Priekšrocības hidrogelu ražošanā ar ultraskaņu

Apstrāde ar ultraskaņu ir ļoti iedarbīga, uzticama un vienkārša metode augstas veiktspējas hidrogelu izgatavošanai. Šiem hidrogeliem piemīt izcilas materiāla īpašības, piemēram, absorbcijas spēja, viskoelastība, mehāniskā izturība, spiedes modulis un pašatjaunošanās funkcionalitāte.

Polimerizācija un disperģēšana ar ultraskaņu hidrogelu ražošanai

Hidrogeli ir hidrofili trīsdimensionāli polimēru tīkli, kas spēj absorbēt lielu daudzumu ūdens vai šķidrumu. Hidrogeliem piemīt ārkārtīga uzbriešanas spēja. Biežāk izmantotās hidrogelu sastāvdaļas ir polivinilspirts, polietilēnglikols, nātrija poliakrilāts, akrilātu polimēri, karbomēri, polisaharīdi vai polipeptīdi ar lielu skaitu hidrofilu grupu, kā arī dabiskās olbaltumvielas, piemēram, kolagēns, želatīns un fibrīns.
Tā sauktie hibrīdie hidrogeli sastāv no dažādiem ķīmiski, funkcionāli un morfoloģiski atšķirīgiem materiāliem, piemēram, olbaltumvielām, peptīdiem vai nano- / mikrostruktūrām.
Disperģēšanu ar ultraskaņu plaši izmanto kā ļoti efektīvu un uzticamu metodi, lai hidrogelu polimēru matricā homogenizētu tādus nanomateriālus kā oglekļa nanocaurulītes (CNTs, MWCNTs, SWCNTs), celulozes nanokristāli, hitīna nanošķiedras, titāna dioksīds, sudraba nanodaļiņas, olbaltumvielas un citas mikrometru izmēra struktūras vai nanostruktūras. Tādējādi apstrāde ar ultraskaņu ir viens no galvenajiem paņēmieniem augstas veiktspējas hidrogelu ražošanai ar ārkārtējām īpašībām.

Ko liecina pētījumi – hidrogelu izgatavošana ar ultraskaņu

Pirmkārt, apstrāde ar ultraskaņu veicina polimerizācijas un šķērssaistīšanas reakcijas hidrogelu veidošanās laikā.
Otrkārt, ir pierādīts, ka apstrāde ar ultraskaņu ir uzticama un efektīva disperģēšanas metode hidrogelu un nanokompozītu hidrogelu ražošanai.

Hidrogelu šķērssaistīšana un polimerizācija ar ultraskaņu

Apstrāde ar ultraskaņu veicina polimēru tīklu veidošanos hidrogelu sintēzes laikā, ģenerējot brīvos radikāļus. Intensīvi ultraskaņas viļņi rada akustisko kavitāciju, kas izraisa lielus bīdes spēkus, molekulu sašķelšanu bīdes ietekmē un brīvo radikāļu veidošanos.

Cass et al. (2010) sagatavoja vairākus “akrila hidrogelus, kas tika iegūti, ar ultraskaņu polimerizējot ūdenī šķīstošus monomērus un makromonomērus. Ultraskaņu izmantoja, lai viskozos monomēru ūdens šķīdumos radītu iniciējošus radikāļus, izmantojot glicerīna, sorbīta vai glikozes piedevas atvērtā sistēmā 37°C temperatūrā. Ūdenī šķīstošās piedevas bija būtiskas hidrogelu iegūšanai, un visefektīvākais bija glicerīns. Hidrogeli tika iegūti no šādiem monomēriem: 2-hidroksietilmetakrilāta, poli(etilēnglikola) dimetakrilāta, dekstrāna metakrilāta, akrilskābes/etilēnglikola dimetakrilāta un akrilamīda/bisakrilamīda.” [Cass et al. 2010] Tika konstatēts, ka ultraskaņas izmantošana ar zondes tipa ultraskaņas ierīci ir efektīva metode ūdenī šķīstošu vinilmonomēru polimerizācijai un tai sekojošai hidrogelu iegūšanai. Ar ultraskaņu iniciētā polimerizācija norit ātri bez ķīmiska iniciatora klātbūtnes.
Pilnu pētījuma protokolu atradīsiet šeit!
 

Pirogēnā silīcija dioksīda disperģēšana ar ultraskaņu: Hielscher ultraskaņas homogenizators UP400S ātri un efektīvi disperģē silīcija dioksīda pulveri līdz atsevišķām nanodaļiņām.

Lasiet vairāk par nanokompozītu hidrogelu un nanogelu sintēzi ar ultraskaņu!

Apstrāde ar ultraskaņu ir saderīga ar visu veidu polimēriem un biopolimēriem un ļauj pastiprināt hibrīdos hidrogelus ar nanostrukturētiem materiāliem, piemēram, nanodaļiņām, nanokristāliem vai nanošķiedrām. Hidrogelu pastiprināšana ar dažādiem nanomateriāliem ļauj mainīt un kontrolēt nanokompozītu hidrogelu fizikāli ķīmiskās un reomehāniskās īpašības, jo mikrostruktūras ir galvenais faktors, kas nosaka iegūtā materiāla īpašības.

Poli(akrilamīda-ko-itakonskābes) un MWCNT hidrogēla izgatavošana, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu

Mohammadinezhada et al. (2018) veiksmīgi ieguva superabsorbējošu hidrogēla kompozītu, kas satur poli(akrilamīdu-ko-itakonskābi) un daudzsieniņu oglekļa nanocaurulītes (MWCNT). Apstrāde ar ultraskaņu tika veikta ar Hielscher ultraskaņas ierīci UP200S. Hidrogēla stabilitāte palielinājās, pieaugot MWCNT īpatsvaram, ko varētu skaidrot ar MWCNT hidrofobo dabu, kā arī šķērssaistītāja blīvuma palielināšanos. Arī P(AAm-co-IA) hidrogēla ūdens aizturēšanas spēja (WRC) palielinājās MWCNT klātbūtnē (10 wt%). Šajā pētījumā apstrādes ar ultraskaņu iedarbība tika novērtēta kā pārāka attiecībā uz oglekļa nanocaurulīšu vienmērīgu sadalījumu uz polimēra virsmas. MWCNT saglabājās neskartas, bez jebkādiem pārrāvumiem polimēra struktūrā. Turklāt palielinājās iegūtā nanokompozīta stiprība, ūdens aizturēšanas spēja un citu šķīstošu vielu, piemēram, Pb (II), absorbcija. Apstrāde ar ultraskaņu sašķēla iniciatoru un, temperatūrai paaugstinoties, disperģēja MWCNT polimēra ķēdēs kā izcilu pildvielu.
Pētnieki secina, ka šos “reakcijas apstākļus nevar panākt ar tradicionālām metodēm un nevar panākt daļiņu viendabīgumu un labu dispersiju pamatmateriālā. Turklāt apstrāde ar ultraskaņu atdala nanodaļiņas atsevišķās daļiņās, savukārt maisot to nevar panākt. Vēl viens izmēra samazināšanās mehānisms ir spēcīgu akustisko viļņu iedarbība uz sekundārajām saitēm, piemēram, ūdeņraža saitēm: šī apstarošana sarauj daļiņu ūdeņraža saites un pēc tam atdala agregētās daļiņas, palielinot brīvo adsorbējošo grupu, piemēram, -OH, skaitu un to pieejamību. Tādējādi šī nozīmīgā norise padara apstrādi ar ultraskaņu par pārāku metodi salīdzinājumā ar citām literatūrā izmantotajām metodēm, piemēram, magnētisko maisīšanu.” [Mohammadinezhada et al., 2018]

Augstas veiktspējas ultraskaņas aparāti hidrogēlu sintēzei

Hielscher Ultrasonics ražo augstas veiktspējas ultraskaņas iekārtas hidrogēlu sintēzei. No maziem un vidēja izmēra ultraskaņas aparātiem pētniecībai un izstrādei un pilotprocesiem līdz rūpnieciskām sistēmām hidrogēlu komerciālai ražošanai nepārtrauktā režīmā – Hielscher Ultrasonics nodrošina risinājumus jūsu procesa prasībām.
Rūpnieciskie ultraskaņas aparāti spēj nodrošināt ļoti augstas amplitūdas, kas ļauj uzticami veikt šķērssaistīšanas un polimerizācijas reakcijas un vienmērīgi disperģēt nanodaļiņas. Amplitūdas līdz pat 200µm var viegli uzturēt nepārtraukti 24/7/365 darbības režīmā. Vēl augstākām amplitūdām ir pieejamas individuāli pielāgotas ultraskaņas sonotrodes.

Pieprasiet papildu tehnisko informāciju, cenas un piedāvājumu bez saistībām jau šodien. Mūsu darbinieki ar ilggadēju pieredzi labprāt sniegs jums konsultācijas!
Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu:

Hielscher SonoStation atvieglo vidēja tilpuma partiju apstrādi ar ultraskaņu, izmantojot caurplūdes reaktoru. Kompaktā SonoStation apvieno 38 litru tvertni ar maisītāju un regulējamu ekscentra skrūvsūkni, kas var padot līdz 3 litriem minūtē vienā vai divos ultraskaņas caurplūdes reaktoros.