Hielscher Ultrasonics
Z przyjemnością omówimy Twój proces.
Zadzwoń do nas: +49 3328 437-420
Napisz do nas: info@hielscher.com

Korzystna produkcja hydrożelu za pomocą ultradźwięków

Sonikacja jest wysoce skuteczną, niezawodną i prostą techniką przygotowania wysokowydajnych hydrożeli. Hydrożele te oferują doskonałe właściwości materiałowe, takie jak zdolność absorpcji, lepkosprężystość, wytrzymałość mechaniczna, moduł kompresji i funkcje samoleczenia.

Polimeryzacja ultradźwiękowa i dyspersja do produkcji hydrożeli

Ultradźwięki są stosowane do inicjowania sieciowania i polimeryzacji podczas produkcji hydrożeli. Dyspersja ultradźwiękowa służy do rozprowadzania nanocząstek w hydrożelach.Hydrożele to hydrofilowe, trójwymiarowe sieci polimerowe, które są w stanie wchłonąć duże ilości wody lub płynów. Hydrożele wykazują niezwykłą zdolność pęcznienia. Typowe elementy składowe hydrożeli obejmują alkohol poliwinylowy, glikol polietylenowy, poliakrylan sodu, polimery akrylanowe, karbomery, polisacharydy lub polipeptydy z dużą liczbą grup hydrofilowych oraz naturalne białka, takie jak kolagen, żelatyna i fibryna.
Tak zwane hydrożele hybrydowe składają się z różnych chemicznie, funkcjonalnie i morfologicznie różnych materiałów, takich jak białka, peptydy lub nano- / mikrostruktury.
Dyspersja ultradźwiękowa jest szeroko stosowana jako wysoce wydajna i niezawodna technika homogenizacji nanomateriałów, takich jak nanorurki węglowe (CNT, MWCNT, SWCNT), nanokryształy celulozy, nanowłókna chitynowe, dwutlenek tytanu, nanocząstki srebra, białka i inne mikronowe lub nanostruktury w polimerowej matrycy hydrożeli. To sprawia, że sonikacja jest głównym narzędziem do produkcji wysokowydajnych hydrożeli o niezwykłych właściwościach.

Zapytanie o informacje







Kawitacja ultradźwiękowa sprzyja sieciowaniu i polimeryzacji podczas syntezy hydrożelu. Dyspersja ultradźwiękowa ułatwia równomierne rozprowadzanie nanomateriałów do produkcji hybrydowych hydrożeli.

Ultradźwiękowiec UIP1000hdT ze szklanym reaktorem do syntezy hydrożelu

Co pokazują badania – Ultradźwiękowe przygotowanie hydrożelu

Ultradźwiękowo syntetyzowane kapsułki hydrożelowePo pierwsze, ultradźwięki sprzyjają polimeryzacji i reakcjom sieciowania podczas tworzenia hydrożelu.
Po drugie, ultradźwięki okazały się niezawodną i skuteczną techniką dyspersji do produkcji hydrożeli i hydrożeli nanokompozytowych.

Ultradźwiękowe sieciowanie i polimeryzacja hydrożeli

Ultradźwięki wspomagają tworzenie sieci polimerowych podczas syntezy hydrożelu poprzez generowanie wolnych rodników. Intensywne fale ultradźwiękowe generują kawitację akustyczną, która powoduje duże siły ścinające, ścinanie molekularne i tworzenie wolnych rodników.

Cass et al. (2010) przygotowali kilka "hydrożeli akrylowych poprzez ultradźwiękową polimeryzację rozpuszczalnych w wodzie monomerów i makromonomerów. Ultradźwięki wykorzystano do tworzenia rodników inicjujących w lepkich wodnych roztworach monomerów przy użyciu dodatków glicerolu, sorbitolu lub glukozy w układzie otwartym w temperaturze 37°C. Rozpuszczalne w wodzie dodatki były niezbędne do produkcji hydrożeli, przy czym glicerol był najbardziej skuteczny. Hydrożele przygotowano z monomerów: metakrylanu 2-hydroksyetylu, dimetakrylanu poli(glikolu etylenowego), metakrylanu dekstranu, dimetakrylanu kwasu akrylowego/glikolu etylenowego i akrylamidu/bis-akrylamidu." [Cass et al. 2010] Stwierdzono, że zastosowanie ultradźwięków przy użyciu sondy ultradźwiękowej jest skuteczną metodą polimeryzacji rozpuszczalnych w wodzie monomerów winylowych, a następnie przygotowania hydrożeli. Polimeryzacja inicjowana ultradźwiękami zachodzi szybko przy braku inicjatora chemicznego.
Find the full protocol of the study here!
 

Ultradźwiękowa dyspersja zmatowionej krzemionki: Homogenizator ultradźwiękowy Hielscher UP400S szybko i skutecznie rozprasza proszek krzemionkowy na pojedyncze nanocząstki.

Dyspergowanie spienionej krzemionki w wodzie za pomocą UP400S

Miniatura wideo

Dyspersja ultradźwiękowa

  • nanocząstki, np. TiO2
  • nanorurki węglowe (CNT)
  • nanokryształy celulozy (CNC)
  • nanowłókna celulozy
  • gumy, np. ksantan, guma z nasion szałwii lekarskiej
  • białka

Przeczytaj więcej o ultradźwiękowej syntezie nanokompozytowych hydrożeli i nanożeli!

Ultradźwiękowa dyspersja nanokrzemionki: Homogenizator ultradźwiękowy Hielscher UP400St szybko i skutecznie rozprasza nanocząsteczki krzemionki w jednorodną nano-dyspersję.

Dyspersja ultradźwiękowa nanokrzemionki przy użyciu ultrasonicator UP400St

Miniatura wideo

Tworzenie hydrożelu poprzez żelowanie wspomagane ultradźwiękami przy użyciu ultrasonografu UP100H

Tworzenie hydrożelu poprzez żelowanie wspomagane ultradźwiękami przy użyciu ultradźwiękowy UP100H
(Badanie i film: Rutgeerts et al., 2019)

Zapytanie o informacje







Ultradźwięki są kompatybilne ze wszystkimi rodzajami polimerów i biopolimerów i pozwalają na wzmocnienie hydrożeli hybrydowych materiałami nanostrukturalnymi, takimi jak nanocząstki, nanokryształy lub nanowłókna. Wzmacnianie hydrożeli różnymi nanomateriałami pozwala modyfikować i kontrolować właściwości fizykochemiczne i reologiczno-mechaniczne nanokompozytowych hydrożeli, ponieważ mikrostruktury są kluczowym czynnikiem wpływającym na uzyskane właściwości materiału.

Ultradźwięki są stosowane do produkcji wysokowydajnych hydrożeli zawierających nanomateriały

SEM hydrożelu poli(akrylamid-co-kwas itakonowy) zawierającego MWCNT. MWCNT zdyspergowano ultradźwiękowo za pomocą ultrasonografu UP200S.
badanie i zdjęcie: Mohammadinezhada et al., 2018

Wytwarzanie poli(akryloamidu-kwasu itakonowego) – Hydrożel MWCNT przy użyciu sonikacji

Mohammadinezhada et al. (2018) z powodzeniem wyprodukowali superabsorbujący kompozyt hydrożelowy zawierający poli(akrylamid-kwas itakonowy) i wielościenne nanorurki węglowe (MWCNT). Ultradźwięki przeprowadzono za pomocą urządzenia ultradźwiękowego Hielscher UP200SStabilność hydrożelu wzrastała wraz ze wzrostem stosunku MWCNT, co można przypisać hydrofobowej naturze MWCNT, jak również wzrostowi gęstości usieciowania. Zdolność zatrzymywania wody (WRC) hydrożelu P(AAm-co-IA) również wzrosła w obecności MWCNT (10% mas.). W tym badaniu efekty ultradźwięków zostały ocenione jako lepsze w odniesieniu do równomiernego rozmieszczenia nanorurek węglowych na powierzchni polimeru. MWCNT były nienaruszone bez żadnych przerw w strukturze polimerowej. Dodatkowo zwiększono wytrzymałość otrzymanego nanokompozytu i jego zdolność zatrzymywania wody oraz absorpcję innych rozpuszczalnych materiałów, takich jak Pb (II). Sonikacja przerwała inicjator i zdyspergowała MWCNT jako doskonały wypełniacz w łańcuchach polimerowych pod wpływem rosnącej temperatury.
Naukowcy doszli do wniosku, że tych "warunków reakcji nie można osiągnąć konwencjonalnymi metodami, a także nie można osiągnąć jednorodności i dobrego rozproszenia cząstek w żywicielu. Ponadto proces sonikacji rozdziela nanocząstki na pojedyncze cząstki, podczas gdy mieszanie nie może tego zrobić. Innym mechanizmem redukcji rozmiaru jest wpływ silnych fal akustycznych na wiązania wtórne, takie jak wiązanie wodorowe, które to napromieniowanie przerywa wiązanie H cząstek, a następnie dysocjuje zagregowane cząstki i zwiększa liczbę wolnych grup adsorpcyjnych, takich jak -OH i dostępność. Tak więc, to ważne wydarzenie sprawia, że proces sonikacji jest lepszą metodą niż inne, takie jak mieszanie magnetyczne stosowane w literaturze." [Mohammadinezhada et al., 2018].

Wysokowydajne ultradźwięki do syntezy hydrożeli

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne urządzenia ultradźwiękowe do syntezy hydrożeli. Od małych i średnich R&D i pilotażowe ultrasonicators do systemów przemysłowych do komercyjnej produkcji hydrożelu w trybie ciągłym, Hielscher Ultrasonics ma swoje wymagania procesowe pokryte.
Ultradźwięki klasy przemysłowej mogą dostarczać bardzo wysokie amplitudy, które pozwalają na niezawodne reakcje sieciowania i polimeryzacji oraz równomierną dyspersję nanocząstek. Amplitudy do 200 µm mogą być łatwo stale uruchamiane w trybie 24/7/365. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są niestandardowe sonotrody ultradźwiękowe.

Dlaczego Hielscher Ultrasonics?

  • wysoka wydajność
  • najnowocześniejsza technologia
  • niezawodność & solidność
  • partia & inline
  • dla dowolnego wolumenu
  • inteligentne oprogramowanie
  • inteligentne funkcje (np. protokołowanie danych)
  • CIP (clean-in-place)

Już dziś zapytaj nas o dodatkowe informacje techniczne, ceny i niezobowiązującą wycenę. Nasz doświadczony personel z przyjemnością udzieli konsultacji!
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:

Wielkość partii natężenie przepływu Polecane urządzenia
1 do 500mL 10-200mL/min UP100H
10 do 2000mL 20-400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L/min UIP2000hdT
10-100L 2 do 10L/min UIP4000hdT
b.d. 10-100L/min UIP16000
b.d. większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Skorzystaj z poniższego formularza, aby uzyskać dodatkowe informacje na temat procesorów ultradźwiękowych, aplikacji i ceny. Z przyjemnością omówimy z Tobą Twój proces i zaoferujemy Ci system ultradźwiękowy spełniający Twoje wymagania!









Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.




Hielscher SonoStation ułatwia sonikację średniej wielkości partii przy użyciu reaktora z komorą przepływową.
Kompaktowa stacja SonoStation łączy w sobie 38-litrowy mieszany zbiornik z regulowaną progresywną pompą wnękową, która może podawać 3 litry na minutę do jednego lub dwóch ultradźwiękowych reaktorów przepływowych.

Ultradźwiękowa stacja mieszająca - SonoStation z homogenizatorami 2 x 2000 W

Miniatura wideo

Ultradźwiękowe homogenizatory o wysokim ścinaniu są stosowane w procesach laboratoryjnych, laboratoryjnych, pilotażowych i przemysłowych.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do mieszania, dyspersji, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.



Fakty, które warto znać

Do czego służą hydrożele?

Hydrożele są stosowane w wielu gałęziach przemysłu, takich jak farmacja do dostarczania leków (np. uwalniane w czasie, doustne, dożylne, miejscowe lub doodbytnicze dostarczanie leków), medycyna (np. jako rusztowania w inżynierii tkankowej, implanty piersi, materiały biomechaniczne, opatrunki na rany), produkty kosmetyczne, produkty pielęgnacyjne (np. soczewki kontaktowe, pieluchy, podpaski higieniczne), rolnictwo (np. preparaty pestycydowe, granulki do utrzymywania wilgoci w glebie na obszarach suchych), badania materiałowe jako polimery funkcjonalne (np. materiały wybuchowe w żelu wodnym, enkapsulacja kropek kwantowych, termodynamiczne wytwarzanie energii elektrycznej), odwadnianie węgla, sztuczny śnieg, dodatki do żywności i inne produkty (np, klej).

Klasyfikacja hydrożeli

Klasyfikacja hydrożeli w zależności od ich struktury fizycznej jest następująca:

  • amorficzny (niekrystaliczny)
  • półkrystaliczny: Złożona mieszanina faz amorficznych i krystalicznych.
  • krystaliczny

Koncentrując się na składzie polimerowym, hydrożele można również podzielić na następujące trzy kategorie:

  • hydrożele homopolimerowe
  • hydrożele kopolimerowe
  • hydrożele multipolimerowe / hydrożele IPN

W oparciu o rodzaj sieciowania, hydrożele dzielą się na:

  • Chemicznie usieciowane sieci: trwałe połączenia
  • fizycznie usieciowane sieci: połączenia przejściowe

Wygląd fizyczny prowadzi do klasyfikacji na:

  • matryca
  • film
  • mikrosfera

Klasyfikacja oparta na ładunku elektrycznym sieci:

  • niejonowy (neutralny)
  • jonowe (w tym anionowe lub kationowe)
  • elektrolit amfoteryczny (amfolityczny)
  • zwitterionowe (polibetainy)

Literatura / Referencje


Hielscher Ultrasonics dostarcza wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratoryjnych do przemysłowych.

Ultradźwięki o wysokiej wydajności! Asortyment produktów firmy Hielscher obejmuje pełne spektrum, od kompaktowych ultradźwiękowych urządzeń laboratoryjnych, przez urządzenia stołowe, po w pełni przemysłowe systemy ultradźwiękowe.

Z przyjemnością omówimy Twój proces.

Let's get in contact.