Soodne hüdrogeeli tootmine ultraheli abil

Ultraheli töötlus (sonikeerimine) on väga tõhus, usaldusväärne ja lihtne meetod suure jõudlusega hüdrogeelide valmistamiseks. Need hüdrogeelid pakuvad suurepäraseid materjaliomadusi, nagu imamisvõime, viskoelastsus, mehaaniline tugevus, survemoodul ja isetaastumisvõime.

Ultraheliga polümerisatsioon ja dispergeerimine hüdrogeeli tootmisel

Hüdrogeelid on hüdrofiilsed kolmemõõtmelised polümeersed võrgustikud, mis suudavad absorbeerida suurtes kogustes vett või vedelikke. Hüdrogeelidel on erakordne paisumisvõime. Hüdrogeelide levinud ehituskivid on polüvinüülalkohol, polüetüleenglükool, naatriumpolüakrülaat, akrülaatpolümeerid, karbomeerid, suure hüdrofiilsete rühmade arvuga polüsahhariidid või polüpeptiidid ning looduslikud valgud, nagu kollageen, želatiin ja fibriin.
Nn hübriidhüdrogeelid koosnevad keemiliselt, funktsionaalselt ja morfoloogiliselt erinevatest materjalidest, näiteks valkudest, peptiididest või nano- / mikrostruktuuridest.
Ultraheliga dispergeerimist kasutatakse laialdaselt väga tõhusa ja usaldusväärse meetodina, et homogeniseerida nanomaterjale, nagu süsiniknanotorud (CNT-d, MWCNT-d, SWCNT-d), tselluloosi nanokristallid, kitiini nanokiud, titaandioksiid, hõbeda nanoosakesed, valgud ja muud mikro- või nanostruktuurid hüdrogeelide polümeersesse maatriksisse. See teeb ultraheli töötlusest (sonikeerimisest) peamise vahendi erakordsete omadustega suure jõudlusega hüdrogeelide tootmiseks.

Mida uuringud näitavad – hüdrogeeli valmistamine ultraheli abil

Esiteks soodustab ultraheli töötlus polümerisatsiooni- ja ristsidumisreaktsioone hüdrogeeli moodustumisel.
Teiseks on ultraheli töötlus osutunud usaldusväärseks ja tõhusaks dispergeerimismeetodiks hüdrogeelide ja nanokomposiithüdrogeelide tootmisel.

Hüdrogeelide ultraheliga ristsidumine ja polümerisatsioon

Ultraheli töötlus soodustab hüdrogeeli sünteesi käigus polümeersete võrgustike teket vabade radikaalide tekitamise kaudu. Intensiivsed ultrahelilained tekitavad akustilist kavitatsiooni, mis põhjustab tugevaid nihkejõude, molekulaarset nihestamist ja vabade radikaalide teket.

Cass et al. (2010) valmistasid mitu „akrüülhüdrogeeli valmistati vees lahustuvate monomeeride ja makromonomeeride ultraheliga polümerisatsiooni teel. Ultraheli abil tekitati initsieerivaid radikaale viskoossetes vesilahustes, mis sisaldasid monomeere ja lisandeid glütserooli, sorbitooli või glükoosi, avatud süsteemis temperatuuril 37°C. Vees lahustuvad lisandid olid hüdrogeeli tootmiseks hädavajalikud, kusjuures glütserool oli kõige tõhusam. Hüdrogeelid valmistati monomeeridest 2-hüdroksüetüülmetakrülaat, poly(etüleenglükool)dimetakrülaat, dekstraanmetakrülaat, akrüülhape/etüleenglükooldimetakrülaat ja akrüülamiid/bis-akrüülamiid.” [Cass et al. 2010] Sondiga ultraheli seadme kasutamine osutus tõhusaks meetodiks vees lahustuvate vinüülmonomeeride polümerisatsiooniks ja sellele järgnevaks hüdrogeelide valmistamiseks. Ultraheliga initsieeritud polümerisatsioon kulgeb kiiresti ilma keemilise initsiaatorita.
Uuringu täieliku protokolli leiate siit!
 

Pürogeense ränidioksiidi ultrahelidispergeerimine: Hielscher ultrahelihomogenisaator UP400S dispergeerib ränidioksiidipulbri kiiresti ja tõhusalt üksikuteks nanoosakesteks.

Lugege lähemalt nanokomposiithüdrogeelide ja nanogeelide ultraheliga sünteesist!

Ultraheli töötlus sobib kõikide polümeeride ja biopolümeeridega ning võimaldab tugevdada hübriidhüdrogeele nanostruktuursete materjalidega, nagu nanoosakesed, nanokristallid või nanokiud. Hüdrogeelide tugevdamine erinevate nanomaterjalidega võimaldab muuta ja kontrollida nanokomposiithüdrogeelide füüsikalis-keemilisi ja reo-mehaanilisi omadusi, kuna mikrostruktuurid on saadavate materjaliomaduste võtmetegur.

Poly(akrüülamiid-ko-itakoonhappe) – MWCNT hüdrogeeli valmistamine sonikeerimisega

Mohammadinezhada et al. (2018) valmistasid edukalt superabsorbeeruva hüdrogeelkomposiidi, mis sisaldab poly(akrüülamiid-ko-itakoonhapet) ja mitmeseinalisi süsiniknanotorusid (MWCNT-d). Ultraheli töötlus teostati Hielscheri ultraheliseadmega UP200S. Hüdrogeeli stabiilsus suurenes MWCNT-de suhte kasvades, mida võib seostada MWCNT-de hüdrofoobse olemuse ning ristsidestaja tiheduse suurenemisega. P(AAm-co-IA) hüdrogeeli veepeetusvõime (WRC) suurenes samuti MWCNT (10 wt%) juuresolekul. Selles uuringus hinnati ultraheli töötluse mõju süsiniknanotorude ühtlase jaotumise osas polümeeri pinnal paremaks. MWCNT-d jäid terveks, ilma et polümeerstruktuur oleks katkenud. Lisaks suurenesid saadud nanokomposiidi tugevus ja veepeetusvõime ning teiste lahustuvate ainete, näiteks Pb (II), neeldumine. Sonikeerimine lõhkus initsiaatori ja dispergeeris MWCNT-d polümeeriahelates suurepärase täiteainena temperatuuri tõustes.
Uurijad järeldavad, et need „reaktsioonitingimused ei ole saavutatavad tavapäraste meetoditega ning osakeste homogeensust ja head dispersiooni maatriksis ei ole võimalik saavutada. Lisaks eraldab sonikeerimisprotsess nanoosakesed üksikuteks osakesteks, samas kui segamine seda teha ei suuda. Teine suuruse vähenemise mehhanism on võimsate akustiliste lainete mõju sekundaarsetele sidemetele, näiteks vesiniksidemetele, kus kiiritus katkestab osakeste vesiniksidemed ning seejärel lahutab agregeerunud osakesed ja suurendab vabade adsorptsioonirühmade, nagu -OH, arvu ja ligipääsetavust. Seega muudab see oluline sündmus sonikeerimisprotsessi ülemaks meetodiks võrreldes teistega, näiteks kirjanduses kasutatud magnetsegamisega.” [Mohammadinezhada et al., 2018]

Suure jõudlusega sonikaatorid hüdrogeeli sünteesiks

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheliseadmeid hüdrogeelide sünteesiks. Alates väikestest ja keskmise suurusega T&A- ning pilootsonikaatoritest kuni tööstuslike süsteemideni hüdrogeelide kaubanduslikuks tootmiseks pidevrežiimis – Hielscher Ultrasonics katab teie protsessinõuded.
Tööstusliku klassi sonikaatorid suudavad tagada väga suured amplituudid, mis võimaldavad usaldusväärseid ristsidumis- ja polümerisatsioonireaktsioone ning nanoosakeste ühtlast dispergeerimist. Kuni 200 µm amplituudidega saab hõlpsasti pidevalt töötada 24/7/365 režiimis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval eritellimusel valmistatud ultraheli sonotroodid.

Küsige meilt juba täna lisatehnilist teavet, hindu ja mittesiduvat pakkumist. Meie pikaajalise kogemusega töötajad nõustavad teid hea meelega!
Allolev tabel annab ülevaate meie sonikaatorite ligikaudsest töötlusvõimsusest:

Hielscher SonoStation lihtsustab keskmise suurusega partiide ultrahelitöötlust läbivoolureaktoris. Kompaktses SonoStationis on ühendatud 38-liitrine segistiga mahuti ja reguleeritav ekstsentriline kruvipump, mis suudab pumbata kuni 3 liitrit minutis ühte või kahte ultraheli-läbivoolureaktorisse.