Előnyös hidrogél előállítás ultrahangos kezeléssel
Sonication egy rendkívül hatékony, megbízható és egyszerű technika a nagy teljesítményű hidrogélek előállításához. Ezek a hidrogélek kiváló anyagtulajdonságokkal rendelkeznek, mint például abszorpciós kapacitás, viszkoelaszticitás, mechanikai szilárdság, kompressziós modulus és öngyógyító funkciók.
Ultrahangos polimerizáció és diszperzió hidrogél előállításához
A hidrogélek hidrofil, háromdimenziós polimer hálózatok, amelyek nagy mennyiségű vizet vagy folyadékot képesek elnyelni. A hidrogélek rendkívüli duzzadási kapacitást mutatnak. A hidrgélek közös építőkövei közé tartozik a polivinil-alkohol, polietilénglikol, nátrium-poliakrilát, akrilát polimerek, karbomerek, poliszacharidok vagy polipeptidek, amelyek nagyszámú hidrofil csoportot tartalmaznak, valamint természetes fehérjék, például kollagén, zselatin és fibrin.
Az úgynevezett hibrid hidrogélek különböző kémiailag, funkcionálisan és morfológiailag különálló anyagokból állnak, például fehérjékből, peptidekből vagy nano- / mikrostruktúrákból.
Az ultrahangos diszperziót széles körben használják, mint rendkívül hatékony és megbízható technikát a nanoanyagok, például szén nanocsövek (CNT-k, MWCNT-k, SWCNT-k), cellulóz nanokristályok, kitin nanoszálak, titán-dioxid, ezüst nanorészecskék, fehérjék és más mikron- vagy nanostruktúrák homogenizálására a hidrogélek polimer mátrixába. Ez teszi az ultrahangos kezelést a rendkívüli tulajdonságokkal rendelkező, nagy teljesítményű hidrogélek előállításának fő eszközévé.
ultrahangos készülék UIP1000hdt üvegreaktorral hidrogélszintézishez
Mit mutatnak a kutatások – Ultrahangos hidrogél készítmény
Először is, az ultrahangos kezelés elősegíti a polimerizációt és a térhálósító reakciókat a hidrogélképződés során.
Másodszor, az ultrahangos kezelés megbízható és hatékony diszperziós technikának bizonyult hidrogélek és nanokompozit hidrogélek előállításához.
A hidrogélek ultrahangos térhálósítása és polimerizációja
Az ultrahangos kezelés segíti a polimer hálózatok kialakulását a hidrogél szintézis során szabad gyökök generálásával. Az intenzív ultrahanghullámok akusztikus kavitációt generálnak, amelyek nagy nyíróerőket, molekuláris nyírást és szabad gyökök képződését okozzák.
Cass et al. (2010) számos "akril hidrogélt állított elő vízoldható monomerek és makromonomerek ultrahangos polimerizációjával. Az ultrahangot viszkózus vizes monomer szoluionokban iniciáló gyökök létrehozására használták glicerin, szorbit vagy glükóz adalékanyagok felhasználásával nyitott rendszerben 37 ° C-on. A vízben oldódó adalékanyagok nélkülözhetetlenek voltak a hidrogél előállításához, a glicerin volt a leghatékonyabb. A hidrogéleket 2-hidroxietil-metakrilát, poli(etilénglikol)-dimetakrilát, dextrán-metakrilát, akrilsav/etilénglikol-dimetakrilát és akrilamid/bisz-akrilamid monomerekből állítottuk elő." [Cass et al. 2010] A szonda ultrahangosítóval történő ultrahangos alkalmazás hatékony módszernek bizonyult a vízoldható vinil monomerek polimerizációjára és az azt követő hidrogélek előállítására. Az ultrahanggal kezdeményezett polimerizáció kémiai iniciátor hiányában gyorsan történik.
- nanorészecskék, pl. TiO2
- szén nanocsövek (CNT-k)
- cellulóz nanokristályok (CNC-k)
- cellulóz nanofibrillumok
- gumik, pl. xantán, zsálya maggumi
- Fehérjék
További információ a nanokompozit hidrogélek és nanogélek ultrahangos szintéziséről!
Hidrogél képződés ultrahanggal segített gélezéssel a ultrahangos UP100H (Tanulmány és film: Rutgeerts et al., 2019)
MWCNT-ket tartalmazó poli(akrilamid-ko-itakonsav-hidrogél SEM. Az MWCNT-ket ultrahangosítóval ultrahanggal diszpergálták UP200S.
tanulmány és kép: Mohammadinezhada et al., 2018
Poli(akrilamid-koitakonsav) gyártása – MWCNT hidrogél szonikálással
Mohammadinezhada et al. (2018) sikeresen előállított egy szuperabszorbens hidrogél kompozitot, amely poli(akrilamid-ko-itakonsavat) és többfalú szén nanocsöveket (MWCNT) tartalmaz. Az ultrahangos kezelést a Hielscher ultrahangos készülékkel végeztük UP200S. A hidrogél stabilitása az MWCNT-k arányának növekedésével nőtt, ami az MWCNT-k hidrofób jellegének, valamint a térhálósító sűrűségének növekedésével magyarázható. A P(AAm-co-IA) hidrogél vízmegtartó képessége (WRC) szintén nőtt MWCNT jelenlétében (10 tömeg%). Ebben a vizsgálatban az ultrahangos kezelés hatásai jobbak voltak a szén nanocsövek egyenletes eloszlása tekintetében a polimer felületen. Az MWCNT-k a polimer szerkezet megszakítása nélkül érintetlenek voltak. Ezenkívül növeltük a kapott nanokompozit szilárdságát és vízmegtartó képességét, valamint más oldható anyagok, például a Pb (II) abszorpcióját. A szonikálás megtörte az iniciátort, és eloszlatta az MWCNT-ket, mint kiváló töltőanyagot a polimer láncokban növekvő hőmérséklet alatt.
A kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy ezek a "reakciófeltételek nem érhetők el hagyományos módszerekkel, és a részecskék homogenitása és jó diszperziója a gazdaszervezetben nem érhető el. Ezenkívül az ultrahangos eljárás a nanorészecskéket egyetlen részecskére választja, keverés közben ezt nem tudja megtenni. A méretcsökkentés másik mechanizmusa az erős akusztikus hullámok hatása a másodlagos kötésekre, mint például a hidrogénkötés, amely ez a besugárzás megszakítja a részecskék H-kötését, majd ezt követően disszociálja az aggregált részecskéket, és növeli a szabad adszorpciós csoportok, például az -OH és a hozzáférhetőség számát. Így ez a fontos esemény teszi az ultrahangos folyamatot, mint egy jobb módszert a többivel szemben, mint például az irodalomban alkalmazott mágneses keverés. [Mohammadinezhada et al., 2018]
Nagy teljesítményű ultrahangos készülékek hidrogél szintézishez
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos berendezéseket gyárt hidrogélek szintéziséhez. Kis és közepes méretű R-ből&D és pilóta ultrahangos készülékek ipari rendszerek kereskedelmi hidrogél gyártás folyamatos üzemmódban, Hielscher Ultrasonics lefedi a folyamat követelményeit.
Az ipari minőségű ultrahangos készülékek nagyon nagy amplitúdókat tudnak szállítani, amelyek lehetővé teszik a megbízható térhálósító és polimerizációs reakciókat és a nanorészecskék egyenletes diszperzióját. Akár 200 μm-es amplitúdók is könnyedén működtethetők folyamatosan 24/7/365 üzemben. Még nagyobb amplitúdók esetén testreszabott ultrahangos sonotrodes áll rendelkezésre.
- nagy hatékonyság
- A legkorszerűbb technológia
- megbízhatóság & Erőteljesség
- halom & Inline
- bármely kötethez
- intelligens szoftver
- intelligens funkciók (pl. adatprotokoll)
- CIP (helyben tisztítható)
Kérjen tőlünk még ma további műszaki információkat, árakat és kötelezettség nélküli árajánlatot. Hosszú ideje tapasztalt munkatársaink örömmel konzultálnak Önnel!
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
Kapcsolat! / Kérdezzen tőlünk!
A kompakt SonoStation egy 38 literes kevert tartályt kombinál egy állítható progresszív üreges szivattyúval, amely percenként 3 litert képes betáplálni egy vagy két ultrahangos áramlási cellás reaktorba.
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt keverési alkalmazásokhoz, diszperzióhoz, emulgeáláshoz és extrakcióhoz laboratóriumi, kísérleti és ipari méretekben.
Tények, amelyeket érdemes tudni
Mire használják a hidrogéleket?
A hidrogéleket számos iparágban használják, például a gyógyszeriparban gyógyszeradagolásra (pl. időben felszabaduló, orális, intravénás, helyi vagy végbélgyógyászati gyógyszeradagolás), gyógyszeriparban (pl. "szöveti sebészeti állványként", mellimplantátumok, biomechanikai anyagok, sebkötözők), kozmetikai termékekben, ápolási termékekben (pl. kontaktlencsék, pelenkák, egészségügyi betétek), mezőgazdaságban (pl. peszticidkészítményekhez, granulátumokhoz a talaj nedvességének száraz területeken történő megtartására), anyagkutatás funkcionális polimerként (pl. vízgél robbanóanyagok, kvantumpontok kapszulázása, termodinamikai villamosenergia-termelés), szénvíztelenítés, műhó, élelmiszer-adalékanyagok és egyéb termékek (pl. ragasztó).
A hidrogélek osztályozása
Amikor a hidrogélek osztályozása fizikai szerkezetüktől függően történik, az alábbiak szerint osztályozható:
- amorf (nem kristályos)
- félkristályos: Amorf és kristályos fázisok összetett keveréke
- kristályos
A polimer összetételre összpontosítva a hidrogélek a következő három kategóriába sorolhatók:
- homopolimer hidrogélek
- kopolimer hidrogélek
- multipolimer hidrogélek / IPN hidrogélek
A térhálósítás típusa alapján a hidrogéleket a következőképpen osztályozzák:
- kémiailag térhálósított hálózatok: állandó csatlakozások
- fizikailag térhálósított hálózatok: átmeneti csomópontok
A fizikai megjelenés a következő besoroláshoz vezet:
- mátrix
- film
- mikroszféra
Hálózati elektromos töltésen alapuló osztályozás:
- nem ionos (semleges)
- ionos (beleértve az anionos vagy kationos anyagokat is)
- amfoter elektrolit (amfolitikus)
- Zwitterion (polibetainok)
Irodalom / Hivatkozások
- 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.
Nagy teljesítményű ultrahangos! A Hielscher termékválasztéka lefedi a teljes spektrumot a kompakt laboratóriumi ultrahangos készüléktől a pad-top egységeken át a teljes ipari ultrahangos rendszerekig.