تولید هیدروژل سودمند از طریق Ultrasonication
فراصوت یک تکنیک بسیار کارآمد، قابل اعتماد و ساده برای تهیه هیدروژل های با کارایی بالا است. این هیدروژل ها خواص مواد عالی مانند ظرفیت جذب، ویسکوالاستیسیته، استحکام مکانیکی، مدول فشرده سازی و عملکردهای خود ترمیمی را ارائه می دهند.
پلیمریزاسیون التراسونیک و پراکندگی برای تولید هیدروژل
هیدروژل ها شبکه های پلیمری آب دوست و سه بعدی هستند که قادر به جذب مقادیر زیادی آب یا مایعات هستند. هیدروژل ها ظرفیت تورم فوق العاده ای از خود نشان می دهند. بلوک های سازنده رایج هیدروژل ها شامل پلی وینیل الکل، پلی اتیلن گلیکول، پلی اکریلات سدیم، پلیمرهای اکریلات، کربومرها، پلی ساکاریدها یا پلی پپتیدها با تعداد زیادی گروه آب دوست و پروتئین های طبیعی مانند کلاژن، ژلاتین و فیبرین است.
هیدروژل های به اصطلاح هیبریدی از مواد مختلف شیمیایی، عملکردی و مورفولوژیکی متمایز مانند پروتئین ها، پپتیدها یا نانو? ریزساختارها تشکیل شده اند.
پراکندگی التراسونیک به طور گسترده ای به عنوان یک روش بسیار کارآمد و قابل اعتماد برای همگن سازی نانو مواد مانند نانولوله های کربنی (CNT ها، MWCNTs، SWCNTs)، نانو کریستال سلولزی، نانوالیاف کیتین، دی اکسید تیتانیوم، نانوذرات نقره، پروتئین ها و دیگر میکرون- یا نانوساختارها به ماتریس پلیمری هیدروژل استفاده می شود. این باعث می شود فراصوت یک ابزار اصلی برای تولید هیدروژل با کارایی بالا با کیفیت فوق العاده.
اولتراسونیک UIP1000hdT با راکتور شیشه ای برای سنتز هیدروژل
آنچه تحقیقات نشان می دهد – آماده سازی هیدروژل اولتراسونیک
اول، فراصوت ترویج پلیمریزاسیون و واکنش های اتصال متقابل در طول تشکیل هیدروژل.
ثانیا، امواج فراصوت به عنوان تکنیک پراکندگی قابل اعتماد و موثر برای تولید هیدروژل ها و هیدروژل های نانوکامپوزیت ثابت شده است.
اتصال متقابل التراسونیک و پلیمریزاسیون هیدروژل ها
امواج فراصوت کمک به تشکیل شبکه های پلیمری در طول سنتز هیدروژل از طریق تولید رادیکال های آزاد. امواج اولتراسوند شدید ایجاد حفره صوتی است که باعث نیروهای برشی بالا, برش مولکولی و تشکیل رادیکال های آزاد.
کاس و همکاران (2010) چندین مورد را تهیه کردند “هیدروژل های اکریلیک از طریق پلیمریزاسیون اولتراسونیک مونومرها و ماکرومونومرهای محلول در آب تهیه شدند. از اولتراسوند برای ایجاد رادیکال های آغازگر در محلول های مونومر آبی چسبناک با استفاده از افزودنی های گلیسرول، سوربیتول یا گلوکز در یک سیستم باز در دمای 37 درجه سانتی گراد استفاده شد. افزودنی های محلول در آب برای تولید هیدروژل ضروری بودند که گلیسرول موثرترین آنها بود. هیدروژل ها از مونومرهای 2-هیدروکسی اتیل متاکریلات، پلی اتیلن گلیکول، دی متاکریلات، دکستران متاکریلات، آکریلیک اسید/اتیلن گلیکول دی متاکریلات و آکریل آمید/بیس آکریل آمید تهیه شدند.” [کاس و همکاران 2010] کاربرد سونوگرافی با استفاده از یک اولتراسونیک پروب به یک روش موثر برای پلیمریزاسیون مونومرهای وینیل محلول در آب و پس از آن آماده سازی هیدروژل یافت شد. پلیمریزاسیون اولتراسونیک آغاز شده به سرعت در غیاب یک آغازگر شیمیایی رخ می دهد.
پروتکل کامل مطالعه را در اینجا بیابید!
- نانوذرات، به عنوان مثال TiOH2S
- نانولوله های کربنی (CNTs)
- نانوکریستال های سلولزی (CNC)
- نانوفیبریل های سلولز
- آدامس ها، به عنوان مثال زانتان، صمغ دانه مریم گلی
- پروتئین
اطلاعات بیشتر در مورد سنتز التراسونیک هیدروژل نانوکامپوزیت و نانوژل ها!
تشکیل هیدروژل از طریق ژل سازی به کمک اولتراسونیک با استفاده از ultrasonicator UP100H (مطالعه و فیلم: Rutgeerts و همکاران، 2019)
میکروسکوپ الکترونی روبشی هیدروژل پلی آکریل آمید-کو-ایتاکونیک اسید حاوی MWCNTs. MWCNT ها با استفاده از اولتراسونیک پراکنده شدند UP200S.
ساخت پلی (آکریل آمید-کو-ایتاکونیک اسید) – هیدروژل MWCNT با استفاده از فراصوت
محمدی نژاد و همکاران (1397) با موفقیت یک کامپوزیت هیدروژل سوپرجاذب حاوی پلی (آکریل آمید-کوایتاکونیک اسید) و نانولوله های کربنی چند جداره (MWCNTs) را تولید کردند. امواج فراصوت با دستگاه اولتراسونیک Hielscher انجام شد UP200S. پایداری هیدروژل با افزایش نسبت های MWCNTs افزایش یافت که می توان آن را به ماهیت آبگریز MWCNTs و همچنین افزایش چگالی اتصال عرضی نسبت داد. ظرفیت نگهداشت آب (WRC) هیدروژل P(AAm-co-IA) نیز در حضور MWCNT (10 درصد وزنی) افزایش یافت. در این مطالعه، اثرات امواج فراصوت با توجه به توزیع یکنواخت نانولوله های کربنی بر روی سطح پلیمر برتر رتبه بندی شد. MWCNT ها بدون هیچ گونه وقفه ای در ساختار پلیمری دست نخورده بودند. علاوه بر این، مقاومت نانوکامپوزیت به دست آمده و ظرفیت نگهداشت آب آن و جذب سایر مواد محلول مانند سرب (II) افزایش یافت. فراصوت آغازگر را شکسته و MWCNTs را به عنوان یک پرکننده عالی در زنجیره های پلیمری تحت افزایش دما پراکنده کرد.
محققان نتیجه می گیرند که اینها “شرایط واکنش را نمی توان از طریق روش های مرسوم به دست آورد و همگنی و پراکندگی خوب ذرات در میزبان قابل دستیابی نیست. علاوه بر این، فرآیند فراصوت جدا نانوذرات به ذره واحد، در حالی که هم زدن نمی تواند این کار را انجام دهد. مکانیسم دیگر برای کاهش اندازه، تأثیر امواج آکوستیکی قدرتمند بر پیوندهای ثانویه مانند پیوند هیدروژنی است که این تابش باعث شکستن پیوند H ذرات و متعاقبا جدا شدن ذرات تجمعی شده و افزایش تعداد گروه های جاذب آزاد مانند -OH و دسترسی می شود. بنابراین، این اتفاق مهم باعث می شود که فرآیند فراصوت به عنوان یک روش برتر نسبت به سایر روش ها مانند تکان دادن مغناطیسی اعمال شده در ادبیات استفاده شود.” [محمدی نژادا و همکاران، 1397]
مافوق صوت با کارایی بالا برای سنتز هیدروژل
Hielscher مافوق صوت تولید کننده تجهیزات مافوق صوت با کارایی بالا برای سنتز هیدروژل. از اندازه کوچک و متوسط R&D و خلبان ultrasonicators به سیستم های صنعتی برای تولید هیدروژل تجاری در حالت مداوم، Hielscher Ultrasonics نیازهای فرآیند خود را تحت پوشش.
مافوق صوت درجه صنعتی می تواند دامنه بسیار بالا ارائه، که اجازه می دهد برای قابل اعتماد اتصال متقابل و واکنش های پلیمریزاسیون و پراکندگی یکنواخت از نانو ذرات. دامنه های تا 200 میکرومتر را می توان به راحتی به طور مداوم در عملیات 24/7/365 اجرا کرد. برای دامنه های حتی بالاتر ، سونوترودهای اولتراسونیک سفارشی در دسترس هستند.
- راندمان بالا
- تکنولوژی روز
- قابلیت اطمینان & نیرومندی
- دسته & درون خطی
- برای هر حجمی
- نرم افزار هوشمند
- ویژگی های هوشمند (به عنوان مثال، پروتکل داده ها)
- CIP (تمیز کردن در محل)
امروز اطلاعات فنی اضافی، قیمت گذاری و نقل قول غیر متعهدانه را از ما بخواهید. کارکنان باتجربه قدیمی ما خوشحال می شوند که با شما مشورت می کنند!
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 1 تا 500 میلی لیتر | 10 تا 200 میلی لیتر در دقیقه | UP100H |
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000hdT |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000 |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000 |
تماس با ما!? از ما بپرسید!
جمع و جور SonoStation ترکیبی از یک مخزن همزن 38 لیتری با یک پمپ حفره پیشرونده قابل تنظیم است که می تواند 3 لیتر در دقیقه را به یک یا دو راکتور سلول جریان اولتراسونیک تغذیه کند.
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا برای مخلوط کردن برنامه های کاربردی، پراکندگی، امولسیون و استخراج در آزمایشگاه، خلبان و مقیاس صنعتی.
حقایقی که ارزش دانستن دارند
هیدروژل ها برای چه مواردی استفاده می شوند؟
هیدروژل ها در بسیاری از صنایع مانند داروسازی برای تحویل دارو (به عنوان مثال دارورسانی به زمان آزاد، خوراکی، داخل وریدی، موضعی یا رکتوم)، دارو (به عنوان مثال به عنوان داربست در مهندسی بافت، ایمپلنت سینه، مواد بیومکانیکی، پانسمان زخم)، محصولات آرایشی و بهداشتی، محصولات مراقبتی (به عنوان مثال لنزهای تماسی، پوشک، نوار بهداشتی)، کشاورزی (به عنوان مثال برای فرمولاسیون آفت کش ها، گرانول ها برای نگهداری رطوبت خاک در مناطق خشک)، تحقیقات مواد به عنوان پلیمرهای عملکردی (به عنوان مثال مواد منفجره ژل آب، کپسوله سازی نقاط کوانتومی، تولید برق ترمودینامیکی)، آبگیری زغال سنگ، برف مصنوعی، افزودنی های غذایی و سایر محصولات (به عنوان مثال، چسب).
طبقه بندی هیدروژل ها
هنگامی که طبقه بندی هیدروژل ها بسته به ساختار فیزیکی آنها انجام می شود را می توان به شرح زیر طبقه بندی کرد:
- آمورف (غیر کریستالی)
- نیمه کریستالی: مخلوطی پیچیده از فازهای آمورف و کریستالی
- بلورین
هنگامی که هیدروژل ها بر روی ترکیب پلیمری متمرکز می شوند، می توانند به سه دسته زیر نیز طبقه بندی شوند:
- هیدروژل های هموپلیمری
- هیدروژل های کوپلیمری
- هیدروژل های چند پلیمری? هیدروژل های IPN
بر اساس نوع اتصال عرضی، هیدروژل ها به موارد زیر طبقه بندی می شوند:
- شبکه های متقاطع شیمیایی: اتصالات دائمی
- شبکه های متقابل فیزیکی: اتصالات گذرا
ظاهر فیزیکی منجر به طبقه بندی به موارد زیر می شود:
- ماتریس
- فیلم
- میکروسفر
طبقه بندی بر اساس بار الکتریکی شبکه:
- غیر یونی (خنثی)
- یونی (از جمله آنیونی یا کاتیونی)
- الکترولیت آمفوتریک (آمفولیتیک)
- zwitterionic (پلی بتائین)
ادبیات? منابع
- Mohammadinezhada, Alireza; Marandi, Gholam Bagheri; Farsadrooh, Majid; Javadian, Hamedreza (2018): Synthesis of poly(acrylamide-co-itaconic acid)/MWCNTs superabsorbent hydrogel nanocomposite by ultrasound-assisted technique: Swelling behavior and Pb (II) adsorption capacity. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 49, 2018. 1-12.
- Cass, Peter; Knower, Warren; Pereeia, Eliana; Holmes, Natalie P.; Hughes Tim (2010): Preparation of hydrogels via ultrasonic polymerization. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 2, February 2010. 326-332.
- Willfahrt, A., Steiner, E., Hoetzel, J., Crispin, X. (2019): Printable acid-modified corn starch as non-toxic, disposable hydrogel-polymer electrolyte in supercapacitors. Applied Physics A, 125(7), 474.
- Butylina, Svetlana; Geng, Shiyu; Laatikainen, Katri; Oksman, Kristiina (2020): Cellulose Nanocomposite Hydrogels: From Formulation to Material Properties. Frontiers in Chemistry, Vol. 8, 655, 2020.
- Rutgeerts, Laurens A. J.; Soultan, Al Halifa; Subramani, Ramesh; Toprakhisar, Burak; Ramon, Herman; Paderes, Monissa C.; De Borggraeve, Wim M.; Patterson, Jennifer (2019): Robust scalable synthesis of a bis-urea derivative forming thixotropic and cytocompatible supramolecular hydrogels. Chemical Communications Issue 51, 2019.
- Oleyaei, Seyed Amir; Razavi, Seyed Mohammad Ali; Mikkonen, Kirsi S. (2018): Physicochemical and rheo-mechanical properties of titanium dioxide reinforced sage seed gum nanohybrid hydrogel. International Journal of Biological Macromolecules Vol. 118, Part A, 2018. 661-670.
اولتراسونیک با کارایی بالا! محدوده محصول Hielscher را پوشش می دهد طیف کامل از ultrasonicator آزمایشگاه جمع و جور بیش از واحدهای نیمکت بالا به سیستم های اولتراسونیک تمام صنعتی.