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.
ultrasonicator UIP1000hdT sa staklenim reaktorom za hidrogel sintezu
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.
- nanočestice, npr.2
- ugljikove nanocjevčice (CNT)
- celuloza nanokristals (CNC)
- celulozni nanofibrili
- desni, npr xanthan, kadulja sjeme guma
- Proteina
Pročitajte više o ultrazvučnoj sintezi nanokompozitnih hidrogela i nanogela!
Formiranje hidrogela ultrazvukom potpomognutom gelacijom pomoću ultrasonikator UP100H (Studija i film: Rutgeerts i sur., 2019.)
SEM poli(akrilamid-ko-itaconic kiselina hidrogel koji sadrži MWCNTs. MWCNTs su ultrazvučno raspršeni pomoću ultrazvuka UP200S,
studija i slika: Mohammadinezhada et al., 2018
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.
- visoka efikasnost
- Najmodamoksna tehnologija
- pouzdanost & robusnost
- serija & u redu
- za bilo koji volumen
- inteligentni softver
- pametne značajke (npr. protokoliranje podataka)
- CIP (čist na mjestu)
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:
| Batch Volumen | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500 mL | 10 do 200 mL / min | UP100H |
| 10 do 2000 ml | 20 do 400 mL / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 do 20L | 0.2 do 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10 l / min | UIP4000hdT |
| N.a. | 10 do 100 l / min | UIP16000 |
| N.a. | veći | grozd UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Kompaktni SonoStation kombinira uznemireni spremnik od 38 litara s podesivom pumpom progresivne šupljine koja se može hraniti 3 litre u minuti u jedan ili dva ultrazvučna reaktora stanica protoka.
Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje aplikacija, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.
Činjenice koje vrijedi znati
Za što se koristi Hydrogels?
Hidrogelovi se koriste u mnogim industrijama kao što je pharma za isporuku lijekova (npr. vremenski objavljeni, oralni, intravenozni, tematska ili rektualna isporuka lijekova), medicina (npr. kao skele u tkivnom inženjerstvu, implantati za dojke, biomehanički materijal, zavoji za rane), kozmetički proizvodi, proizvodi za njegu (npr. kontaktne leće, pelene, sanitarni ubrusi), poljoprivreda (npr. za formulacije pesticida, granule za držanje vlage u tlu u sušnim područjima), istraživanje materijala kao funkcionalni polimeri (npr. , enkapsulacija kvantnih točaka, termodinamička proizvodnja električne energije), razgraničavanje ugljena, umjetni snijeg, prehrambeni aditivi i drugi proizvodi (npr. ljepilo).
Klasifikacija hidrogelova
Kada se klasifikacija hidrogelova napravi ovisno o njihovoj fizičkoj strukturi, može se klasificirati na sljedeći način:
- amorfni (ne-kristalni)
- polukristalin: Složena mješavina amorfnih i kristalnih faza
- kristalni
Kada se usredotočite na polimerni sastav, hidrogelovi se također mogu svrstati u sljedeće tri kategorije:
- homopolimerni hidrogelovi
- kokolimerni hidrogelovi
- multipolimerički hidrogelovi / IPN hidrogelovi
Na temelju vrste crosslinkinga, hidrogelovi su klasificirani u:
- kemijski povezane mreže: stalna čvorišta
- fizički povezane mreže: prolazna čvorišta
Fizički izgled dovodi do klasifikacije u:
- Matrica
- film
- mikrosfera
Klasifikacija koja se temelji na mrežnom električnom naboju:
- nonionski (neutralno)
- ionski (uključujući anionski ili cationic)
- amfoterični elektrolit (amfolitički)
- zwitterionic (polibetaines)
Književnost / Reference
- 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.
Ultrazvuk visokih performansi! Hielscherov asortiman pokriva cijeli spektar od kompaktnog laboratorijskog ultrasonikatora preko bench-top jedinica do potpuno industrijskih ultrazvučnih sustava.