초음파를 통한 유리한 하이드로겔 생산
초음파 처리는 고성능 하이드로겔의 준비를 위한 매우 효과적이고 신뢰할 수 있으며 간단한 기술입니다. 이러한 하이드로겔은 흡수 능력, 점성, 기계적 강도, 압축 계수 및 자가 치유 기능과 같은 우수한 재료 특성을 제공합니다.
하이드로겔 생산을 위한 초음파 중합 및 분산
하이드로겔은 다량의 물 또는 유체를 흡수할 수 있는 친수성, 3차원 폴리머 네트워크입니다. 하이드로겔은 특별한 부종 용량을 나타낸다. 하이드드겔의 일반적인 빌딩 블록으로는 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리아크릴레이트 나트륨, 아크릴 폴리머, 카보머, 다당류 또는 다당류 또는 다형성성 그룹이 많은 폴리펩티드, 콜라겐, 젤라틴 및 피브린과 같은 천연 단백질이 포함됩니다.
소위 하이브리드 하이드로겔은 단백질, 펩타이드 또는 나노/미세 구조와 같은 다양한 화학적, 기능적 및 형태학적으로 구별되는 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 수소화 성 매트릭스로 균질화하는 매우 효율적이고 신뢰할 수있는 기술로 널리 사용됩니다. 이것은 초음파 처리가 특별한 자질을 가진 고성능 하이드로겔을 생산하는 주요 도구입니다.
초음파기 UIP1000hdT 하이드로겔 합성용 유리 반응기
연구 결과 – 초음파 하이드로겔 제제
첫째, 초음파는 하이드로겔 형성 중 중합 및 교차 연결 반응을 촉진합니다.
둘째, 초음파는 하이드로겔 및 나노 복합 하이드로겔 의 생산을 위한 신뢰할 수 있고 효과적인 분산 기술로 입증되었습니다.
하이드로겔의 초음파 교차 연결 및 중합
초음파는 자유 라디칼 생성을 통해 하이드로겔 합성 시 폴리머 네트워크의 형성을 지원합니다. 강렬한 초음파는 고전력, 분자 전단 및 자유 라디칼 형성을 일으키는 음향 캐비테이션을 생성합니다.
Cass 외(2010)는 용해성 모노머및 대식체모머의 초음파 중합화를 통해 여러 가지 "아크릴 하이드로겔을 제조하였다. 초음파는 37°C의 개방 시스템에서 첨가제 글리세롤, 소르비톨 또는 포도당을 사용하여 점성 수성 단량제 용액에서 활성산소를 개시하는 데 사용되었습니다. 수용성 첨가제는 하이드로겔 생산에 필수적이었고, 글리세롤이 가장 효과적이었다. 하이드로겔은 모노머 2-하이드록시틸 메타크릴레이트, 폴리(에틸렌 글리콜) 디메타크릴레이트, 디엑스트라안 메타크릴레이트, 아크릴산/에틸렌 글리콜 디메트하클로레이트 및 아크릴아미드/아크릴아미드로부터 제조되었다." 【카스 외 2010】 프로브 초음파를 이용한 초음파 응용 프로그램은 수용성 비닐 단량체의 중합및 하이드로겔의 후속 제조를 위한 효과적인 방법인 것으로 밝혀졌다. 초음파개시 중합은 화학개시자가 없는 상태에서 급속히 발생한다.
- 나노 입자, 예를 들어, TiO2
- 탄소 나노튜브 (CNT)
- 셀룰로오스 나노 결정 (CnC)
- 셀룰로오스 나오비브레이
- 잇몸, 예를 들어 크산단, 세이지 씨 검
- 단백질
폴리의 SEM (아크릴아미드 공동 itaconic 산 하이드로겔 은 MWCNT를 함유. MWCNT는 초음파 를 사용하여 초음파 를 사용하여 초음파 분산되었습니다. UP200S.
연구 및 사진: 모하마디네즈하다 외, 2018
폴리(아크릴아미드-공동-이타코닉산) 제조 – 초음파 처리를 이용한 MWCNT 하이드로겔
Mohammadinezhada 외(2018)는 폴리(아크릴아미드-코이타콘산) 및 다중 벽탄소 나노튜브(MWCNT)를 함유한 초흡수성 하이드로겔 복합체를 성공적으로 생산했습니다. Hielscher 초음파 장치로 초음파 검사를 수행했습니다. UP200S. MWCNT의 소수성 특성과 크로스링커 밀도의 증가에 기인할 수 있는 MWCNT의 비율이 증가함에 따라 하이드로겔의 안정성이 높아졌습니다. MWCNT(10wt%)의 존재 속에서 P(AAm-co-IA) 하이드로겔의 물 보유 능력(WRC)도 증가했습니다. 이 연구에서는, 초음파의 효과는 폴리머 표면에 탄소 나노 튜브의 균일 한 분포에 관해서 우수 평가되었다. MWCNT는 중합체 구조에 중단없이 그대로했다. 또한, 얻어진 나노복합체의 강도와 그 수온 능력 및 Pb(II)와 같은 다른 수용성 물질의 흡수가 증가하였다. 초음파 처리는 개시기를 깨고 온도가 증가하는 폴리머 체인에서 우수한 필러로 MWCNT를 분산시켰습니다.
연구원은 이러한 "반응 조건은 기존의 방법을 통해 달성 될 수 없다는 결론을 내다, 호스트로 입자의 균일성과 좋은 분산을 달성 할 수 없습니다. 또한 초음파 처리는 나노 입자를 단일 입자로 분리하는 반면 교반은 이 작업을 수행할 수 없습니다. 크기 감소를 위한 또 다른 메커니즘은 수소 접합과 같은 이차 결합에 강력한 음향 파의 효과로, 이 조사는 입자의 H 결합을 깨고, 그 후, 응집된 입자를 분리하고-OH 및 접근성과 같은 자유 흡착 군의 수를 증가시킵니다. 따라서, 이러한 중요한 일은 문헌에 적용 된 자기 교반과 같은 다른 사람에 비해 우수한 방법으로 초음파 처리가됩니다." [모하마디네즈다 외, 2018]
하이드로겔 합성을 위한 고성능 초음파 처리기
Hielscher 초음파는 하이드로겔 합성을 위한 고성능 초음파 장비를 제조합니다. 중형 R사이즈&D 및 파일럿 초음파 는 연속 모드에서 상용 하이드로겔 제조산업용 산업용 시스템에 적용되며, Hielscher 초음파는 공정 요구 사항을 다룹니다.
산업용 급 초음파 는 매우 높은 진폭을 제공 할 수 있으며, 이는 신뢰할 수있는 교차 연결 및 중합 반응과 나노 입자의 균일 한 분산을 허용합니다. 최대 200μm의 진폭은 24/7/365 작업에서 쉽게 연속하게 실행할 수 있습니다. 더 높은 진폭을 위해 사용자 정의 초음파 sonotrodes를 사용할 수 있습니다.
- 고효율
- 최첨단 기술
- 신뢰할 수 있음 & 견고성
- 일괄 & 인라인
- 모든 볼륨에 대해
- 지능형 소프트웨어
- 스마트 기능(예: 데이터 프로토콜)
- CIP(클린인 플레이스)
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아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.
| 일괄 볼륨 | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 1 ~ 500mL | 10 ~ 200mL / min | UP100H |
| 10 ~ 2000mL | 20 ~ 400 mL / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 ~ 20L | 0.2 ~ 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 ~ 100L | 2 ~ 10L / min | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 ~ 100L / min | UIP16000 |
| N.A. | 더 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
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Hielscher 초음파는 실험실, 파일럿 및 산업 규모의 응용 프로그램, 분산, 에멀화 및 추출을 위한 고성능 초음파 균질화를 제조합니다.
알만한 가치가있는 사실
하이드로겔은 무엇을 위해 사용됩니까?
하이드로겔은 약물 전달을 위한 제약과 같은 많은 산업에서 사용됩니다(예:. 시간 방출, 경구, 정맥, 국소 또는 직장 약물 전달), 의학 (예 : 조직 공학, 유방 임플란트, 생체 기계 재료, 상처 드레싱의 비계로), 화장품, 케어 제품 (예 : 콘택트 렌즈, 기저귀, 위생 냅킨), 농업 (예 : 농약 제형용, 그란루레) 및 토양 수분 물질 (예 : 살충제 제형, 그란루) , 양자점, 열역학 전기 생성), 석탄 탈수, 인공 눈, 식품 첨가물 및 기타 제품 (예 : 접착제)의 캡슐화.
하이드로겔 분류
하이드로겔의 분류가 물리적 구조에 따라 이루어지면 다음과 같이 분류될 수 있습니다.
- 비정질(비결정성)
- 반결정: 비정질 및 결정상 의 복잡한 혼합물
- 수정 같은
중합체 조성에 초점을 맞출 때, 하이드로겔은 또한 다음 세 가지 범주로 분류될 수 있습니다:
- 동질 폴리머 하이드로겔
- 공중합체 하이드로겔
- 멀티폴리머릭 하이드로겔/IPN 하이드로겔
교차 연결 유형에 따라 하이드로겔은 다음과 같은 것으로 분류됩니다.
- 화학적으로 교차 연결 된 네트워크: 영구 접합
- 물리적으로 교차 연결 된 네트워크: 일시적인 접합
외모는 다음과 같은 분류로 이어집니다.
- 매트릭스
- 필름
- 마이크로스피어
네트워크 전기 요금을 기반으로 분류:
- 니오니어 (중립)
- 이온 (성이온 또는 양이온 포함)
- 앰포질 전해질 (수생성)
- 츠위테리오닉 (폴리베타인)
문학 / 참고 문헌
- 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 유닛을 통해 소형 실험실 초음파 처리기에서 풀 산업 초음파 시스템에 이르기까지 전체 스펙트럼을 다룹니다.