અલ્ટ્રાસોનિકેશન દ્વારા હાઇડ્રોજેલનું લાભદાયી ઉત્પાદન

ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા હાઇડ્રોજેલ તૈયાર કરવા માટે સોનિકેશન અત્યંત અસરકારક, વિશ્વસનીય અને સરળ તકનીક છે. આ હાઇડ્રોજેલ શોષણ ક્ષમતા, શ્યાનસ્થિતિસ્થાપકતા, યાંત્રિક મજબૂતાઈ, સંકોચન મોડ્યુલસ અને સ્વયં સમારકામની કાર્યક્ષમતાઓ જેવા ઉત્તમ સામગ્રી ગુણધર્મો પ્રદાન કરે છે.

હાઇડ્રોજેલના ઉત્પાદન માટે અલ્ટ્રાસોનિક પોલિમરાઇઝેશન અને વિખેરણ

હાઇડ્રોજેલ જલસ્નેહી, ત્રિપરિમાણીય પોલિમરીય જાળાં છે, જે મોટી માત્રામાં પાણી અથવા પ્રવાહી શોષી શકે છે. હાઇડ્રોજેલ અસાધારણ ફૂલવાની ક્ષમતા દર્શાવે છે. હાઇડ્રોજેલના સામાન્ય મૂળભૂત ઘટકોમાં પોલિવિનાઇલ આલ્કોહોલ, પોલિઇથિલિન ગ્લાયકોલ, સોડિયમ પોલિએક્રિલેટ, એક્રિલેટ પોલિમર, કાર્બોમર, મોટી સંખ્યામાં જલસ્નેહી સમૂહો ધરાવતા પોલિસેકેરાઇડ અથવા પોલિપેપ્ટાઇડ અને કોલેજન, જિલેટિન તથા ફાઇબ્રિન જેવા કુદરતી પ્રોટીનનો સમાવેશ થાય છે.
કહેવાતા સંકર હાઇડ્રોજેલ પ્રોટીન, પેપ્ટાઇડ અથવા નેનો- / સૂક્ષ્મ સંરચનાઓ જેવી રાસાયણિક, કાર્યાત્મક અને આકારવિજ્ઞાનની દૃષ્ટિએ એકબીજાથી અલગ વિવિધ સામગ્રીઓથી બનેલા હોય છે.
કાર્બન નેનોટ્યુબ (CNTs, MWCNTs, SWCNTs), સેલ્યુલોઝ નેનોક્રિસ્ટલ, કાઇટિન નેનોતંતુઓ, ટાઇટેનિયમ ડાયોક્સાઇડ, ચાંદીના નેનોઘટક કણો, પ્રોટીન અને અન્ય માઇક્રોન- અથવા નેનોસંરચનાઓ જેવી નેનોસામગ્રીઓને હાઇડ્રોજેલના પોલિમરીય મેટ્રિક્સમાં સમાનરૂપે મિશ્રિત કરવા માટે અલ્ટ્રાસોનિક વિખેરણનો અત્યંત કાર્યક્ષમ અને વિશ્વસનીય તકનીક તરીકે વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે. આ કારણે અસાધારણ ગુણવત્તાવાળા ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાના હાઇડ્રોજેલના ઉત્પાદન માટે સોનિકેશન એક મુખ્ય સાધન બને છે.

સંશોધન શું દર્શાવે છે – અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી હાઇડ્રોજેલની તૈયારી

પ્રથમ, અલ્ટ્રાસોનિકેશન હાઇડ્રોજેલના નિર્માણ દરમિયાન પોલિમરાઇઝેશન અને ક્રોસ-લિંકિંગ પ્રતિક્રિયાઓને પ્રોત્સાહન આપે છે.
બીજું, હાઇડ્રોજેલ અને નેનોકોમ્પોઝિટ હાઇડ્રોજેલના ઉત્પાદન માટે અલ્ટ્રાસોનિકેશન વિશ્વસનીય અને અસરકારક વિખેરણ તકનીક હોવાનું સાબિત થયું છે.

હાઇડ્રોજેલનું અલ્ટ્રાસોનિક ક્રોસ-લિંકિંગ અને પોલિમરાઇઝેશન

મુક્ત મૂલકો ઉત્પન્ન કરીને અલ્ટ્રાસોનિકેશન હાઇડ્રોજેલના સંશ્લેષણ દરમિયાન પોલિમરીય જાળાંની રચનામાં સહાય કરે છે. તીવ્ર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ તરંગો ધ્વનિક કેવિટેશન ઉત્પન્ન કરે છે, જે ઉચ્ચ કતરણ બળો, આણ્વિક કતરણ અને મુક્ત મૂલકોની રચનાનું કારણ બને છે.

Cass અને સહલેખકો (2010)એ અનેક એક્રિલિક હાઇડ્રોજેલ તૈયાર કર્યા: “પાણીમાં દ્રાવ્ય મોનોમર અને મેક્રોમોનોમરના અલ્ટ્રાસોનિક પોલિમરાઇઝેશન દ્વારા એક્રિલિક હાઇડ્રોજેલ તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. 37°C પર ખુલ્લી પ્રણાલીમાં ગ્લિસરોલ, સોર્બિટોલ અથવા ગ્લુકોઝ જેવા ઉમેરકોનો ઉપયોગ કરીને શ્યાન જલીય મોનોમર દ્રાવણોમાં પ્રતિક્રિયા આરંભ કરાવતા મૂલકો બનાવવા માટે અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. પાણીમાં દ્રાવ્ય ઉમેરકો હાઇડ્રોજેલના ઉત્પાદન માટે આવશ્યક હતા અને તેમાં ગ્લિસરોલ સૌથી વધુ અસરકારક હતો. 2-હાઇડ્રોક્સિઇથિલ મેથાક્રિલેટ, પોલિ(ઇથિલિન ગ્લાયકોલ) ડાઇમેથાક્રિલેટ, ડેક્સ્ટ્રાન મેથાક્રિલેટ, એક્રિલિક એસિડ/ઇથિલિન ગ્લાયકોલ ડાઇમેથાક્રિલેટ અને એક્રિલામાઇડ/બિસ-એક્રિલામાઇડ મોનોમરમાંથી હાઇડ્રોજેલ તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા.” [Cass et al. 2010] પ્રોબ અલ્ટ્રાસોનિકેટર વડે અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ પાણીમાં દ્રાવ્ય વિનાઇલ મોનોમરના પોલિમરાઇઝેશન અને ત્યારબાદ હાઇડ્રોજેલ તૈયાર કરવા માટે અસરકારક પદ્ધતિ હોવાનું જાણવા મળ્યું હતું. અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી આરંભ થતું પોલિમરાઇઝેશન રાસાયણિક આરંભકની ગેરહાજરીમાં ઝડપથી થાય છે.
અભ્યાસની સંપૂર્ણ પ્રયોગવિધિ અહીં જુઓ!
 

ફ્યૂમ્ડ સિલિકાનું અલ્ટ્રાસોનિક વિક્ષેપન: Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક હોમોજેનાઇઝર UP400S સિલિકા પાઉડરને ઝડપથી અને કાર્યક્ષમ રીતે અલગ નેનોકણોમાં વિક્ષેપિત કરે છે.

નેનોકોમ્પોઝિટ હાઇડ્રોજેલ અને નેનોજેલના અલ્ટ્રાસોનિક સંશ્લેષણ વિશે વધુ વાંચો!

અલ્ટ્રાસોનિકેશન તમામ પ્રકારના પોલિમર અને બાયોપોલિમર સાથે સુસંગત છે અને નેનોકણો, નેનોક્રિસ્ટલ અથવા નેનોતંતુઓ જેવી નેનોસંરચિત સામગ્રીઓ વડે સંકર હાઇડ્રોજેલને મજબૂત બનાવવાનું શક્ય બનાવે છે. વિવિધ નેનોસામગ્રીઓ વડે હાઇડ્રોજેલને મજબૂત બનાવવાથી નેનોકોમ્પોઝિટ હાઇડ્રોજેલના ભૌતિક-રાસાયણિક અને પ્રવાહવર્તન-યાંત્રિક ગુણધર્મોમાં ફેરફાર કરવાનું અને તેમને નિયંત્રિત કરવાનું શક્ય બને છે, કારણ કે પ્રાપ્ત થતી સામગ્રીના ગુણધર્મો માટે સૂક્ષ્મ સંરચનાઓ મુખ્ય પરિબળ છે.

સોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને Poly(acrylamide-co-itaconic acid) – MWCNT હાઇડ્રોજેલનું નિર્માણ

Mohammadinezhada et al. (2018) એ poly(acrylamide-co-itaconic acid) અને બહુભિત્તીય કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ (MWCNTs) ધરાવતો અતિશોષક હાઇડ્રોજેલ સંયુક્ત પદાર્થ સફળતાપૂર્વક બનાવ્યો. અલ્ટ્રાસોનિકેશન કરવા માટે વપરાયેલ Hielscher અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણ હતું: UP200S. MWCNTsનું પ્રમાણ વધવાની સાથે હાઇડ્રોજેલની સ્થિરતા વધી હતી, જેનું કારણ MWCNTsની જલવિરાગી પ્રકૃતિ તેમજ ક્રોસલિંકરના ઘનત્વમાં વધારો હોઈ શકે છે. MWCNT (10 wt%)ની હાજરીમાં P(AAm-co-IA) હાઇડ્રોજેલની પાણી જાળવવાની ક્ષમતા (WRC) પણ વધી હતી. આ અભ્યાસમાં, પોલિમરની સપાટી પર કાર્બન નેનોટ્યુબ્સના સમાન વિતરણની દૃષ્ટિએ અલ્ટ્રાસોનિકેશનની અસરોને ચઢિયાતી ગણવામાં આવી હતી. પોલિમરીય સંરચનામાં કોઈપણ વિક્ષેપ વિના MWCNTs અખંડ રહ્યા હતા. વધુમાં, પ્રાપ્ત નેનોસંયુક્ત પદાર્થની મજબૂતી, તેની પાણી જાળવવાની ક્ષમતા અને Pb (II) જેવા અન્ય દ્રાવ્ય પદાર્થોનું શોષણ વધ્યાં હતાં. વધતા તાપમાન હેઠળ સોનિકેશને પ્રારંભકને તોડ્યો અને પોલિમર શૃંખલાઓમાં ઉત્તમ પૂરક પદાર્થ તરીકે MWCNTsનું વિખેરણ કર્યું.
સંશોધકો તારણ આપે છે કે “આ પ્રતિક્રિયા પરિસ્થિતિઓ પરંપરાગત પદ્ધતિઓ દ્વારા પ્રાપ્ત કરી શકાતી નથી, અને આધાર પદાર્થમાં કણોની સમાનતા તથા સારું વિખેરણ પ્રાપ્ત કરી શકાતાં નથી. વધુમાં, સોનિકેશન પ્રક્રિયા નેનોકણોને અલગ કરીને એકલ કણોમાં ફેરવે છે, જ્યારે હલાવવાની પ્રક્રિયા આવું કરી શકતી નથી. કદ ઘટાડવાની બીજી કાર્યપદ્ધતિ હાઇડ્રોજન બંધન જેવા ગૌણ બંધો પર શક્તિશાળી ધ્વનિ તરંગોની અસર છે, જેમાં આ વિકિરણ કણોનું H-બંધન તોડે છે અને ત્યારબાદ એકત્રિત કણોને છૂટા પાડે છે તથા -OH જેવા મુક્ત અધિશોષક સમૂહોની સંખ્યા અને તેમની સુલભતા વધારે છે. આમ, આ મહત્વપૂર્ણ ઘટના સોનિકેશન પ્રક્રિયાને સાહિત્યમાં ઉપયોગમાં લેવાયેલી ચુંબકીય હલાવવાની પ્રક્રિયા જેવી અન્ય પદ્ધતિઓ કરતાં ચઢિયાતી પદ્ધતિ બનાવે છે.” [Mohammadinezhada et al., 2018]

હાઇડ્રોજેલ સંશ્લેષણ માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ

Hielscher Ultrasonics હાઇડ્રોજેલના સંશ્લેષણ માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળાં અલ્ટ્રાસોનિક ઉપકરણો બનાવે છે. સંશોધન અને વિકાસ તથા પાયલોટ ઉપયોગ માટેનાં નાનાં અને મધ્યમ કદનાં અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સથી માંડીને સતત પદ્ધતિમાં હાઇડ્રોજેલના વ્યાવસાયિક ઉત્પાદન માટેની ઔદ્યોગિક પ્રણાલીઓ સુધી, Hielscher Ultrasonics તમારી પ્રક્રિયાની જરૂરિયાતો પૂરી કરે છે.
ઔદ્યોગિક કક્ષાનાં અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સ અત્યંત ઊંચા કંપવિસ્તાર પ્રદાન કરી શકે છે, જે વિશ્વસનીય ક્રોસલિંકિંગ અને પોલિમરીકરણ પ્રતિક્રિયાઓ તથા નેનોકણોનું સમાન વિખેરણ શક્ય બનાવે છે. 200µm સુધીના કંપવિસ્તાર પર 24/7/365 કામગીરી સરળતાથી સતત ચલાવી શકાય છે. તેનાથી પણ ઊંચા કંપવિસ્તાર માટે જરૂરિયાત મુજબ બનાવેલા અલ્ટ્રાસોનિક સોનોટ્રોડ્સ ઉપલબ્ધ છે.

વધારાની તકનીકી માહિતી, કિંમતો અને કોઈ પ્રતિબદ્ધતા વિનાના ભાવપત્રક માટે આજે જ અમારો સંપર્ક કરો. અમારો લાંબા સમયનો અનુભવ ધરાવતો કર્મચારીવર્ગ તમને સલાહ આપવામાં આનંદ અનુભવશે!
નીચેનું કોષ્ટક અમારા અલ્ટ્રાસોનિકેટર્સની અંદાજિત પ્રક્રિયા ક્ષમતાનો ખ્યાલ આપે છે:

Hielscher SonoStation ફ્લો સેલ રિએક્ટરનો ઉપયોગ કરીને મધ્યમ કદની બેચનું સોનિકેશન સરળ બનાવે છે. સુઘડ SonoStation માં હલાવવાની વ્યવસ્થા ધરાવતી 38 લિટરની ટાંકી અને સમાયોજ્ય પ્રોગ્રેસિવ કેવિટી પંપ સંયોજિત છે, જે એક અથવા બે અલ્ટ્રાસોનિક ફ્લો સેલ રિએક્ટરમાં પ્રતિ મિનિટ 3 લિટર સુધી પ્રવાહી પહોંચાડી શકે છે.