Edullinen hydrogeelituotanto ultrasonicationin kautta
Sonikaatio on erittäin tehokas, luotettava ja yksinkertainen tekniikka korkean suorituskyvyn hydrogeelien valmistukseen. Nämä hydrogeelit tarjoavat erinomaisia materiaaliominaisuuksia, kuten absorptiokyvyn, viskoelastisuuden, mekaanisen lujuuden, puristusmoduulin ja itsekorjautuvia toimintoja.
Ultraäänipolymerointi ja dispersio hydrogeelituotantoon
Hydrogeelit ovat hydrofiilisiä, kolmiulotteisia polymeeriverkkoja, jotka pystyvät absorboimaan suuria määriä vettä tai nesteitä. Hydrogeelien turvotuskyky on poikkeuksellinen. Hydrgelien yleisiä rakennuspalikoita ovat polyvinyylialkoholi, polyetyleeniglykoli, natriumpolyakrylaatti, akrylaattipolymeerit, karbomeerit, polysakkaridit tai polypeptidit, joissa on paljon hydrofiiliryhmiä, sekä luonnolliset proteiinit, kuten kollageeni, gelatiini ja fibriini.
Niin kutsutut hybridihydrogeelit koostuvat erilaisista kemiallisesti, toiminnallisesti ja morfologisesti erillisistä materiaaleista, kuten proteiineja, peptidejä tai nano- / mikrorakenteita.
Ultraääni dispersiota käytetään laajalti erittäin tehokkaana ja luotettavana tekniikkana nanomateriaalien, kuten hiilinanoputkien (CNTs, MWCNTs, SWCNT), selluloosananokiteiden, kitiininanokuitujen, titaanidioksidin, hopeananohiukkasten, proteiinien ja muiden mikron- tai nanorakenteiden homomeeriseen matriisiin hydrogeelien polymeeriseen matriisiin. Tämä tekee sonikaatiosta tärkeimmän työkalun tuottaa suorituskykyistä hydrogeeliä, jolla on poikkeuksellisia ominaisuuksia.

ultraäänilaitteen UIP1000hdT lasireaktorilla hydrogeelisynteesiä varten
Mitä tutkimus osoittaa – Ultraääni hydrogeeli valmistelu
Ensinnäkin ultrasonication edistää polymerointia ja ristiinlinkitysreaktioita hydrogeelin muodostumisen aikana.
Toiseksi ultrasonication on osoittautunut luotettavaksi ja tehokkaaksi dispersiotekniikaksi hydrogeelien ja nanokomposiittihydrogeelien tuotannossa.
Hydrogeelien ultraääniristikko ja polymerointi
Ultrasonication auttaa polymeeriverkkojen muodostumista hydrogeelisynteesin aikana vapaan radikaalin sukupolven kautta. Voimakkaat ultraääniaallot tuottavat akustista kavitaatiota, joka aiheuttaa suuria leikkausvoimia, molekyylisäikeitä ja vapaata radikaalimuodostusta.
Cass et al. (2010) valmisti useita "akryylihydrogeelit valmistettiin ultraäänipolymeroimalla vesiliukoisia monomeereja ja makromonomeja. Ultraääntä käytettiin insyysiradikaalien luomiseen viskoosisiin vesipitoisiin monomeeriliukoihin glyserolin, sorbitolin tai glukoosin lisäaineilla avoimessa järjestelmässä 37 °C: ssa. Vesiliukoiset lisäaineet olivat välttämättömiä hydrogeelin tuotannossa, ja glyseroli oli tehokkain. Hydrogeelit valmistettiin monomeereista 2-hydroksietyylimetakrylaatti, poly(etyleeniglykoli)dimethakrylaatti, dekstranmetakrylaatti, akryylihappo/etyleeniglykolidimetetakrylaatti ja akryyliamidi/bis-akryyliamidi." [Cass ym. 2010] Ultraäänisovelluksen, jossa käytetään anturin ultraäänilaitetta, todettiin olevan tehokas menetelmä vesiliukoisten vinyylimonomeerien polymerointiin ja sen jälkeiseen hydrogeelien valmistukseen. Ultraäänellä aloitettu polymerointi tapahtuu nopeasti ilman kemiallista käynnistäjätä.
- nanohiukkaset, esim.2
- hiilinanoputket (CNT)
- selluloosananokiteet (CNC)
- selluloosananokuituja
- kumit, esim.
- Proteiineja
Lue lisää nanokomposiittihydrogeelien ja nanogeelien ultraäänisynteesistä!

Hydrogeelin muodostuminen ultraäänellä avustetun gelaation avulla ultraääni UP100H (Tutkimus ja elokuva: Rutgeerts et ai., 2019)

SEM poly(akryyliamidi-ko-itakonihappohydrogeeli, joka sisältää MWCNT:iä. MWCNT:t hajotettiin ultraäänellä ultraäänellä. Up200s.
tutkimus ja kuva: Mohammadinezhada et al., 2018
Polyn (akryyliamidi-koakonakonihapon) valmistus – MWCNT Hydrogel sonikaatiolla
Mohammadinezhada et al. (2018) tuotti onnistuneesti superabsorbenttihydrogeelikomposiittia, joka sisälsi polya (akryyliamidi-korakonihappoa) ja moniseinäistä hiilinanoputkea (MWCNTs). Ultrasonication suoritettiin Hielscher-ultraäänilaitteella Up200s. Hydrogeelin stabiilisuus kasvoi MWCNT-suhdelukujen kasvaessa, mikä saattaa johtua MWCNT:n hydrofobiudesta ja ristilinkkitiheyden kasvusta. Myös P(AAm- co- IA) -hydrogeelin vedenpidätyskyky (WRC) suureni MWCNT: n läsnäollessa (10 wt%). Tässä tutkimuksessa ultrasonication vaikutukset olivat ylivertaisia hiilinanoputkien tasaisen jakautumisen suhteen polymeeripinnalle. MWCNT:t olivat ehjiä ilman polymeerirakenteen keskeytyksiä. Lisäksi saadun nanokomponentin lujuutta ja vedenpidätyskykyä sekä muiden liukoisten materiaalien, kuten Pb (II) imeytymistä lisättiin. Sonikaatio rikkoi ansastajan ja hajotti MWCNT:t erinomaisena täyteaitteena polymeeriketjuissa lämpötilan noustessa.
Tutkijat päättelevät, että näitä "reaktio-olosuhteita ei voida saavuttaa tavanomaisilla menetelmillä, eikä hiukkasten homogeenisuutta ja hyvää leviämistä isäntään voida saavuttaa. Lisäksi sonikaatioprosessi erottaa nanohiukkaset erheiksi hiukkasiksi, kun taas sekoittaminen ei voi tehdä tätä. Toinen koon pienentämismekanismi on voimakkaiden akustisten aaltojen vaikutus sekundaarisidituun, kuten vetysidaatioon, jonka säteilytys rikkoo hiukkasten H-sidoksen ja myöhemmin hajottaa aggregoidut hiukkaset ja lisää vapaiden adsorptioryhmien, kuten -OH: n ja saavutettavuuden, määrää. Näin ollen tämä tärkeä tapahtumasta tekee sonikaatioprosessista ylivoimaisen menetelmän muihin yheellisyksiin, kuten kirjallisuudessa levitetyn magneettisen sekoittamisen." [Mohammadinezhada et ai., 2018]
Hydrogeelisynteesin korkean suorituskyvyn ultraääniastiat
Hielscher Ultrasonics valmistaa korkealaatuisia ultraäänilaitteita hydrogeelien synteesiin. Pienistä ja keskikokoisista R:stä&D ja pilot ultrasonicators teollisuusjärjestelmiin kaupalliseen hydrogeelivalmistukseen jatkuvassa tilassa, Hielscher Ultrasonics kattaa prosessivaatimukset.
Teollisuusluokan ultraääniastiat voivat tuottaa erittäin korkeita amplitudia, mikä mahdollistaa luotettavat ristiinlinkittämis- ja polymerointireaktiot sekä nanohiukkasten tasaisen leviämisen. Jopa 200 μm:n amplitudit voidaan helposti käyttää jatkuvasti 24/7/365-toiminnassa. Vielä korkeampia amplitudit, räätälöity ultraääni ultraääni sonotrodit ovat saatavilla.
- korkea hyötysuhde
- Uusi tekniikka
- luotettavuus & kestävyys
- erä & linjassa
- minkä tahansa aseman
- älykkäät ohjelmistot
- älykkäät ominaisuudet (esim. dataprotokolla)
- CIP (clean-in-place)
Kysy meiltä tänään teknisiä lisätietoja, hinnoittelua ja ei-sitovaa tarjousta. Pitkäaikainen kokenut henkilökuntamme on iloinen voidessaan konsultoida sinua!
Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
erätilavuus | Virtausnopeus | Suositeltavat laitteet |
---|---|---|
1 - 500 ml | 10 - 200 ml / min | UP100H |
10 - 2000 ml | 20 - 400 ml / min | Uf200 ः t, UP400St |
0.1 - 20L | 0.2 - 4 l / min | UIP2000hdT |
10 - 100 litraa | 2 - 10 l / min | UIP4000hdT |
n.a | 10 - 100 l / min | UIP16000 |
n.a | suuremmat | klusterin UIP16000 |
Ota meihin yhteyttä! / Kysy meiltä!
Kompakti SonoStation yhdistää 38 litran kiihtyneen säiliön säädettävään progressiiviseen ontelopumppuun, joka voi syöttää jopa 3 litraa minuutissa yhteen tai kahteen ultraäänivirtaussolureaktoriin.
Tosiasiat, jotka kannattaa tietää
Mihin Hydrogeeliä käytetään?
Hydrogeeliä käytetään monilla toimialoilla, kuten lääketeollisuudessa lääkkeiden toimittamiseen (esim. suun kautta, laskimoon, paikallisesti tai peräsuoleen lääketoimitus), lääketiede (esim. kudostekniikan rakennustelineet, rintaimplantit, biomekaaninen materiaali, haavan sidonnat), kosmeettiset valmisteet, hoitotuotteet (esim. piilolinssit, vaipat, saniteettiliinat), maatalous (esim. torjunta-ainevalmisteiden osalta, rakeet maaperän kosteuden pitoon kuivilla alueilla), materiaalitutkimus funktionaalisina polymeereina (esim. , kvanttipisteiden kapselointi, termodynaaminen sähköntuotanto), hiilenpoisto, keinotekoinen lumi, elintarvikelisäaineet ja muut tuotteet (esim. liima).
Hydrogeelien luokitus
Kun hydrogeelit luokitellaan niiden fyysisen rakenteen mukaan, ne voidaan luokitella seuraavasti:
- amorfinen (ei kiteinen)
- puolikiteinen: Monimutkainen sekoitus amorfisia ja kiteisiä faasteja
- kiteinen
Kun hydrogeelit keskittyvät polymeerikoostumuksen kanssa, ne voidaan luokitella myös seuraaviin kolmeen luokkaan:
- homopolymeeriset hydrogeelit
- copolymeeriset hydrogeelit
- monipolymeeriset hydrogeelit / IPN-hydrogeelit
Hydrogeelit luokitellaan ristiinlinkityksen tyypin perusteella seuraavasti:
- kemiallisesti ristiinlinkitetyt verkot: pysyvät risteykset
- fyysisesti ristiinlinkitetyt verkot: ohimenevät risteykset
Fyysinen ulkonäkö johtaa luokitteluun:
- Matriisi
- Elokuva
- mikrosfääri
Luokitus verkon sähkölatauksen perusteella:
- nonioni (neutraali)
- ioni (mukaan lukien anioninen tai kationinen)
- amfoteerinen elektrolyytti (amfolyyttinen)
- zwitterioninen (polybetaiinit)
Kirjallisuus / Referenssit
- 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.

Korkean suorituskyvyn ultraääni! Hielscherin tuotevalikoima kattaa koko spektrin kompaktista laboratorion ultraäänikonesta penkki-top-yksiköihin täysteollinen ultraäänijärjestelmiin.