Հիդրոգելների առավելավետ արտադրություն ուլտրաձայնային մշակմամբ
Ուլտրաձայնային մշակումը բարձր արդյունավետությամբ հիդրոգելների պատրաստման խիստ արդյունավետ, հուսալի և պարզ մեթոդ է։ Այս հիդրոգելներն օժտված են նյութական գերազանց հատկություններով, ինչպիսիք են կլանման ունակությունը, մածուցիկաառաձգականությունը, մեխանիկական ամրությունը, սեղմման մոդուլը և ինքնավերականգնման գործառույթները։
Ուլտրաձայնային պոլիմերացում և դիսպերսում հիդրոգելների արտադրության համար
Հիդրոգելները հիդրոֆիլ, եռաչափ պոլիմերային ցանցեր են, որոնք կարող են կլանել մեծ քանակությամբ ջուր կամ հեղուկներ։ Հիդրոգելներն ունեն ուռչելու արտակարգ ունակություն։ Հիդրոգելների տարածված կառուցվածքային բաղադրիչներից են պոլիվինիլային սպիրտը, պոլիէթիլենգլիկոլը, նատրիումի պոլիակրիլատը, ակրիլատային պոլիմերները, կարբոմերները, մեծ թվով հիդրոֆիլ խմբեր պարունակող պոլիսախարիդները կամ պոլիպեպտիդները և բնական սպիտակուցները, ինչպիսիք են կոլագենը, ժելատինը և ֆիբրինը։
Այսպես կոչված հիբրիդային հիդրոգելները կազմված են քիմիական, գործառութային և ձևաբանական առումով տարբեր նյութերից, ինչպիսիք են սպիտակուցները, պեպտիդները կամ նանո- / միկրոկառուցվածքները։
Ուլտրաձայնային դիսպերսումը լայնորեն կիրառվում է որպես խիստ արդյունավետ և հուսալի մեթոդ՝ հիդրոգելների պոլիմերային մատրիցում նանոնյութերը, ինչպիսիք են ածխածնային նանոխողովակները (CNTs, MWCNTs, SWCNTs), ցելյուլոզի նանոբյուրեղները, խիտինի նանոթելերը, տիտանի երկօքսիդը, արծաթի նանոմասնիկները, սպիտակուցները և այլ միկրոնային կամ նանոկառուցվածքները, համասեռ բաշխելու համար։ Սա ուլտրաձայնային մշակումը դարձնում է արտակարգ հատկություններով, բարձր արդյունավետությամբ հիդրոգելների արտադրության հիմնական գործիքներից մեկը։
UIP1000hdT ուլտրաձայնային սարք հիդրոգելի սինթեզի համար նախատեսված ապակե ռեակտորով
Ինչ են ցույց տալիս հետազոտությունները – հիդրոգելների ուլտրաձայնային պատրաստում
Նախ՝ ուլտրաձայնային մշակումը նպաստում է հիդրոգելի առաջացման ընթացքում պոլիմերացման և խաչաձև կապակցման ռեակցիաներին։
Երկրորդ՝ ապացուցվել է, որ ուլտրաձայնային մշակումը հիդրոգելների և նանոկոմպոզիտային հիդրոգելների արտադրության համար դիսպերսման հուսալի և արդյունավետ մեթոդ է։
Հիդրոգելների ուլտրաձայնային խաչաձև կապակցում և պոլիմերացում
Ուլտրաձայնային մշակումը նպաստում է հիդրոգելի սինթեզի ընթացքում պոլիմերային ցանցերի առաջացմանը՝ ազատ ռադիկալների գեներացման միջոցով։ Ինտենսիվ ուլտրաձայնային ալիքները առաջացնում են ակուստիկ կավիտացիա, որն առաջացնում է սահքի մեծ ուժեր, մոլեկուլային մակարդակում սահքային խզում և ազատ ռադիկալների ձևավորում։
Cass-ը և համահեղինակները (2010) պատրաստել են մի քանի ակրիլային հիդրոգել. «Ակրիլային հիդրոգելները պատրաստվել են ջրալույծ մոնոմերների և մակրոմոնոմերների ուլտրաձայնային պոլիմերացման միջոցով։ Ուլտրաձայնը կիրառվել է մոնոմերների մածուցիկ ջրային լուծույթներում հարուցող ռադիկալներ ստեղծելու համար՝ օգտագործելով գլիցերին, սորբիտոլ կամ գլյուկոզ հավելանյութերը բաց համակարգում՝ 37°C ջերմաստիճանում։ Ջրալույծ հավելանյութերն անհրաժեշտ էին հիդրոգելների արտադրության համար, ընդ որում՝ գլիցերինն ամենաարդյունավետն էր։ Հիդրոգելները պատրաստվել են հետևյալ մոնոմերներից՝ 2-հիդրօքսիէթիլ մետակրիլատ, պոլի(էթիլենգլիկոլ) դիմետակրիլատ, դեքստրանի մետակրիլատ, ակրիլաթթու/էթիլենգլիկոլի դիմետակրիլատ և ակրիլամիդ/բիս-ակրիլամիդ»։ [Cass et al. 2010] Պարզվել է, որ զոնդային ուլտրաձայնային սարքի միջոցով ուլտրաձայնի կիրառումը ջրալույծ վինիլային մոնոմերների պոլիմերացման և հետագա հիդրոգելների պատրաստման արդյունավետ մեթոդ է։ Ուլտրաձայնով հարուցված պոլիմերացումը քիմիական հարուցչի բացակայությամբ ընթանում է արագ։
Հետազոտության ամբողջական ընթացակարգը գտեք այստեղ։
- նանոմասնիկներ, օրինակ՝ TiO2
- ածխածնային նանոխողովակներ (CNTs)
- ցելյուլոզի նանոբյուրեղներ (CNCs)
- ցելյուլոզի նանոֆիբրիլներ
- խեժանյութեր, օրինակ՝ քսանտան, եղեսպակի սերմերի խեժանյութ
- սպիտակուցներ
Կարդացեք ավելին նանոկոմպոզիտային հիդրոգելների և նանոգելների ուլտրաձայնային սինթեզի մասին։
Հիդրոգելի առաջացում ուլտրաձայնով օժանդակվող գելացման միջոցով՝ օգտագործելով UP100H ուլտրաձայնային սարքը (Հետազոտություն և տեսանյութ՝ Rutgeerts և համահեղինակներ, 2019)
MWCNTs պարունակող պոլի(ակրիլամիդ-կո-իտակոնաթթու հիդրոգելի SEM պատկերը։ MWCNTs նանոխողովակները դիսպերսվել են ուլտրաձայնով՝ օգտագործելով հետևյալ ուլտրաձայնային սարքը՝ UP200S.
հետազոտություն և պատկեր՝ Mohammadinezhada et al., 2018
Պոլի(ակրիլամիդ-կո-իտակոնաթթու) – MWCNT հիդրոգելի ստացում ուլտրաձայնային մշակմամբ
Mohammadinezhada և համահեղինակները (2018) հաջողությամբ ստացան գերներծծող հիդրոգելային կոմպոզիտ, որը պարունակում էր պոլի(ակրիլամիդ-կո-իտակոնաթթու) և բազմապատ ածխածնային նանոխողովակներ (MWCNTs)։ Ուլտրաձայնային մշակումն իրականացվել է Hielscher ապրանքանիշի հետևյալ ուլտրաձայնային սարքով՝ UP200S։ Հիդրոգելի կայունությունն աճել է MWCNTs նանոխողովակների հարաբերական պարունակության աճին զուգընթաց, ինչը կարող էր պայմանավորված լինել ինչպես դրանց հիդրոֆոբ բնույթով, այնպես էլ խաչաձև կապակցող նյութի խտության աճով։ P(AAm-co-IA) հիդրոգելի ջրապահունակությունը (WRC) նույնպես մեծացել է MWCNT (10 wt%) պարունակության առկայությամբ։ Այս հետազոտության մեջ ուլտրաձայնային մշակման ազդեցությունները գնահատվել են որպես առավել արդյունավետ՝ պոլիմերի մակերևույթին ածխածնային նանոխողովակների համաչափ բաշխման առումով։ MWCNTs նանոխողովակները մնացել են անվնաս՝ առանց պոլիմերային կառուցվածքի որևէ խախտման։ Բացի այդ, աճել են ստացված նանոկոմպոզիտի ամրությունը, դրա ջրապահունակությունը և այլ լուծելի նյութերի, օրինակ՝ Pb (II), կլանումը։ Ջերմաստիճանի բարձրացման պայմաններում ուլտրաձայնային մշակումը քայքայել է հարուցիչը և պոլիմերային շղթաներում դիսպերսել MWCNTs նանոխողովակները՝ որպես գերազանց լցանյութ։
Հետազոտողները եզրակացնում են, որ «ռեակցիայի այս պայմանները հնարավոր չէ ապահովել սովորական մեթոդներով, և հնարավոր չէ հասնել ընդունող միջավայրում մասնիկների համասեռության ու լավ դիսպերսման։ Բացի այդ, ուլտրաձայնային մշակման գործընթացը նանոմասնիկները բաժանում է առանձին մասնիկների, մինչդեռ խառնելով դա անել հնարավոր չէ։ Չափի նվազեցման մեկ այլ մեխանիզմ է հզոր ակուստիկ ալիքների ազդեցությունը երկրորդային կապերի, օրինակ՝ ջրածնային կապերի վրա. այս ճառագայթումը խզում է մասնիկների ջրածնային կապերը, այնուհետև տարանջատում ագրեգացված մասնիկները և մեծացնում ազատ ադսորբող խմբերի, օրինակ՝ -OH խմբերի թիվն ու հասանելիությունը։ Այսպիսով, այս կարևոր երևույթն ուլտրաձայնային մշակման գործընթացը դարձնում է մյուսներին, օրինակ՝ գրականության մեջ կիրառված մագնիսական խառնմանը, գերազանցող մեթոդ»։ [Mohammadinezhada et al., 2018]
Բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքեր՝ հիդրոգելների սինթեզի համար
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային սարքավորումներ՝ հիդրոգելների սինթեզի համար։ Փոքր և միջին չափի հետազոտական ու մշակման աշխատանքների և փորձնական արտադրության ուլտրաձայնային սարքերից մինչև անընդհատ ռեժիմով հիդրոգելների առևտրային արտադրության արդյունաբերական համակարգեր՝ Hielscher Ultrasonics ընկերությունն ապահովում է ձեր գործընթացի պահանջների բավարարումը։
Արդյունաբերական դասի ուլտրաձայնային սարքերը կարող են ապահովել շատ բարձր ամպլիտուդներ, որոնք հնարավորություն են տալիս հուսալիորեն իրականացնել խաչաձև կապակցման ու պոլիմերացման ռեակցիաները և համաչափ դիսպերսել նանոմասնիկները։ Մինչև 200µm ամպլիտուդներով հեշտությամբ կարելի է անընդհատ աշխատել 24/7/365 ռեժիմով։ Էլ ավելի բարձր ամպլիտուդների համար հասանելի են անհատական պատվերով պատրաստվող ուլտրաձայնային սոնոտրոդներ։
- բարձր արդյունավետություն
- գերժամանակակից տեխնոլոգիա
- հուսալիություն և դիմացկունություն
- խմբաքանակային և հոսքային մշակում
- ցանկացած ծավալի համար
- խելացի ծրագրային ապահովում
- խելացի գործառույթներ (օրինակ՝ տվյալների գրանցում)
- CIP (մաքրում տեղում)
Հենց այսօր դիմեք մեզ՝ լրացուցիչ տեխնիկական տեղեկությունների, գների և պարտավորություններ չառաջացնող գնառաջարկի համար։ Մեր երկարամյա փորձ ունեցող աշխատակիցները սիրով կտրամադրեն խորհրդատվություն։
Ստորև բերված աղյուսակը պատկերացում է տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերի մոտավոր մշակման արտադրողականության մասին.
| Խմբաքանակի ծավալ | Ծավալային հոսքի արագություն | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 1-ից մինչև 500mL | 10-ից մինչև 200mL/min | UP100H |
| 10-ից մինչև 2000mL | 20-ից մինչև 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-ից մինչև 20L | 0,2-ից մինչև 4L/min | UIP2000hdT |
| 10-ից մինչև 100L | 2-ից մինչև 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10-ից մինչև 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | ավելի մեծ | հետևյալ սարքերից կազմված համախումբ՝ UIP16000 |
Կապվե՛ք մեզ հետ։ / Հարցրե՛ք մեզ։
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արդյունավետության ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր, փորձնական և արդյունաբերական մասշտաբներով խառնման, դիսպերսման, էմուլգացման և էքստրակցիայի համար։
Օգտակար փաստեր
Ինչի՞ համար են օգտագործվում հիդրոգելները
Հիդրոգելերն օգտագործվում են բազմաթիվ ոլորտներում, օրինակ՝ դեղագործության մեջ՝ դեղերի առաքման համար (օրինակ՝ ժամանակի ընթացքում ազատմամբ, բերանային, ներերակային, տեղային կամ ուղիղաղիքային առաքում), բժշկության մեջ (օրինակ՝ որպես հենքեր հյուսվածքային ճարտարագիտության մեջ, կրծքագեղձի իմպլանտներ, բիոմեխանիկական նյութ, վերքերի վիրակապեր), կոսմետիկ արտադրանքներում, խնամքի միջոցներում (օրինակ՝ կոնտակտային ոսպնյակներ, տակդիրներ, հիգիենիկ միջադիրներ), գյուղատնտեսության մեջ (օրինակ՝ թունաքիմիկատների պատրաստուկների, չորային շրջաններում հողի խոնավությունը պահպանող հատիկների համար), նյութերի հետազոտության մեջ՝ որպես ֆունկցիոնալ պոլիմերներ (օրինակ՝ ջրագելային պայթուցիկ նյութեր, քվանտային կետերի պատիճավորում, էլեկտրաէներգիայի ջերմադինամիկական արտադրություն), ածխի ջրազրկման, արհեստական ձյան, սննդային հավելումների և այլ արտադրանքների համար (օրինակ՝ սոսինձ)։
Հիդրոգելերի դասակարգումը
Ըստ ֆիզիկական կառուցվածքի՝ հիդրոգելերը կարելի է դասակարգել հետևյալ կերպ.
- ամորֆ (ոչ բյուրեղային)
- կիսաբյուրեղային՝ ամորֆ և բյուրեղային փուլերի բարդ խառնուրդ
- բյուրեղային
Ըստ պոլիմերային բաղադրության՝ հիդրոգելերը կարելի է նաև դասակարգել հետևյալ երեք խմբերի.
- հոմոպոլիմերային հիդրոգելեր
- համապոլիմերային հիդրոգելեր
- բազմապոլիմերային հիդրոգելեր / IPN հիդրոգելեր
Ըստ խաչաձև կապակցման տեսակի՝ հիդրոգելերը դասակարգվում են հետևյալ կերպ.
- քիմիապես խաչաձև կապակցված ցանցեր՝ մշտական միացման հանգույցներով
- ֆիզիկապես խաչաձև կապակցված ցանցեր՝ ժամանակավոր միացման հանգույցներով
Ըստ արտաքին տեսքի՝ դասակարգվում են հետևյալ կերպ.
- մատրից
- թաղանթ
- միկրոգունդ
Դասակարգում՝ ըստ ցանցի էլեկտրական լիցքի.
- ոչ իոնային (չեզոք)
- իոնային (ներառյալ անիոնային կամ կատիոնային)
- ամֆոտեր էլեկտրոլիտ (ամֆոլիտային)
- ցվիտերիոնային (պոլիբետաիններ)
Գրականություն / Հղումներ
- 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.
Բարձր արդյունավետությամբ ուլտրաձայնային տեխնոլոգիա։ Hielscher ընկերության արտադրատեսականին ընդգրկում է ամբողջ տիրույթը՝ կոմպակտ լաբորատոր ուլտրաձայնային սարքերից՝ սեղանադիր սարքերի միջոցով մինչև ամբողջությամբ արդյունաբերական ուլտրաձայնային համակարգեր։