초음파를 통한 유리한 하이드로겔 생산
초음파 처리는 고성능 하이드로겔 제조를 위한 매우 효과적이고 신뢰할 수 있으며 간단한 기술입니다. 이 하이드로겔은 흡수 능력, 점탄성, 기계적 강도, 압축 계수 및 자가 치유 기능과 같은 우수한 재료 특성을 제공합니다.
하이드로겔 생산을 위한 초음파 중합 및 분산
하이드로겔은 많은 양의 물이나 유체를 흡수할 수 있는 친수성 3차원 고분자 네트워크입니다. 하이드로겔은 놀라운 팽창 능력을 나타냅니다. 하이드겔의 일반적인 구성 요소에는 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌 글리콜, 소듐 폴리아크릴레이트, 아크릴레이트 폴리머, 카보머, 친수성이 높은 다당류 또는 폴리펩티드, 콜라겐, 젤라틴 및 피브린과 같은 천연 단백질이 포함됩니다.
소위 하이브리드 하이드로겔은 단백질, 펩타이드 또는 나노/미세 구조와 같은 화학적, 기능적, 형태학적으로 구별되는 다양한 물질로 구성됩니다.
초음파 분산은 탄소 나노 튜브 (CNT, MWCNT, SWCNT), 셀룰로오스 나노 결정, 키틴 나노 섬유, 이산화 티타늄,은 나노 입자, 단백질 및 기타 미크론 또는 나노 구조와 같은 나노 물질을 균질화하기 위해 매우 효율적이고 신뢰할 수있는 기술로 널리 사용됩니다. 따라서 초음파 처리는 탁월한 품질을 가진 고성능 하이드로 겔을 생산하는 주요 도구입니다.
초음파기 UIP1000hdT 하이드로겔 합성을 위한 유리 반응기 포함
연구 결과 – 초음파 하이드로겔 준비
첫째, 초음파는 하이드로겔 형성 중 중합 및 가교 반응을 촉진합니다.
둘째, 초음파는 하이드로 겔 및 나노 복합 하이드로 겔 생산을위한 신뢰할 수 있고 효과적인 분산 기술로 입증되었습니다.
하이드로겔의 초음파 가교 및 중합
초음파는 자유 라디칼 생성을 통해 하이드로겔 합성 중 고분자 네트워크 형성을 돕습니다. 강렬한 초음파는 높은 전단력, 분자 전단 및 자유 라디칼 형성을 유발하는 음향 캐비테이션을 생성합니다.
Cass et al. (2010)은 수용성 단량체 및 매크로 단량체의 초음파 중합을 통해 여러 "아크릴 하이드로 겔을 제조하였다. 초음파는 37°C의 개방형 시스템에서 첨가제 글리세롤, 소르비톨 또는 포도당을 사용하여 점성 수성 단량체 용액에서 시작 라디칼을 생성하는 데 사용되었습니다. 수용성 첨가제는 하이드로겔 생산에 필수적이었으며 글리세롤이 가장 효과적이었습니다. 하이드로겔은 단량체 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 폴리(에틸렌 글리콜) 디메타크릴레이트, 덱스트란 메타크릴레이트, 아크릴산/에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 및 아크릴아미드/비스-아크릴아미드로 제조하였다." [Cass 외. 2010] 프로브 초음파를 사용한 초음파 적용은 수용성 비닐 단량체의 중합 및 하이드로 겔의 후속 제조에 효과적인 방법임이 밝혀졌습니다. 초음파로 시작된 중합은 화학적 개시제가 없을 때 빠르게 발생합니다.
여기에서 연구의 전체 프로토콜을 찾으십시오!
- 나노 입자(예: TiO)2
- 탄소나노튜브(CNTs)
- 셀룰로오스 나노결정(CNC)
- 셀룰로오스 나노피브릴
- 껌(예: Xanthan, Sage Seed Gum)
- 단백질
를 사용한 초음파 보조 겔화를 통한 하이드로겔 형성 초음파기 UP100H (연구 및 영화: Rutgeerts et al., 2019)
MWCNT를 함유한 폴리(아크릴아미드-코-이타콘산 하이드로겔)의 SEM. MWCNT는 초음파를 사용하여 초음파로 분산시켰다 업200S.
연구 및 사진: Mohammadinezhada et al., 2018
Poly(acrylamide-co-itaconic acid) 제조 – 초음파 처리를 사용하는 MWCNT 하이드로겔
Mohammadinezhada et al. (2018)은 폴리(아크릴아미드-코이타콘산) 및 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 포함하는 초흡수성 하이드로겔 복합체를 성공적으로 생산했습니다. 초음파는 Hielscher 초음파 장치로 수행되었습니다 업200S. 하이드로겔의 안정성은 MWCNTs 비율이 증가함에 따라 증가했으며, 이는 MWCNT의 소수성 특성과 가교제 밀도의 증가에 기인할 수 있습니다. P(AAm-co-IA) 하이드로겔의 수분 보유력(WRC)도 MWCNT(10wt%)의 존재 하에서 증가하였다. 이 연구에서, 초음파의 효과는 고분자 표면에 대한 탄소 나노 튜브의 균일 한 분포와 관련하여 우수한 것으로 평가되었습니다. MWCNT는 고분자 구조의 중단 없이 온전했습니다. 또한, 얻어진 나노복합체의 강도와 이의 수분 보유 능력 및 Pb(II)와 같은 다른 용해성 물질의 흡수가 증가하였다. 초음파 처리는 개시제를 파괴하고 MWCNT를 온도 상승 하에서 폴리머 사슬의 우수한 충전제로 분산시켰다.
연구원들은 이러한 "반응 조건은 기존 방법으로는 달성할 수 없으며 입자가 호스트로 균질하고 잘 분산되는 것을 달성할 수 없다"고 결론지었습니다. 또한, 초음파 처리 공정은 나노 입자를 단일 입자로 분리하는 반면 교반은이를 수행 할 수 없습니다. 크기 감소를 위한 또 다른 메커니즘은 수소 결합과 같은 2차 결합에 대한 강력한 음파의 영향으로, 이 방사선 조사는 입자의 H-결합을 끊고 응집된 입자를 해리하고 -OH와 같은 유리 흡착 그룹의 수를 증가시킵니다. 따라서이 중요한 해프닝은 문헌에 적용된 자기 교반과 같은 다른 방법보다 우수한 방법으로 초음파 처리 과정을 만듭니다." [Mohammadinezhada 외, 2018]
하이드로겔 합성을 위한 고성능 초음파발생기
Hielscher 초음파는 하이드로 겔 합성을위한 고성능 초음파 장비를 제조합니다. 중소형 R에서&연속 모드에서 상업용 하이드로 겔 제조를위한 산업 시스템에 대한 D 및 파일럿 초음파, Hielscher 초음파는 귀하의 공정 요구 사항을 다룹니다.
산업용 초음파는 매우 높은 진폭을 제공 할 수 있으므로 신뢰할 수있는 가교 및 중합 반응과 나노 입자의 균일 한 분산이 가능합니다. 최대 200μm의 진폭을 24/7/365 작동에서 쉽게 연속적으로 실행할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해 맞춤형 초음파 소노트로드를 사용할 수 있습니다.
- 고능률
- 최첨단 기술
- 신뢰도 & 견고성
- 일괄 & 인라인
- 모든 볼륨에 대해
- 인텔리전트 소프트웨어
- 스마트 기능(예: 데이터 프로토콜링)
- CIP(clean-in-place, 클린-인-플레이스)
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아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.
| 배치 볼륨(Batch Volume) | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 1 내지 500mL | 10 내지 200mL/분 | 업100H |
| 10 내지 2000mL | 20 내지 400mL/분 | UP200HT, UP400ST |
| 0.1 내지 20L | 0.2 내지 4L/min | UIP2000hdT 님 |
| 10에서 100L | 2 내지 10L/min | UIP4000hdt 님 |
| N.A. 개시 | 10 내지 100L/min | UIP16000 |
| N.A. 개시 | 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
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소형 SonoStation은 38리터 교반 탱크와 분당 최대 3리터를 하나 또는 두 개의 초음파 플로우 셀 반응기에 공급할 수 있는 조정 가능한 프로그레시브 캐비티 펌프를 결합합니다.
Hielscher 초음파는 실험실, 파일럿 및 산업 규모에서 혼합 응용 분야, 분산, 유화 및 추출을위한 고성능 초음파 균질화기를 제조합니다.
알아 둘 만한 가치가 있는 사실
하이드로겔은 무엇에 사용됩니까?
하이드로겔은 약물 전달(예: 서방형, 경구용, 정맥 주사, 국소 또는 직장 약물 전달), 의학(예: 조직 공학의 골격, 유방 보형물, 생체 역학 재료, 상처 드레싱), 화장품, 케어 제품(예: 콘택트렌즈, 기저귀, 생리대), 농업(예: 살충제 제형, 건조한 지역에서 토양 수분을 유지하기 위한 과립), 기능성 폴리머(예: 워터 젤 폭발물, 양자점 캡슐화, 열역학적 발전), 석탄 탈수, 인공 눈, 식품 첨가물 및 기타 제품(예: 접착제)과 같은 재료 연구.
하이드로겔의 분류
하이드로겔의 분류는 물리적 구조에 따라 다음과 같이 분류할 수 있습니다.
- 비정질(비결정질)
- 반결정질: 비정질상과 결정상의 복잡한 혼합물
- 결정
고분자 조성에 초점을 맞출 때 하이드로겔은 다음 세 가지 범주로 분류할 수도 있습니다.
- 호모폴리머 하이드로겔
- 공중합체 하이드로겔
- 멀티폴리머 하이드로겔 / IPN 하이드로겔
가교 유형에 따라 하이드로겔은 다음과 같이 분류됩니다.
- 화학적으로 가교된 네트워크: 영구 접합부
- 물리적으로 가교된 네트워크: 과도 접합
신체적 외모는 다음과 같이 분류됩니다.
- 행렬
- 필름
- 마이크로스피어
네트워크 전기 요금에 따른 분류:
- 비이온성(중성)
- 이온성(음이온성 또는 양이온성 포함)
- 양쪽성 전해질(양쪽분해)
- Zwitterionic (폴리베타인)
문헌 / 참고문헌
- 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.
고성능 초음파! Hielscher의 제품 범위는 벤치 탑 장치의 소형 실험실 초음파기에서 전체 산업용 초음파 시스템에 이르기까지 전체 스펙트럼을 포괄합니다.