biopolymerů a umožňuje posílit hybridní hydrogely nanostrukturovanými materiály, jako jsou nanočástice, nanokrystaly nebo nanovlákna. Zpevňující hydrogely různými nanomateriály umožňuje modifikovat a kontrolovat fyzikálně-chemické a reomechanické vlastnosti nanokompozitních hydrogelů, protože mikrostruktury jsou klíčovým faktorem pro získané vlastnosti materiálu.

Výroba kyseliny poly(akrylamid-ko-itakonové) – MWCNT Hydrogel pomocí ultrazvuku

Mohammadinezhada et al. (2018) úspěšně vyrobili superabsorpční hydrogelový kompozit obsahující poly(kyselinu akrylamid-ko-itakonovou) a vícestěnné uhlíkové nanotrubice (MWCNTs). Ultrazvuku byla provedena pomocí ultrazvukového zařízení Hielscher UP200S. Stabilita hydrogelu se zvyšovala se zvyšujícím se poměrem MWCNTs, což lze přičíst hydrofobní povaze MWCNT a také nárůstu hustoty síťovadla. Schopnost zadržovat vodu (WRC) hydrogelu P(AAm-co-IA) byla také zvýšena v přítomnosti MWCNT (10 hm.). V této studii byly účinky ultrazvuku hodnoceny jako lepší, pokud jde o rovnoměrné rozložení uhlíkových nanotrubic na povrchu polymeru. MWCNT byly neporušené bez jakéhokoli přerušení polymerní struktury. Kromě toho byla zvýšena pevnost získaného nanokompozitu a jeho schopnost zadržovat vodu a absorpce dalších rozpustných materiálů, jako je Pb (II). Sonikace rozbila iniciátor a dispergovala MWCNT jako vynikající plnivo v polymerních řetězcích při zvyšující se teplotě.
Výzkumníci dospěli k závěru, že těchto "reakčních podmínek nelze dosáhnout konvenčními metodami a homogenity a dobré disperze částic do hostitele nelze dosáhnout. Kromě toho proces sonikace odděluje nanočástice na jednu částici, zatímco míchání to nedokáže. Dalším mechanismem zmenšování velikosti je vliv silných akustických vln na sekundární vazby, jako je vodíková vazba, která tímto zářením přerušuje H-vazbu částic a následně disociuje agregované částice a zvyšuje počet volných adsorpčních skupin, jako je -OH a dostupnost. Díky této důležité události je tedy proces sonikace nadřazenou metodou nad ostatními, jako je magnetické míchání používané v literatuře. [Mohammadinezhada et al., 2018]

Vysoce výkonné ultrasonicators pro syntézu hydrogelů

Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové zařízení pro syntézu hydrogelů. Od malých a středně velkých R&D a pilotní ultrasonicators pro průmyslové systémy pro komerční výrobu hydrogelů v kontinuálním režimu, Hielscher Ultrasonics má pokryté vaše procesní požadavky.
Průmyslové ultrasonicators mohou poskytovat velmi vysoké amplitudy, které umožňují spolehlivé zesíťovací a polymerační reakce a rovnoměrnou disperzi nanočástic. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7/365. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody.

Zeptejte se nás ještě dnes na další technické informace, ceny a nezávaznou cenovou nabídku. Náš dlouholetý zkušený personál vám rád poradí!
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators: