Fordelagtig hydrogelproduktion via ultralyd

Sonikering er en meget effektiv, pålidelig og enkel teknik til fremstilling af højtydende hydrogels. Disse hydrogels tilbyder fremragende materialeegenskaber såsom absorptionskapacitet, viskoelasticitet, mekanisk styrke, kompressionsmodulus og selvhelende funktionaliteter.

Ultralyd polymerisering og spredning til Hydrogel Produktion

Hydrogels er hydrofile, tredimensionelle polymere netværk, der er i stand til at absorbere store mængder vand eller væsker. Hydrogels udviser en ekstraordinær hævelse kapacitet. Almindelige byggesten i hydrgels omfatter polyvinylalkohol, polyethylenglycol, natriumpolyacrylat, akrylatpolymerer, carbomerer, polysaccharider eller polypeptider med et stort antal hydrofile grupper og naturlige proteiner som kollagen, gelatine og fibrin.
Såkaldte hybridhydrogeler består af forskellige kemisk, funktionelt og morfologisk forskellige materialer, såsom proteiner, peptider eller nano- / mikrostrukturer.
Ultralydsspredning anvendes i vid udstrækning som en yderst effektiv og pålidelig teknik til homogenisere nanomaterialer såsom carbon nanorør (CNTs, MWCNTs, SWCNTs), cellulose nanokrystaller, chitin nanofibre, titandioxid, sølv nanopartikler, proteiner og andre mikron- eller nanostrukturer i den polymere matrix af hydrogeler. Dette gør sonikering til et hovedværktøj til at producere højtydende hydrogels med ekstraordinære kvaliteter.

Hvad forskning viser – Præparat af ultralydshydrogel

For det første fremmer ultralydbehandling polymerisering og krydssammenhængende reaktioner under hydrogeldannelse.
For det andet er ultralydbehandling blevet bevist som pålidelig og effektiv spredningsteknik til produktion af hydrogels og nanokomponite hydrogeler.

Ultralyd Cross-Linking og polymerisering af Hydrogels

Ultralydbehandling hjælper dannelsen af polymere netværk under hydrogelsyntese via fri radikal generation. Intense ultralydbølger genererer akustisk kavitation, som forårsager højforskydningskræfter, molekylær klipning og fri radikal dannelse.

Cass et al. (2010) forberedt flere "akryl hydrogels blev udarbejdet via ultralyd polymerisering af vandopløselige monomerer og makromonomerer. Ultralyd blev brugt til at skabe indledende radikaler i tyktflydende vandige monomere opløselser ved hjælp af tilsætningsstofferne glycerol, sorbitol eller glukose i et åbent system ved 37 °C. De vandopløselige tilsætningsstoffer var afgørende for hydrogelproduktionen, idet glycerol var den mest effektive. Hydrogeler er fremstillet af monomerer 2-hydroxyethylmetthacrylat, poly(ethylenglycol) dimethacrylat, dextran methacrylat, akrylsyre/ethylenglycol dimethacrylat og acrylamid/bis-acrylamid." [Cass et al. 2010] Ultralyd ansøgning ved hjælp af en sonde ultralydsscanning viste sig at være en effektiv metode til polymerisering af vandopløselige vinyl monomerer og den efterfølgende forberedelse af hydrogels. Den ultralydsinitierede polymerisering sker hurtigt i mangel af en kemisk initiator.

Læs mere om ultralydsyntese af nanokomposithydrogeler og nanogeler!

Ultralydbehandling er kompatibel med alle former for polymerer og biopolymerer og gør det muligt at forstærke hybridhydrogeler med nanostrukturerede materialer som nanopartikler, nanokrystaller eller nanofibre. Forstærkning af hydrogels med forskellige nanomaterialer gør det muligt at ændre og kontrollere fysisk-kemiske og repomekaniske egenskaber ved nanokomponite hydrogels, da mikrostrukturerne er nøglefaktoren for de opnåede materialeegenskaber.

Fremstilling af poly(acrylamid-co-itaconic syre) – MWCNT Hydrogel ved hjælp af Sonication

Mohammadinezhada et al. (2018) producerede med succes en superabsorbent hydrogelkomposit indeholdende poly(acrylamid-co-itaconic acid) og flervæggede carbon nanorør (MWCNTs). Ultralydbehandling blev udført med Hielscher ultralyd enhed UP200S. Hydrogelens stabilitet steg med stigende MWCNT-forhold, som kunne tilskrives MWCNT'ernes hydrofobe karakter samt stigningen i crosslinkertætheden. Vandbindingskapaciteten (WRC) for hydrogelet P(AAm-co-IA) blev også forøget i nærværelse af MWCNT (10 wt%). I denne undersøgelse blev virkningerne af ultralydbehandling vurderet overlegen med hensyn til den ensartede fordeling af kulstof nanorør på polymeroverfladen. MWCNT'erne var intakte uden afbrydelser i polymerstrukturen. Derudover blev styrken af den opnåede nanokomponit og dens væskeophobningskapacitet og absorptionen af andre opløselige materialer som Pb (II) øget. Sonikering brød initiativtageren og spredte MWCNT'erne som et fremragende fyldstof i polymerkæderne under stigende temperatur.
Forskerne konkluderer, at disse "reaktionsbetingelser ikke kan opnås ved hjælp af konventionelle metoder, og homogeniteten og den gode spredning af partikler i værten kan ikke opnås. Derudover adskiller sonikeringsprocessen nanopartikler i en enkelt partikel, mens omrøring ikke kan gøre dette. En anden mekanisme til størrelsesreduktion er effekten af kraftige akustiske bølger på de sekundære bindinger som hydrogenbinding, som denne bestråling bryder H-bindingen af partikler, og derefter dissocierer de aggregerede partikler og øger antallet af frie adsorptive grupper som -OH og tilgængelighed. Således gør denne vigtige sker sonikering proces som en overlegen metode i forhold til de andre som magnetisk omrøring anvendes i litteraturen. [Mohammadinezhada et al., 2018]

Højtydende ultralydsapparater til Hydrogel Syntese

Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydsudstyr til syntese af hydrogels. Fra små og mellemstore R&D og pilot ultralydsapparater til industrielle systemer til kommerciel hydrogel fremstilling i kontinuerlig tilstand, Hielscher Ultrasonics har dine proceskrav dækket.
Ultralydsapparater af industriel kvalitet kan levere meget høje amplituder, hvilket giver mulighed for pålidelige krydsledende og polymeriseringsreaktioner og ensartet spredning af nanopartikler. Amplituder på op til 200μm kan nemt køres kontinuerligt i 24/7/365 drift. For endnu højere amplituder er tilpassede ultralydssontroder tilgængelige.

Spørg os i dag for yderligere tekniske oplysninger, priser og et uforpligtende tilbud. Vores mangeårige erfarne personale er glade for at konsultere dig!
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater: