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

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。

研究が示すこと – 超音波ハイドロゲル調製

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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ナノ複合ヒドロゲルとナノゲルの超音波合成についてもっと読む!

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。

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。

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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。