Edullinen hydrogeelituotanto ultrasonicationin kautta
Sonikaatio on erittäin tehokas, luotettava ja yksinkertainen tekniikka korkean suorituskyvyn hydrogeelien valmistamiseksi. Nämä hydrogeelit tarjoavat erinomaiset materiaaliominaisuudet, kuten absorptiokapasiteetin, viskoelastisuuden, mekaanisen lujuuden, puristusmoduulin ja itsekorjautuvat toiminnot.
Ultraäänipolymerointi ja dispersio hydrogeelin tuotantoon
Hydrogeelit ovat hydrofiilisiä, kolmiulotteisia polymeeriverkkoja, jotka kykenevät absorboimaan suuria määriä vettä tai nesteitä. Hydrogeeleillä on poikkeuksellinen turvotuskapasiteetti. Hydrgeelien yleisiä rakennuspalikoita ovat polyvinyylialkoholi, polyetyleeniglykoli, natriumpolyakrylaatti, akrylaattipolymeerit, karbomeerit, polysakkaridit tai polypeptidit, joissa on paljon hydrofiilisiä ryhmiä, ja luonnolliset proteiinit, kuten kollageeni, gelatiini ja fibriini.
Niin sanotut hybridihydrogeelit koostuvat erilaisista kemiallisesti, toiminnallisesti ja morfologisesti erillisistä materiaaleista, kuten proteiineista, peptideistä tai nano- / mikrorakenteista.
Ultraäänidispersiota käytetään laajalti erittäin tehokkaana ja luotettavana tekniikkana homogenoimaan nanomateriaaleja, kuten hiilinanoputkia (CNT, MWCNT, SWCNT), selluloosan nanokiteitä, kitiinin nanokuituja, titaanidioksidia, hopean nanohiukkasia, proteiineja ja muita mikroni- tai nanorakenteita hydrogeelien polymeerimatriisiin. Tämä tekee sonikaatiosta tärkeimmän työkalun korkean suorituskyvyn hydrogeelien tuottamiseksi, joilla on poikkeuksellisia ominaisuuksia.

Ultrasonicator UIP1000hdT lasireaktorilla hydrogeelisynteesiä varten
Mitä tutkimukset osoittavat – Ultraäänihydrogeelivalmiste
Ensinnäkin ultrasonication edistää polymerointia ja ristisidosreaktioita hydrogeelin muodostumisen aikana.
Toiseksi ultrasonication on osoittautunut luotettavaksi ja tehokkaaksi dispersiotekniikaksi hydrogeelien ja nanokomposiittihydrogeelien tuotannossa.
Hydrogeelien ultraäänisilloitus ja polymerointi
Ultrasonication auttaa polymeeriverkkojen muodostumista hydrogeelisynteesin aikana vapaiden radikaalien tuottamisen kautta. Voimakkaat ultraääniaallot tuottavat akustista kavitaatiota, joka aiheuttaa suuria leikkausvoimia, molekyylileikkausta ja vapaiden radikaalien muodostumista.
(2010) valmisti useita "akryylihydrogeelejä valmistettiin vesiliukoisten monomeerien ja makromonomeerien ultraäänipolymeroinnilla. Ultraääntä käytettiin käynnistävien radikaalien luomiseen viskooseissa vesipitoisissa monomeeriliuoksissa käyttämällä lisäaineita glyserolia, sorbitolia tai glukoosia avoimessa järjestelmässä 37 ° C: ssa. Vesiliukoiset lisäaineet olivat välttämättömiä hydrogeelin tuotannossa, glyseroli oli tehokkain. Hydrogeelit valmistettiin monomeereistä 2-hydroksietyylimetakrylaatti, poly(etyleeniglykoli)dimethakrylaatti, dekstraanimakrylaatti, akryylihappo/etyleeniglykolidimethakrylaatti ja akryyliamidi/bis-akryyliamidi." [Cass et ai., 2010] Ultraäänisovellus, jossa käytettiin anturin ultraäänilaitetta, todettiin tehokkaaksi menetelmäksi vesiliukoisten vinyylimonomeerien polymeroimiseksi ja sitä seuraavien hydrogeelien valmistamiseksi. Ultraäänellä aloitettu polymerointi tapahtuu nopeasti ilman kemiallista initiaattoria.
Löydä tutkimuksen koko protokolla täältä!
- nanohiukkaset, esim.2
- Hiilinanoputket (CNT)
- selluloosan nanokiteet (CNC)
- Nanoselluloosan nanofibrillit
- kumit, esimerkiksi ksantaani, salviansiemenkumi
- Proteiineja
Lue lisää nanokomposiittihydrogeelien ja nanogeelien ultraäänisynteesistä!

Hydrogeelin muodostuminen ultraäänellä avustetulla geeliytymisellä käyttäen ultraäänilaite UP100H (Tutkimus ja elokuva: Rutgeerts et ai., 2019)

MWCNT:itä sisältävän poly(akryyliamidi-koitakoniinihappohydrogeelin) SEM. MWCNT: t dispergoitiin ultraäänellä ultraäänilaitteella UP200S.
tutkimus ja kuva: Mohammadinezhada et ai., 2018
Poly(akryyliamidi-ko-itakoniinihapon) valmistus – MWCNT-hydrogeeli sonikaatiota käyttäen
(2018) tuotti onnistuneesti superabsorboivan hydrogeelikomposiittin, joka sisältää poly(akryyliamidi-ko-itakoniinihappo) ja moniseinäisiä hiilinanoputkia (MWCNT). Ultrasonication suoritettiin Hielscherin ultraäänilaitteella UP200S. Hydrogeelin stabiilisuus lisääntyi MWCNT-suhteiden kasvaessa, mikä saattaa johtua MWCNT:iden hydrofobisesta luonteesta sekä silloitustiheyden kasvusta. P(AAm-co-IA)-hydrogeelin vedenpidätyskyky (WRC) kasvoi myös MWCNT:n läsnä ollessa (10 paino-%). Tässä tutkimuksessa ultrasonicationin vaikutukset arvioitiin ylivoimaisiksi hiilinanoputkien tasaisen jakautumisen suhteen polymeeripinnalle. MWCNT:t olivat ehjiä ilman polymeerirakenteen häiriöitä. Lisäksi saadun nanokomposiitin lujuus ja sen vedenpidätyskyky sekä muiden liukoisten materiaalien, kuten Pb (II), imeytyminen lisääntyivät. Sonikaatio rikkoi initiaattorin ja hajotti MWCNT: t erinomaisena täyteaineena polymeeriketjuissa lämpötilan noustessa.
Tutkijat päättelevät, että näitä "reaktio-olosuhteita ei voida saavuttaa tavanomaisilla menetelmillä, eikä hiukkasten homogeenisuutta ja hyvää dispersiota isäntään voida saavuttaa. Lisäksi sonikaatioprosessi erottaa nanohiukkaset yhdeksi hiukkaseksi, kun taas sekoittaminen ei voi tehdä tätä. Toinen mekanismi koon pienentämiseksi on voimakkaiden akustisten aaltojen vaikutus sekundaarisiin sidoksiin, kuten vetysidokseen, joka tämä säteilytys rikkoo hiukkasten H-sidoksen ja myöhemmin erottaa aggregoidut hiukkaset ja lisää vapaiden adsorptioryhmien, kuten -OH: n ja saavutettavuuden, määrää. Siten tämä tärkeä tapahtuma tekee sonikaatioprosessista ylivoimaisen menetelmän muihin verrattuna, kuten kirjallisuudessa käytetty magneettinen sekoittaminen. [Mohammadinezhada et ai., 2018]
Korkean suorituskyvyn ultraääniastiat hydrogeelisynteesiin
Hielscher Ultrasonics valmistaa korkean suorituskyvyn ultraäänilaitteita hydrogeelien synteesiin. Pienestä ja keskikokoisesta R:stä&D ja pilotoida ultraäänilaitteita teollisiin järjestelmiin kaupalliseen hydrogeelien valmistukseen jatkuvassa tilassa, Hielscher Ultrasonics kattaa prosessivaatimukset.
Teollisuusluokan ultraäänilaitteet voivat tuottaa erittäin korkeita amplitudit, jotka mahdollistavat luotettavat silloitus- ja polymerointireaktiot ja nanohiukkasten tasaisen dispersion. Jopa 200 μm: n amplitudit voidaan helposti ajaa jatkuvasti 24/7/365-toiminnassa. Vielä suuremmille amplitudille on saatavana räätälöityjä ultraäänisonotrodeja.
- korkea hyötysuhde
- Uusinta teknologiaa
- luotettavuus & rotevuus
- erä & Inline
- mille tahansa tilavuudelle
- Älykäs ohjelmisto
- Älykkäät ominaisuudet (esim. dataprotokollat)
- CIP (puhdas paikan päällä)
Pyydä meiltä jo tänään lisätietoja teknisistä tiedoista, hinnoista ja sitoumuksettomasta tarjouksesta. Pitkän linjan kokenut henkilökuntamme konsultoi sinua mielellään!
Alla oleva taulukko antaa sinulle viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
Erän tilavuus | Virtausnopeus | Suositellut laitteet |
---|---|---|
1 - 500 ml | 10 - 200 ml / min | UP100H |
10 - 2000ml | 20–400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 - 20L | 0.2–4 l/min | UIP2000hdT |
10-100L | 2 - 10L / min | UIP4000hdT |
n.a. | 10-100L / min | UIP16000 |
n.a. | suurempi | klusteri UIP16000 |
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Faktoja, jotka kannattaa tietää
Mihin hydrogeelejä käytetään?
Hydrogeelejä käytetään monilla teollisuudenaloilla, kuten lääketeollisuudessa lääkkeiden annosteluun (esim. aikavapautuva, suun kautta, suonensisäisesti, paikallisesti tai peräsuolen kautta annettavat lääkkeet), lääketieteessä (esim. kudosteknologian rakennustelineinä, rintaimplantteina, biomekaanisina materiaaleina, haavasidoksina), kosmeettisissa valmisteissa, hoitotuotteissa (esim. piilolinssit, vaipat, terveyssiteet), maataloudessa (esim. torjunta-ainevalmisteissa, rakeissa, jotka pitävät maaperän kosteutta kuivilla alueilla), materiaalitutkimus funktionaalisina polymeereinä (esim. vesigeeliräjähteet, kvanttipisteiden kapselointi, termodynaaminen sähköntuotanto), hiilen vedenpoisto, keinolumi, elintarvikelisäaineet ja muut tuotteet (esim. liima).
Hydrogeelien luokitus
Kun hydrogeelien luokittelu tehdään niiden fyysisen rakenteen mukaan, se voidaan luokitella seuraavasti:
- amorfinen (ei-kiteinen)
- puolikiteinen: Amorfisten ja kiteisten faasien monimutkainen seos
- kiteinen
Kun keskitytään polymeerikoostumukseen, hydrogeelit voidaan luokitella myös seuraaviin kolmeen luokkaan:
- homopolymeeriset hydrogeelit
- kopolymeeriset hydrogeelit
- monipolymeeriset hydrogeelit / IPN-hydrogeelit
Silloitustyypin perusteella hydrogeelit luokitellaan:
- kemiallisesti silloitetut verkot: pysyvät risteykset
- Fyysisesti silloitetut verkot: tilapäiset risteykset
Fyysinen ulkonäkö johtaa luokitteluun:
- matriisi
- filmi
- mikropallo
Verkon sähkövaraukseen perustuva luokitus:
- ioniton (neutraali)
- ioninen (mukaan lukien anioninen tai kationinen)
- amfoteerinen elektrolyytti (amfolyyttinen)
- Zwitterionic (polybetaiinit)
Kirjallisuus / Viitteet
- 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.