Povoljna proizvodnja hidrogela putem ultrazvuka

Sonikacija je vrlo učinkovita, pouzdana i jednostavna tehnika za pripremu hidrogelova visokih performansi. Ovi hidrogelovi nude izvrsna svojstva materijala kao što su apsorpcijski kapaciteti, viskoznost, mehanička čvrstoća, kompresijski modul i funkcionalnosti samoiscjeljivanja.

Ultrazvučna polimerizacija i disperzija za proizvodnju hidrogela

Hidrogelovi su hidrofilne, trodimenzionalne polimerne mreže koje mogu apsorbirati velike količine vode ili tekućine. Hidrogelovi pokazuju izvanrednu sposobnost oticanja. Zajednički građevni blokovi hidgela uključuju polivinilni alkohol, polietilen glikol, natrijev poliakrilat, akrilne polimere, karbomere, polisaharide ili polipeptide s velikim brojem hidrofilnih skupina te prirodne proteine kao što su kolagen, želatina i fibrin.
Takozvani hibridni hidrogelovi sastoje se od različitih kemijski, funkcionalno i morfološki različitih materijala, kao što su proteini, peptidi ili nano- / mikrostrukture.
Ultrazvučna disperzija široko se koristi kao visoko učinkovita i pouzdana tehnika za homogenizaciju nano-materijala kao što su ugljikove nanocjevčice (CNT, MWCNTs, SWCNTs), celulozni nano-kristali, chitin nanofibres, titanijev dioksid, srebrne nanočestice, proteini i druge mikron- ili nanostrukture u polimernu matricu hidrogela. To čini sonikaciju glavnim alatom za proizvodnju hidrogelova visokih performansi s izvanrednim kvalitetama.

Što istraživanja pokazuju – Ultrazvučna hidrogelna priprema

Prvo, ultrazvukcija potiče polimerizaciju i unakrsno povezivanje reakcija tijekom formiranja hidrogela.
Drugo, ultrazvukcija je dokazana kao pouzdana i učinkovita tehnika disperzije za proizvodnju hidrogelova i nanokompromitnih hidrogelova.

Ultrazvučna cross-linking i polimerizacija hidrogelova

Ultrazvukcija pomaže u stvaranju polimernih mreža tijekom hidrogelne sinteze putem generacije slobodnih radikala. Intenzivni ultrazvučni valovi stvaraju akustičnu kavitiju koja uzrokuje sile visokog smicanja, molekularno smicanje i stvaranje slobodnih radikala.

Cass et al. (2010) pripremio je nekoliko "akrilnih hidrogelova pripremljenih ultrazvučnom polimerizacijom monomera topljivih u vodi i makromonomera. Ultrazvuk je korišten za stvaranje inicijatorskih radikala u viskoznim jednomernim soluionima pomoću aditiva glicerola, sorbitola ili glukoze u otvorenom sustavu na 37 °C. Aditivi topljivi u vodi bili su neophodni za proizvodnju hidrogela, a glicerol je bio najučinkovitiji. Hidrogelovi su pripremljeni od monomera 2-hidroksietil metakrilat, poli(etilen glikol) dimetiakrilata, dekstranskog metakrilata, akrilne kiseline/etilen glikol dimetakrilata i akrilamida/bis-akrilamida." [Cass et al. 2010]] Ultrazvučna primjena pomoću ultrazvuka sonde utvrđeno je da je učinkovita metoda za polimerizaciju vinilnih monomera topljivih u vodi i naknadnu pripremu hidrogelova. Ultrazvučno započeta polimerizacija odvija se brzo u nedostatku kemijskog inicijatora.

Ultrazvuka je kompatibilna sa svim vrstama polimera i biopolimera i omogućuje jačanje hibridnih hidrogelova nanostastrijskim materijalima kao što su nanočestice, nanokristali ili nanofibre. Ojačavanje hidrogelova različitim nanomaterijalima omogućuje izmjenu i kontrolu fizikokemijskih i reo-mehaničkih svojstava nanokompromitskih hidrogelova, budući da su mikrostrukture ključni čimbenik za dobivena svojstva materijala.

Izrada poli(akrilamid-ko-itakonska kiselina) – MWCNT Hidrogel pomoću sonikacije

Mohammadinezhada et al. (2018) uspješno je proizveo superapsorbentni hidrogelni kompozit koji sadrži poli(akrilamid-ko-itakonska kiselina) i višezidne ugljikove nanocjevčice (MWCNTs). Ultrazvuka je izvedena s Hielscherovim ultrazvučnim uređajem UP200S. Stabilnost hidrogela povećala se s povećanjem omjera MWCNTs, što se može pripisati hidrofobnoj prirodi MWCNT-a, kao i povećanju gustoće crosslinkera. Kapacitet zadržavanja vode (WRC) hidrogela P(AAm-co-IA) također je povećan u prisutnosti MWCNT-a (10 wt%). U ovom ispitivanju učinci ultrazvuka ocijenjeni su superiornima u pogledu ravnomjerne raspodjele ugljikovih nanocjevčica na polimernoj površini. MWCNTs su netaknuti bez ikakvog prekida u polimerne strukture. Osim toga, povećana je čvrstoća dobivenog nanokompozita i kapacitet zadržavanja vode te apsorpcija drugih topivih materijala poput PB (II). Sonikacija je slomila inicijator i raspršila MWCNTs kao izvrsno punilo u polimernih lanaca pod povećanjem temperature.
Istraživači zaključuju da se ti "uvjeti reakcije ne mogu postići konvencionalnim metodama, a homogenost i dobra disperzija čestica u domaćina ne mogu se postići. Osim toga, sonikacija obrađuje odvojene nanočestice u jednu česticu, dok miješanje to ne može učiniti. Drugi mehanizam za smanjenje veličine je učinak snažnih akustičnih valova na sekundarne veze poput vezivanja vodikom koje ovo zračenje razbija H-vezivanje čestica, a nakon toga, oglušuje agregirane čestice i povećava broj besplatnih adsorptivnih skupina poput -OH i pristupačnosti. Dakle, ovaj važan događaj čini proces sonikacije kao superiornu metodu nad drugima poput magnetskog miješanja primijenjenog u literaturama." [Mohammadinezhada et al., 2018.]

Ultrasonikatori visokih performansi za hidrogelnu sintezu

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučnu opremu visokih performansi za sintezu hidrogelova. Od male i srednje veličine R&D i pilot ultrasonikatori industrijskim sustavima za komercijalnu hidrogelnu proizvodnju u kontinuiranom načinu rada, Hielscher Ultrasonics pokriva vaše zahtjeve procesa.
Ultrasonikatori industrijske kvalitete mogu isporučiti vrlo visoke amplitude, koje omogućuju pouzdane reakcije križnog povezivanja i polimerizacije i ravnomjernu disperziju nano čestica. Amplitude do 200 μm mogu se lako kontinuirano raditi u radu 24/7/365. Za još veće amplitude dostupni su prilagođeni ultrazvučni sonotrodi.

Pitajte nas danas za dodatne tehničke informacije, cijene i neobvezujući citat. Naše dugogodišnje iskusno osoblje rado će vas konzultirati!
Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja: