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超音波処理による有利なヒドロゲル生産

超音波処理は、高性能ヒドロゲルの調製のための非常に効果的で信頼性が高く、そして簡単な技術です。これらのハイドロゲルは、吸収能力、粘弾性、機械的強度、圧縮弾性率、自己修復機能などの優れた材料特性を提供します。

ヒドロゲル製造のための超音波重合と分散

超音波処理は、ヒドロゲル製造中に架橋および重合を開始するために使用されます。超音波分散液は、ハイドロゲル中にナノ粒子を分布させるために使用されます。ハイドロゲルは、親水性の三次元ポリマーネットワークであり、大量の水や液体を吸収することができます。ハイドロゲルは、並外れた膨潤能力を示します。ヒドロゲルの一般的な構成要素には、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリレートポリマー、カルボマー、多糖類、または親水性基の数が多いポリペプチド、コラーゲン、ゼラチン、フィブリンなどの天然タンパク質が含まれます。
いわゆるハイブリッドハイドロゲルは、タンパク質、ペプチド、ナノ/ミクロ構造など、化学的、機能的、形態学的に異なる様々な材料で構成されています。
超音波分散液は、カーボンナノチューブ(CNT、MWCNT、SWCNT)、セルロースナノ結晶、キチンナノファイバー、二酸化チタン、銀ナノ粒子、タンパク質、その他のミクロンまたはナノ構造などのナノ材料をハイドロゲルの高分子マトリックスに均質化するための非常に効率的で信頼性の高い技術として広く使用されています。これにより、超音波処理は、並外れた品質を持つ高性能ハイドロゲルを製造するための主要なツールになります。

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超音波キャビテーションは、ヒドロゲル合成中の架橋および重合を促進する。超音波分散液は、ハイブリッドヒドロゲル製造のためのナノ材料の均一な分布を促進する。

超音波装置 UIP1000hdT ガラス製リアクター付き、ハイドロゲル合成用

研究が示すこと – 超音波ハイドロゲル調製

超音波合成ヒドロゲルカプセル第一に、超音波処理は、ヒドロゲル形成中の重合および架橋反応を促進する。
第二に、超音波処理は、ヒドロゲルおよびナノ複合ヒドロゲルの製造のための信頼性および効果的な分散技術として証明されている。

ヒドロゲルの超音波架橋と重合

超音波処理は、フリーラジカル生成を介してヒドロゲル合成中の高分子ネットワークの形成を支援します。強い超音波は音響キャビテーションを生成し、高せん断力、分子せん断、フリーラジカル形成を引き起こします。

Cass et al. (2010) は、いくつかの “アクリルヒドロゲルは、水溶性モノマーおよびマクロモノマーの超音波重合によって調製した。超音波を使用して、37°Cの開放系で添加剤のグリセロール、ソルビトール、またはグルコースを使用して、粘性水性モノマー溶液中に開始ラジカルを作製しました。 水溶性添加剤はハイドロゲルの製造に不可欠であり、グリセロールが最も効果的でした。ヒドロゲルは、モノマーの2-ヒドロキシエチルメタクリレート、ポリ(エチレングリコール)ジメタクリレート、メタクリレートデキストラン、アクリル酸/エチレングリコールジメタクリレート、アクリルアミド/ビスアクリルアミドから調製しました。” [Cass et al. 2010]プローブ超音波装置を使用した超音波アプリケーションは、水溶性ビニルモノマーの重合およびその後のヒドロゲルの調製のための効果的な方法であることがわかった。超音波で開始された重合は、化学的開始剤の不在下で急速に起こる。
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ヒュームドシリカの超音波分散:ヒールシャー超音波ホモジナイザーUP400Sは、シリカ粉末を単一のナノ粒子に迅速かつ効率的に分散させます。

UP400Sを使用したヒュームドシリカの水中分散

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の超音波分散

  • ナノ粒子、例えばTiO2
  • カーボンナノチューブ(CNT)
  • セルロースナノクリスタル(CNC)
  • セルロースナノフィブリル
  • ガム、例えばキサンタン、セージシードガム
  • タンパク質

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ナノシリカの超音波分散:ヒールシャー超音波ホモジナイザーUP400Stは、シリカナノ粒子を迅速かつ効率的に均一なナノ分散液に分散させます。

超音波装置UP400Stを使用したナノシリカの超音波分散

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超音波装置を使用した超音波支援ゲル化によるヒドロゲル形成 UP100H

超音波支援ゲル化によるヒドロゲル形成 超音波装置 UP100H
(研究と映画:Rutgeerts et al., 2019)

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超音波処理は、あらゆる種類のポリマーおよび生体高分子と互換性があり、ナノ粒子、ナノ結晶またはナノファイバーのようなナノ構造材料でハイブリッドヒドロゲルを強化することを可能にする。種々のナノ材料で強化ヒドロゲルは、微細構造が得られた材料特性の重要な因子であるため、ナノ複合ヒドロゲルの物理化学的およびレオ機械的特性を変更および制御することを可能にする。

超音波処理は、ナノ材料を含有する高性能ヒドロゲルを製造するために適用される

MWCNTsを含有するポリアクリルアミド-co-イタコン酸ハイドロゲルのSEM。MWCNTは、超音波装置を使用して超音波で分散させた UP200Sの.研究と写真:Mohammadinezhada et al., 2018

ポリ(アクリルアミド-コ-イタコン酸)の作製 – 超音波処理を使用したMWCNTヒドロゲル

Mohammadinezhadaら(2018)は、ポリ(アクリルアミド-コ-イタコン酸)と多層カーボンナノチューブ(MWCNT)を含む高吸水性ヒドロゲル複合材料の製造に成功しました。超音波処理はヒールシャー超音波装置を用いて行った UP200Sの.ハイドロゲルの安定性は、MWCNT比の増加とともに増加しましたが、これはMWCNTの疎水性の性質と架橋剤密度の増加に起因する可能性があります。P(AAm-co-IA)ハイドロゲルの保水能力(WRC)もMWCNTの存在下(10 wt%)で増加しました。この研究では、超音波処理の効果は、ポリマー表面上のカーボンナノチューブの均一な分布に関して優れていると評価されました。MWCNTは、ポリマー構造に中断することなく無傷でした。さらに、得られたナノ複合材料の強度とその保水能力、およびPb(II)などの他の可溶性材料の吸収が増加しました。超音波処理は開始剤を切断し、温度上昇下でポリマー鎖中の優れた充填剤としてMWCNTを分散させた。
研究者たちは、これらを結論付けています “従来の方法では反応条件を達成できず、粒子の均一性とホストへの良好な分散は達成できません。さらに、超音波処理は、攪拌しながらナノ粒子を単一の粒子に分離するが、これを行うことはできない。また、水素結合などの二次結合に強力な音波が作用することで、粒子のH結合が切断され、凝集した粒子が解離して-OHなどの自由吸着基やアクセス性が増加するというメカニズムもあります。したがって、この重要な出来事は、文献に適用される磁気攪拌のような他の方法よりも優れた方法として超音波処理プロセスを作ります。” [Mohammadinezhadaら、2018]

ハイドロゲル合成のための高性能超音波装置

ヒールシャー超音波は、ヒドロゲルの合成のための高性能超音波装置を製造しています。中小Rより&Dおよびパイロット超音波装置は、連続モードでの商用ヒドロゲル製造のための産業用システムへ、ヒールシャー超音波は、あなたのプロセス要件をカバーしています。
工業用グレードの超音波処理器は、信頼性の高い架橋および重合反応およびナノ粒子の均一な分散を可能にする非常に高い振幅を提供することができる。最大200μmの振幅を24/7/365操作で簡単に連続運転できます。さらに高い振幅のために、カスタマイズされた超音波ソノトロードが利用可能です。

なぜヒールシャー超音波?

  • 高効率
  • 最先端のテクノロジー
  • 確実 & 丈夫
  • バッチ & インライン
  • 任意のボリュームに対応
  • インテリジェントソフトウェア
  • スマート機能(データプロトコルなど)
  • CIP (定置洗浄)

追加の技術情報、価格、および非確定的な見積もりについては、今すぐお問い合わせください。長年の経験豊富なスタッフが喜んでご相談に応じます!
以下の表は、当社の超音波装置のおおよその処理能力を示しています。

バッチボリューム 流量 推奨デバイス
1〜500mL 10〜200mL/分 UP100Hの
10〜2000mL 20〜400mL/分 UP200HTの, UP400セント
0.1〜20L 0.2 から 4L/min UIP2000hdT
10〜100L 2〜10L/分 UIP4000hdTの
N.A. 10〜100L/min UIP16000
N.A. 大きい クラスタ UIP16000

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ヒールシャーSonoStationは、フローセル反応器を使用して中型バッチの超音波処理を容易にします。
コンパクトなSonoStationは、38リットルの攪拌タンクと調整可能なプログレッシブキャビティポンプを組み合わせており、1分あたり最大3リットルを1つまたは2つの超音波フローセルリアクターに供給できます。

超音波ミキシングステーション - SonoStation with 2 x 2000 Watts Homogenizers

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超音波高せん断ホモジナイザーは、実験室、ベンチトップ、パイロット、工業加工で使用されています。

ヒールシャー超音波は、実験室、パイロットおよび工業規模での混合アプリケーション、分散、乳化および抽出のための高性能超音波ホモジナイザーを製造しています。



知っておく価値のある事実

ハイドロゲルは何に使用されますか?

ハイドロゲルは、製薬会社などの多くの業界で、薬物送達(例:徐放性、経口、静脈内、局所または直腸の薬物送達)、医薬品(例:組織工学の足場、乳房インプラント、生体力学材料、創傷被覆材)、化粧品、ケア製品(例:コンタクトレンズ、おむつ、生理用ナプキン)、農業(例:農薬製剤、乾燥地域の土壌水分を保持するための顆粒剤)、 機能性高分子(水ゲル爆薬、量子ドット封入、熱力学的発電など)、石炭脱水、人工雪、食品添加物、その他製品(糊など)としての材料研究

ハイドロゲルの分類

ヒドロゲルの分類がそれらの物理的構造に応じて行われるとき、次のように分類することができます。

  • アモルファス(非結晶性)
  • 半結晶性:アモルファス相と結晶相の複雑な混合物
  • 結晶

高分子組成に着目すると、ハイドロゲルは次の3つのカテゴリーにも分類できます。

  • ホモポリマーハイドロゲル
  • 共重合ヒドロゲル
  • マルチポリマーハイドロゲル? IPNハイドロゲル

架橋の種類に基づいて、ハイドロゲルは次のように分類されます。

  • 化学的架橋ネットワーク:永久ジャンクション
  • 物理的にクロスリンクされたネットワーク: トランジェント ジャンクション

外見は、次のように分類されます。

  • 行列
  • 映画
  • マイクロスフェア

ネットワーク電荷に基づく分類:

  • 非イオン性(中性)
  • イオン性(アニオン性またはカチオン性を含む)
  • 両性電解質(両性電解質)
  • 双性イオン性(ポリベタイン)

文献/参考文献


ヒールシャー超音波は、実験室から工業用サイズまで高性能超音波ホモジナイザーを供給しています。

高性能超音波!ヒールシャーの製品範囲は、コンパクトなラボ用超音波装置からベンチトップユニットまでの全スペクトルをカバーしています 卓上型超音波システム フルインダストリアル超音波システムまで。

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