Soodne hüdrogeeli tootmine ultraheliuuringu kaudu

Ultrahelitöötlus on väga tõhus, usaldusväärne ja lihtne tehnika suure jõudlusega hüdrogeelide valmistamiseks. Need hüdrogeelid pakuvad suurepäraseid materjaliomadusi, nagu neeldumisvõime, viskoelastsus, mehaaniline tugevus, kompressioonmodulatsioon ja isetervendavad funktsioonid.

Ultraheli polümerisatsioon ja dispersioon Hüdrogeeli tootmiseks

Hüdrogeelid on hüdrofiilsed, kolmemõõtmelised polümeersed võrgud, mis suudavad absorbeerida suures koguses vett või vedelikke. Hüdrogeelidel on erakordne turse. Hüdrgeelite tavalised ehitusplokid on polüvinüülalkohol, polüetüleenglükool, naatriumpolüakrülaat, akrülaatpolümeerid, karbomeerid, polüsahhariidid või polüpeptiidid, millel on suur hulk hüdrofiilseid rühmi, ning looduslikud valgud, nagu kollageen, želatiin ja fibrin.
Nn hübriidhüdrogeelid koosnevad erinevatest keemiliselt, funktsionaalselt ja morfoloogiliselt eristatavatest materjalidest, nagu valgud, peptiidid või nano- / mikrostruktuurid.
Ultraheli dispersiooni kasutatakse laialdaselt väga tõhusa ja usaldusväärse tehnikana nanomaterjalide, näiteks süsinik-nanotorude (CNTs, MWCNTs, SWCNTs), tselluloosi nanokristallide, kitiini nanokiudude, titaandioksiidi, hõbeda nanoosakeste, valkude ja muude mikronite või nanostruktuuride homogeniseerimiseks hüdrogeelide polümeersesse maatriksisse. See muudab ultrahelitöötluse peamiseks vahendiks erakordsete omadustega suure jõudlusega hüdrogeelide tootmiseks.

Mida uuringud näitavad – Ultraheli hüdrogeeli ettevalmistamine

Esiteks soodustab ultraheliuurustus hüdrogeeli moodustumise ajal polümerisatsiooni ja ristlinkimisreaktsioone.
Teiseks on ultraheliuuringud osutunud usaldusväärseks ja tõhusaks dispersioonitehnikaks hüdrogeelide ja nanokomposiithüdrogeelide tootmiseks.

Hüdrogeelide ultraheli ristlinkimine ja polümerisatsioon

Ultraheli aitab moodustada polümeerseid võrke hüdrogeeli sünteesi ajal vabade radikaalide genereerimise kaudu. Intensiivsed ultraheli lained tekitavad akustilist kavitatsiooni, mis põhjustab kõrge nihkejõude, molekulaarset nihke ja vabade radikaalide moodustumist.

Cass et al. (2010) valmistatud mitu "akrüül hüdrogeelid valmistati ultraheli polümerisatsiooni vees lahustuvad monomeerid ja makromonomeerid. Ultraheli kasutati initsieeritud radikaalide loomiseks viskoossetes monomeersetes lahustumistes, kasutades lisaaineid glütserool, sorbitool või glükoos avatud süsteemis 37 °C juures. Vees lahustuvad lisandid olid hüdrogeeli tootmiseks hädavajalikud, kõige tõhusam oli glütserool. Hüdrogeelid valmistati monomeeridest 2-hüdroksüetüülmetakrülaat, polü(etüleenglükool)dimetakrülaat, dekstraanmetakrülaat, akrüülhape/etüleenglükooldimetakrülaat ja akrüülamiid/bis-akrüülamiid." [Cass et al. 2010] Ultraheli rakendus sondi ultrasonikaatori abil leiti olevat tõhus meetod vees lahustuvate vinüülmonomeeride polümerisatsiooniks ja sellele järgnevaks hüdrogeelide valmistamiseks. Ultraheli algatatud polümerisatsioon toimub kiiresti keemilise algataja puudumisel.

Loe lähemalt nanokomposiithüdrogeelide ja nanogeelide ultrahelisünteesi kohta!

Ultraheli on ühilduv igasuguste polümeeride ja biopolümeeridega ning võimaldab tugevdada hübriidhüdrogeele nanostruktuuriga materjalidega, nagu nanoosakesed, nanokristaalid või nanokiud. Hüdrogeelide tugevdamine erinevate nanomaterjalidega võimaldab muuta ja kontrollida nanokomposiithüdrogeelide füüsikalis-kemikaale ja reomehaanilisi omadusi, kuna mikrostruktuurid on saadud materjali omaduste võtmetegur.

Polü(akrüülamiid-ko-itakoonhappe) tootmine – MWCNT hüdrogeel ultrahelitöötluse abil

Mohammadinezhada et al. (2018) tootis edukalt superabsorbenthüdrogeeli komposiiti, mis sisaldas polü(akrüülamiid-ko itakoonhapet) ja mitmeseinalisi süsiniknanotorusid (MWCNTs). Ultraheli teostati Hielscheri ultraheli seadmega UP200S. Hüdrogeeli stabiilsus suurenes suurenevate MWCNTde suhtarvudega, mis võib olla tingitud MWCNTde hüdrofoobsest iseloomust ja ristlinkimistiheduse suurenemisest. MWCNT (10 wt) juuresolekul suurendati ka P(AAm-co-IA) hüdrogeeli veepeetusvõimsust (WRC). Selles uuringus hinnati ultraheliuuringu mõju kõrgemaks süsinik-nanotorude ühtlase jaotumise osas polümeeri pinnale. MWCNTd olid polümeerses struktuuris katkestusteta terved. Lisaks suurenes saadud nanokomposiitide tugevus ja veepeetusvõime ning muude lahustuvate materjalide, nagu Pb (II) imendumine. Ultrahelitöötlus murdis initsiaatori ja hajutas MWCNTd suurepärase täiteainena polümeerahelates kasvava temperatuuri all.
Teadlased järeldavad, et neid "reaktsioonitingimusi ei ole võimalik saavutada tavapäraste meetoditega ning osakeste homogeensust ja head levikut peremeesorganismi ei ole võimalik saavutada. Lisaks eraldab ultrahelitöötlus nanoosakesed üheks osakeseks, samas kui segamine ei saa seda teha. Teine mehhanism suuruse vähendamiseks on võimsate akustiliste lainete mõju sekundaarsetele sidemetele, nagu vesiniksidemed, mida see kiiritus katkestab osakeste H-sideme, ja seejärel lahutab agregeeritud osakesed ja suurendab vabade adsorptsioonirühmade arvu, nagu -OH ja juurdepääsetavus. Seega muudab see oluline sündmus ultrahelitöötlusprotsessi paremaks meetodiks teiste üle, nagu kirjanduses rakendatud magnetiline segamine." [Mohammadinezhada et al., 2018]

Suure jõudlusega ultrasonikaatorid hüdrogeeli sünteesiks

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli seadmeid hüdrogeelide sünteesiks. Väikesest ja keskmise suurusega R-ist&D ja piloot ultrasonikaatorid tööstussüsteemidele kaubandusliku hüdrogeeli tootmiseks pidevas režiimis, Hielscher Ultrasonics on teie protsessi nõuded kaetud.
Tööstusliku kvaliteediga ultrasonikaatorid võivad pakkuda väga kõrgeid amplituudid, mis võimaldavad usaldusväärseid ristsidumise ja polümerisatsiooni reaktsioone ning nanoosakeste ühtlast dispersiooni. Amplituudid kuni 200 μm saab kergesti pidevalt joosta 24/7/365 töö. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid.

Küsige meilt täna täiendavat tehnilist teavet, hinnakujundust ja mittesiduvat pakkumist. Meie kauaaegsel kogenud personalil on hea meel teiega konsulteerida!
Alljärgnev tabel annab teile ülevaate meie ultrahelihitiste ligikaudse töötlemisvõimsusest: