Výhodná výroba hydrogelu prostřednictvím ultrazvuku

Sonikace je vysoce účinná, spolehlivá a jednoduchá technika pro přípravu vysoce výkonných hydrogelů. Tyto hydrogely nabízejí vynikající materiálové vlastnosti, jako jsou absorpční kapacity, viskoelasticity, mechanická pevnost, kompresní modul a samoléčivé 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 otokovou kapacitu. 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 bílkoviny, peptidy nebo nano- / mikrostruktury.
Ultrazvuková disperze je široce používána jako vysoce účinná a spolehlivá technika pro homogenizaci nanovláken, jako jsou uhlíkové nanotrubice (CNT, MWCNT, SWCNT), celulózové nanovlákny, chitinová nanovlákna, oxid titaničitý, nanočástice stříbra, bílkoviny a další mikronové nebo nanostruktury do polymerní matrice hydrogelů. Díky tomu je ultrazvuku hlavním nástrojem pro výrobu vysoce výkonných hydrogelů s mimořádnými vlastnostmi.

Co ukazuje výzkum – Ultrazvukový hydrogelový přípravek

Za první, ultrazvuku podporuje polymeraci a křížové vazby reakce během tvorby hydrogelu.
Za druhé, ultrazvuku bylo prokázáno jako spolehlivá a účinná disperzní technika pro výrobu hydrogelů a nanokompatidních hydrogelů.

Ultrazvukové křížové propojení a polymerace hydrogelů

Ultrazvuku pomáhá tvorbě polymerních sítí během syntézy hydrogelu prostřednictvím tvorby volných radikálů. Intenzivní ultrazvukové vlny vytvářejí akustickou kavitaci, která způsobuje vysokosmykové síly, molekulární stříhání a tvorbu volných radikálů.

Cass et al. (2010) připravil několik "akrylových hydrogelů byly připraveny ultrazvukovou polymerizací vodotěsných monomerů a makromonomerů. Ultrazvuk byl použit k vytvoření iniciující radikály v viskózních monomerových rozpustných látkách s použitím přísad glycerol, sorbitol nebo glukóza v otevřeném systému při 37 °C. Přísady rozpustné ve vodě byly nezbytné pro výrobu hydrogelu, nejúčinnější byl glycerol. Hydrogely byly připraveny z monomerů 2hydrxyethylmethakrylát, poly(ethylenglykol) dimethakrylát, dexteramermekrylát, kyselina akrylová/ethylenglykolekrylát a akrylamid/bis-akrylamid." [Cass et al. 2010] Bylo zjištěno, že ultrazvuková aplikace pomocí ultrazvukového sondy je účinnou metodou polymerace rozpustných vinylových monomerů ve vodě a následné přípravy hydrogelů. Ultrazvukem iniciovaná polymerace se vyskytuje rychle v nepřítomnosti chemického iniciátoru.

Ultrazvuku je kompatibilní se všemi druhy polymerů a biopolymerů a umožňuje posílit hybridní hydrogely s nanostrukturami, jako jsou nanočástice, nanovlákna nebo nanovlákna. Vyztužující hydrogely s různými nanomateriály umožňují modifikovat a kontrolovat fyzikálně-chemické a rheomechanické vlastnosti nanokompatibilních hydrogelů, protože mikrostruktury jsou klíčovým faktorem pro získané vlastnosti materiálu.

Výroba poly(kyselina akrylamid-ko-itakononová) – MWCNT Hydrogel pomocí ultrazvuku

Mohammadinezhada et al. (2018) úspěšně vyrobil superabsorbentní hydrogelový kompozit obsahující poly(kyselina akrylamid-ko-itakonová) a vícestěnné uhlíkové nanotrubiče (MWCNT). Ultrazvuku bylo provedeno s ultrazvukovým zařízením Hielscher UP200S. Stabilita hydrogelu se zvyšovala se zvyšujícími se poměry MWCNT, což lze připsat hydrofobní povaze MWCNT a zvýšení hustoty crosslinkeru. Za přítomnosti MWCNT (10 wt%) byla také zvýšena retenční kapacita vody (WRC) hydrogelu P(AAm-co-IA). V této studii byly účinky ultrazvuku hodnoceny jako vynikající, pokud jde o rovnoměrné rozložení uhlíkových nanotrubiček na povrchu polymeru. MWCNT byly neporušené bez přerušení polymerní struktury. Kromě toho byla zvýšena pevnost získaného nanokompomitu a jeho retenční kapacita vody a absorpce jiných rozpustných materiálů, jako je Pb (II). Sonikace zlomila iniciátor a rozptýlila MWCNT jako vynikající plnidla v polymerových řetězcích při zvyšující se teplotě.
Vědci 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 nemůže udělat. Dalším mechanismem pro zmenšení velikosti je vliv silných akustických vln na sekundární vazby, jako je vodíkové lepení, které toto ozařování přeruší H-vazbu částic a následně roztáhne agregované částice a zvýší počet volných adsorpčních skupin, jako je -OH a přístupnost. Tento důležitý happening tak činí sonický proces jako nadřazenou metodu nad ostatními, jako je magnetické míchání aplikované v literatuře." [Mohammadinezhada a kol., 2018]

Vysoce výkonné ultrasonicators pro syntézu Hydrogelu

Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové zařízení pro syntézu hydrogelů. Z malé a střední velikosti R&D a pilotní ultrasonicators do průmyslových systémů pro komerční výrobu hydrogelu v kontinuálním režimu, Hielscher Ultrasonics má vaše požadavky na proces pokryty.
Průmyslové ultrasonicators mohou dodávat velmi vysoké amplitudy, které umožňují spolehlivé křížové spojovací a polymerační reakce a rovnoměrné rozptýlení nanočástic. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v provozu 24/7/365. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonárody.

Zeptejte se nás ještě dnes na další technické informace, ceny a nezávazné nabídky. Náš dlouholetý zkušený personál vás rád konzultuje!
Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators: