Produção de hidrogel vantajoso via Ultrassonicação

A sônicação é uma técnica altamente eficaz, confiável e simples para a preparação de hidrogéis de alto desempenho. Estes hidrogéis oferecem excelentes propriedades materiais, como capacidades de absorção, viscoelasticidade, resistência mecânica, módulo de compressão e funcionalidades de auto-cura.

Polimerização ultrassônica e dispersão para produção de hidrogel

Ultrasonication is used to initiate cross-linking and polymerization during hydrogel production. Ultrasonic dispersion is used to distribute nanoparticles in hydrogels.Hidrogéis são redes poliméricas hidrofílicas tridimensionais que são capazes de absorver grandes quantidades de água ou fluidos. Hidrogéis exibem uma extraordinária capacidade de inchaço. Blocos de construção comuns de hídris incluem álcool polivinil, polietileno glicol, poliacrilato de sódio, polímeros de acrilato, carbomers, polissacarídeos ou polipeptídeos com um alto número de grupos hidrofílicos, e proteínas naturais como colágeno, gelatina e fibrina.
Os chamados hidrogéis híbridos consistem em vários materiais quimicamente, funcionalmente e morfologicamente distintos, como proteínas, peptídeos ou nano-/ microestruturas.
A dispersão ultrassônica é amplamente utilizada como uma técnica altamente eficiente e confiável para homogeneizar nanomateriais como nanotubos de carbono (CNTs, MWCNTs, SWCNTs), nanocristais de celulose, nanofibras de chitina, dióxido de titânio, nanopartículas de prata, proteínas e outras micron-ou nanoestruturas na matriz polimérica de hidrogéis. Isso faz da sonicação uma ferramenta principal para produzir hidrogéis de alto desempenho com qualidades extraordinárias.

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Ultrasonic cavitation promotes the cross-linking and polymerization during hydrogel synthesis. Ultrasonic dispersion facilitates the uniform distribution of nanomaterials for hybrid hydrogel fabrication.

ultrasonicator UIP1000hdT com reator de vidro para síntese de hidrogel

O que a pesquisa mostra – Preparação de hidrogel ultrassônico

Primeiro, a ultrassonização promove a polimerização e as reações transversais durante a formação de hidrogel.
Em segundo lugar, a ultrassonização tem sido comprovada como uma técnica de dispersão confiável e eficaz para a produção de hidrogéis e hidrogéis nanocompostos.

Ligação cruzada ultrassônica e polimerização de hidrogéis

A ultrassônica auxilia na formação de redes poliméricas durante a síntese de hidrogel através da geração radical livre. Ondas intensas de ultrassom geram cavitação acústica que causam forças de alta tesoura, corte molecular e formação radical livre.

Cass et al. (2010) prepararam vários "hidrogéis acrílicos foram preparados através de polimerização ultrassônica de monômeros solúveis em água e macromonômeros. O ultrassom foi usado para criar radicais iniciantes em soluões monômeros aquosos viscosos usando os aditivos glicerol, feiticol ou glicose em um sistema aberto a 37°C. Os aditivos solúveis em água foram essenciais para a produção de hidrogel, sendo o glicerol o mais eficaz. Os hidrogéis foram preparados a partir dos monômeros 2-hidroxiilo-methacrilato, poli (etileno gliclicato), dextran metalcloreto, ácido acrílico/etileno glicol dimethacrilato e acrilamida/bis-acrilamida." [Cass et al. 2010] A aplicação de ultrassom usando um ultrassônico sonda foi encontrada como um método eficaz para a polimerização de monômeros de vinil solúveis em água e a subsequente preparação de hidrogéis. A polimerização ultrasonicamente iniciada ocorre rapidamente na ausência de um iniciador químico.

Ultrasonic Dispersion of Nano-Silica

Dispersão Ultrassônica de

  • nanopartículas, por exemplo, TiO2
  • nanotubos de carbono (CNTs)
  • nanocristais de celulose (CNCs)
  • nanofibrilas de celulose
  • gengivas, por exemplo, xanthan, goma de sementes sálvia
  • Proteínas
Ultrasonic nano-dispersion with the ultrassônico UP400St


Hydrogel formation via ultrasonically-assisted gelation using the ultrasonicator UP100H

Formação de hidrogel via gelação ultrasonicamente assistida usando o ultrassônico UP100H

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A ultrassônica é compatível com todos os tipos de polímeros e biopolímeros e permite reforçar hidrogéis híbridos com materiais nanoestruturados, como nanopartículas, nanocristais ou nanofibras. O reforço de hidrogéis com vários nanomateriais permite modificar e controlar propriedades físico-químicas e reomicíricas de hidrogéis nanocompostos, uma vez que as microestruturas são o fator chave para as propriedades do material obtido.

Ultrasonication is applied to produce high-performance hydrogels containing nano-materials

SEM de hidrogel de ácido poli (acrilamida-co-itaconic acid contendo MWCNTs. Os MWCNTs foram ultrasonicamente dispersos usando o ultrassônico UP200S.
estudo e imagem: Mohammadinezhada et al., 2018

Fabricação de Poly (ácido acrilamida-co-itacônico) – Hidrogel MWCNT usando Sonication

Mohammadinezhada et al. (2018) produziram com sucesso um composto de hidrogel superabsorbent contendo poli (ácido acrilamida-co-itacônico) e nanotubos de carbono multi-paredes (MWCNTs). A ultrassônica foi realizada com o dispositivo ultrassônico Hielscher UP200S. A estabilidade do hidrogel aumentou com o aumento das razões MWCNTs, que podem ser atribuídas à natureza hidrofóbica dos MWCNTs, bem como ao aumento da densidade do crosslinker. A capacidade de retenção de água (WRC) do hidrogel P(AAm-co-IA) também foi aumentada na presença do MWCNT (10 wt%). Neste estudo, os efeitos da ultrassônica foram classificados como superiores em relação à distribuição uniforme dos nanotubos de carbono na superfície do polímero. Os MWCNTs estavam intactos sem qualquer interrupção na estrutura polimérica. Além disso, a força do nanocomposto obtido e sua capacidade de retenção de água e a absorção de outros materiais solúveis como pb (II) foram aumentadas. A sônica quebrou o iniciador e dispersou os MWCNTs como um excelente enchimento nas cadeias de polímeros sob temperatura crescente.
Os pesquisadores concluem que essas "condições de reação não podem ser alcançadas através de métodos convencionais, e a homogeneidade e boa dispersão das partículas no hospedeiro não podem ser alcançadas. Além disso, o processo de sônicação separa as nanopartículas em partícula única, enquanto a agitação não pode fazer isso. Outro mecanismo para a redução de tamanho é o efeito de poderosas ondas acústicas nas ligações secundárias, como a ligação de hidrogênio, que esta irradiação quebra a ligação H de partículas e, posteriormente, dissocia as partículas agregadas e aumenta o número de grupos adsortivos gratuitos como -OH e acessibilidade. Assim, esse importante acontecimento torna o processo de sônica como um método superior sobre os outros, como a agitação magnética aplicada nas literaturas." [Mohammadinezhada et al., 2018]

Ultrassonicadores de alto desempenho para síntese de hidrogel

Hielscher Ultrasonics fabrica equipamentos ultrassônicos de alto desempenho para a síntese de hidrogéis. De R pequeno e médio&D e ultrassonicadores piloto para sistemas industriais para fabricação de hidrogel comercial em modo contínuo, Hielscher Ultrasonics tem seus requisitos de processo cobertos.
Ultrassonicadores de grau industrial podem fornecer amplitudes muito altas, que permitem reações de ligação cruzada e polimerização confiáveis e a dispersão uniforme de nanopartículas. Amplitudes de até 200μm podem ser facilmente executadas continuamente na operação 24/7/365. Para amplitudes ainda maiores, sonotrodes ultrassônicos personalizados estão disponíveis.

Por Hielscher Ultrasonics?

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A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:

Volume batch Quociente de vazão Dispositivos Recomendados
1 a 500mL 10 a 200 mL / min UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 a 20L 00,2 a 4 L / min UIP2000hdT
10 a 100L 2 de 10L / min UIP4000hdT
n / D. 10 a 100L / min UIP16000
n / D. maior aglomerado de UIP16000

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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho para aplicações de mistura, dispersão, emulsificação e extração em escala laboratoria, piloto e industrial.

Literatura / Referências



Fatos, vale a pena conhecer

Para que os Hidrogels são usados?

Hidrogéis são usados em muitas indústrias, como na farmacêutica para entrega de medicamentos (por exemplo, tempo liberado, parto oral, intravenoso, tómico ou retal), medicamentos (por exemplo, como andaimes em engenharia de tecidos, implantes mamários, material biomecânico, curativos), produtos cosméticos, produtos de cuidados (por exemplo, lentes de contato, fraldas, guardanapos sanitários), agricultura (por exemplo, para formulações de pesticidas, grânulos para manter a umidade do solo em áreas áridas), pesquisa material como polímeros funcionais (por exemplo, explosivos de água , encapsulamento de pontos quânticos, geração de eletricidade termodinâmica), desaguamento de carvão, neve artificial, aditivos alimentares e outros produtos (por exemplo, cola).

Classificação de Hidrogéis

Quando a classificação dos hidrogéis é feita dependendo de sua estrutura física pode ser classificada da seguinte forma:

  • amorfo (não cristalino)
  • semicristalina: Uma mistura complexa de fases amorfas e cristalinas
  • cristalino

Quando focados na composição polimérica, os hidrogéis também podem ser classificados nas três categorias seguintes:

  • hidrogéis homopolímeros
  • hidrogéis copolímmicos
  • hidrogéis multipolímeros / hidrogéis IPN

Com base no tipo de crosslinking, os hidrogéis são classificados em:

  • redes quimicamente cruzadas: junções permanentes
  • redes fisicamente cruzadas: junções transitórias

A aparência física leva à classificação em:

  • Matriz
  • Filme
  • microsfera

Classificação com base na carga elétrica da rede:

  • noniônico (neutro)
  • iônico (incluindo aniônico ou cationic)
  • eletrólito anfotérico (amfolítico)
  • zwitterionic (polibetaines)

Hielscher Ultrasonics supplies high-performance ultrasonic homogenizers from lab to industrial size.

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