Előnyös hidrogél-előállítás ultrahangos kezeléssel

Az ultrahangos kezelés rendkívül hatékony, megbízható és egyszerű technika a nagy teljesítményű hidrogélek előállítására. Ezek a hidrogélek kiváló anyagtulajdonságokkal rendelkeznek, például nagy abszorpciós kapacitással, viszkoelaszticitással, mechanikai szilárdsággal, összenyomási modulussal és öngyógyító funkciókkal.

Ultrahangos polimerizáció és diszpergálás a hidrogélek előállításához

A hidrogélek hidrofil, háromdimenziós polimerhálózatok, amelyek nagy mennyiségű vizet vagy folyadékot képesek felvenni. A hidrogélek rendkívüli duzzadóképességgel rendelkeznek. A hidrogélek gyakori építőelemei közé tartozik a poli(vinil-alkohol), a polietilén-glikol, a nátrium-poliakrilát, az akrilátpolimerek, a karbomerek, a nagyszámú hidrofil csoportot tartalmazó poliszacharidok vagy polipeptidek, valamint a természetes fehérjék, például a kollagén, a zselatin és a fibrin.
Az úgynevezett hibrid hidrogélek különböző, kémiailag, funkcionálisan és morfológiailag eltérő anyagokból, például fehérjékből, peptidekből vagy nano- / mikrostruktúrákból állnak.
Az ultrahangos diszpergálást széles körben alkalmazzák rendkívül hatékony és megbízható technikaként nanoanyagok, például szén nanocsövek (CNTs, MWCNTs, SWCNTs), cellulóz-nanokristályok, kitin-nanoszálak, titán-dioxid, ezüst-nanorészecskék, fehérjék és más mikro- vagy nanostruktúrák hidrogélek polimermátrixába történő homogén bekeverésére. Ez az ultrahangos kezelést a rendkívüli tulajdonságokkal rendelkező, nagy teljesítményű hidrogélek előállításának egyik fő eszközévé teszi.

Mit mutatnak a kutatások – Hidrogélek ultrahangos előállítása

Először is, az ultrahangos kezelés elősegíti a polimerizációs és térhálósítási reakciókat a hidrogélek képződése során.
Másodszor, az ultrahangos kezelés bizonyítottan megbízható és hatékony diszpergálási technika a hidrogélek és nanokompozit hidrogélek előállításához.

Hidrogélek ultrahangos térhálósítása és polimerizációja

Az ultrahangos kezelés szabad gyökök képződése révén segíti a polimerhálózatok kialakulását a hidrogélek szintézise során. Az intenzív ultrahanghullámok akusztikus kavitációt idéznek elő, amely nagy nyíróerőket, molekuláris nyírást és szabadgyök-képződést okoz.

Cass és munkatársai (2010) többféle akrilhidrogélt készítettek: „Az akrilhidrogéleket vízoldható monomerek és makromonomerek ultrahangos polimerizációjával állították elő. Ultrahangot alkalmaztak iniciáló gyökök létrehozására viszkózus, vizes monomeroldatokban, glicerin, szorbit vagy glükóz adalékok felhasználásával, nyitott rendszerben, 37°C hőmérsékleten. A vízoldható adalékok nélkülözhetetlenek voltak a hidrogélek előállításához, és közülük a glicerin volt a leghatékonyabb. A hidrogéleket a következő monomerekből állították elő: 2-hidroxietil-metakrilát, poli(etilén-glikol)-dimetakrilát, dextrán-metakrilát, akrilsav/etilén-glikol-dimetakrilát és akrilamid/bisz-akrilamid.” [Cass et al. 2010] A szondás ultrahangos készülékkel végzett ultrahangos kezelés hatékony módszernek bizonyult a vízoldható vinilmonomerek polimerizációjára és a hidrogélek ezt követő előállítására. Az ultrahanggal iniciált polimerizáció kémiai iniciátor nélkül is gyorsan végbemegy.
A vizsgálat teljes protokollját itt találja!
 

Pirogén szilícium-dioxid ultrahangos diszpergálása: a Hielscher UP400S ultrahangos homogenizátor gyorsan és hatékonyan diszpergálja a szilícium-dioxid-port egyedi nanorészecskékre.

Tudjon meg többet a nanokompozit hidrogélek és nanogélek ultrahangos szintéziséről!

Az ultrahangos kezelés mindenféle polimerrel és biopolimerrel kompatibilis, és lehetővé teszi a hibrid hidrogélek megerősítését nanostrukturált anyagokkal, például nanorészecskékkel, nanokristályokkal vagy nanoszálakkal. A hidrogélek különböző nanoanyagokkal történő megerősítése lehetővé teszi a nanokompozit hidrogélek fizikai-kémiai és reomechanikai tulajdonságainak módosítását és szabályozását, mivel a mikrostruktúrák meghatározó tényezők az elért anyagtulajdonságok szempontjából.

Poli(akrilamid-ko-itakonsav) – MWCNT hidrogél előállítása ultrahangos kezeléssel

Mohammadinezhada és munkatársai (2018) sikeresen állítottak elő poli(akrilamid-ko-itakonsav)-at és többfalú szén nanocsöveket (MWCNTs) tartalmazó szuperabszorbens hidrogélkompozitot. Az ultrahangos kezelést a Hielscher következő ultrahangos készülékével végezték: UP200S. A hidrogél stabilitása az MWCNT-k arányának növekedésével nőtt, ami az MWCNT-k hidrofób jellegének, valamint a térhálósító sűrűségének növekedésének tulajdonítható lehet. A P(AAm-co-IA) hidrogél vízmegtartó képessége (WRC) szintén nőtt az MWCNT (10 wt%) jelenlétében. Ebben a vizsgálatban az ultrahangos kezelés hatásait jobbnak értékelték a szén nanocsövek polimerfelületen történő egyenletes eloszlása szempontjából. Az MWCNT-k épek maradtak, a polimerszerkezet megszakadása nélkül. Emellett nőtt a kapott nanokompozit szilárdsága és vízmegtartó képessége, valamint más oldható anyagok, például a Pb (II) abszorpciója. Az ultrahangos kezelés felhasította az iniciátort, és növekvő hőmérséklet mellett kiváló töltőanyagként diszpergálta az MWCNT-ket a polimerláncokban.
A kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy ezek a „reakciókörülmények hagyományos módszerekkel nem érhetők el, és a részecskék homogenitása és jó diszpergáltsága a befogadó anyagban sem érhető el. Ezenkívül az ultrahangos kezelés a nanorészecskéket egyedi részecskékre választja szét, míg a keverés erre nem képes. A méretcsökkentés másik mechanizmusa az erős akusztikus hullámok hatása a másodlagos kötésekre, például a hidrogénkötésekre: ez a besugárzás felbontja a részecskék hidrogénkötéseit, majd szétválasztja az aggregálódott részecskéket, és növeli a szabad adszorpciós csoportok, például az -OH csoportok számát és hozzáférhetőségét. Ez a fontos jelenség tehát az ultrahangos kezelést a szakirodalomban alkalmazott más módszereknél, például a mágneses keverésnél jobb módszerré teszi.” [Mohammadinezhada et al., 2018]

Nagy teljesítményű ultrahangos készülékek a hidrogélek szintéziséhez

A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos berendezéseket gyárt a hidrogélek szintéziséhez. A kis és közepes méretű kutatási-fejlesztési és kísérleti üzemi ultrahangos készülékektől a hidrogélek folyamatos üzemű, kereskedelmi célú gyártására szolgáló ipari rendszerekig a Hielscher Ultrasonics kielégíti az Ön folyamatának követelményeit.
Az ipari kivitelű ultrahangos készülékek nagyon nagy amplitúdókra képesek, amelyek megbízható térhálósítási és polimerizációs reakciókat, valamint a nanorészecskék egyenletes diszpergálását teszik lehetővé. Az akár 200µm amplitúdó könnyedén, folyamatosan fenntartható 24/7/365 üzemelés mellett. Még nagyobb amplitúdókhoz egyedi kialakítású ultrahangos szonotródák állnak rendelkezésre.

Kérjen tőlünk még ma további műszaki információkat, árakat és kötelezettségmentes árajánlatot. Sokéves tapasztalattal rendelkező munkatársaink szívesen nyújtanak Önnek tanácsadást!
Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról:

A Hielscher SonoStation megkönnyíti a közepes méretű tételek ultrahangos kezelését átfolyócellás reaktorral. A kompakt SonoStation egy 38 literes kevert tartályt és egy szabályozható excentercsigás szivattyút egyesít, amely percenként akár 3 liter folyadékot is képes egy vagy két ultrahangos átfolyócellás reaktorba adagolni.