Produção vantajosa de hidrogel via ultrassom

A sonicação é uma técnica altamente eficaz, confiável e simples para a preparação de hidrogéis de alto desempenho. Esses hidrogéis oferecem excelentes propriedades materiais, como capacidade de absorção, viscoelasticidade, resistência mecânica, módulo de compressão e funcionalidades de autocura.

Polimerização e dispersão ultrassônica para produção de hidrogel

Os hidrogéis são redes poliméricas tridimensionais hidrofílicas capazes de absorver grandes quantidades de água ou fluidos. Os hidrogéis exibem uma extraordinária capacidade de inchaço. Os blocos de construção comuns dos hidrogéis incluem álcool polivinílico, polietilenoglicol, poliacrilato de sódio, polímeros de acrilato, carbômeros, 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 quitina, dióxido de titânio, nanopartículas de prata, proteínas e outras microestruturas ou nanoestruturas na matriz polimérica de hidrogéis. Isso torna a sonicação uma ferramenta principal para produzir hidrogéis de alto desempenho com qualidades extraordinárias.

O que a pesquisa mostra – Preparação ultrassônica de hidrogel

Primeiro, a ultrassonografia promove reações de polimerização e reticulação durante a formação do hidrogel.
Em segundo lugar, a ultrassonografia provou ser uma técnica de dispersão confiável e eficaz para a produção de hidrogéis e hidrogéis nanocompósitos.

Reticulação ultrassônica e polimerização de hidrogéis

A ultrassonografia auxilia na formação de redes poliméricas durante a síntese de hidrogel via geração de radicais livres. Ondas intensas de ultrassom geram cavitação acústica que causa altas forças de cisalhamento, cisalhamento molecular e formação de radicais livres.

(2010) prepararam vários “Hidrogéis acrílicos foram preparados via polimerização ultrassônica de monômeros solúveis em água e macromonômeros. A ultrassonografia foi utilizada para criar radicais iniciadores em soluiões viscosos de monômero aquoso usando os aditivos glicerol, sorbitol ou glicose em 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-hidroxietilmetacrilato, poli(etilenoglicol) dimetacrilato, metacrilato de dextrano, ácido acrílico/dimetacrilato de etilenoglicol e acrilamida/bis-acrilamida.” [Cass et al. 2010] A aplicação de ultrassom usando um ultrasonicator de sonda foi encontrada para ser um método eficaz para a polimerização de monômeros de vinil solúveis em água e a subsequente preparação de hidrogéis. A polimerização iniciada ultrassonicamente ocorre rapidamente na ausência de um iniciador químico.
Encontre o protocolo completo do estudo aqui!
 

Leia mais sobre síntese ultrassônica de hidrogéis e nanogéis nanocompósitos!

A ultrassonografia 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 diversos nanomateriais permite modificar e controlar as propriedades físico-químicas e reomecânicas dos hidrogéis nanocompósitos, uma vez que as microestruturas são o fator chave para as propriedades do material obtido.

Fabricação de poli (ácido acrilamida-co-itacônico) – Hidrogel MWCNT usando sonicação

Mohammadinezhada et al. (2018) produziram com sucesso um composto de hidrogel superabsorvente contendo poli (ácido acrilamida-co-itacônico) e nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs). A ultrassonografia foi realizada com o aparelho ultrassônico de Hielscher UP200S. A estabilidade do hidrogel aumentou com o aumento das razões de MWCNTs, o que pode ser atribuído à natureza hidrofóbica dos MWCNTs, bem como ao aumento da densidade do reticulador. A capacidade de retenção de água (CRA) do hidrogel P(AAm-co-IA) também foi aumentada na presença do MWCNT (10% em peso). Neste estudo, os efeitos da ultrassonografia 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 resistência do nanocompósito obtido e sua capacidade de retenção de água e a absorção de outros materiais solúveis como Pb (II) foram aumentadas. A sonicação quebrou o iniciador e dispersou os MWCNTs como um excelente enchimento nas cadeias poliméricas sob o aumento da temperatura.
Os investigadores concluem que estes “As condições de reação não podem ser alcançadas através de métodos convencionais, e a homogeneidade e a boa dispersão das partículas no hospedeiro não podem ser alcançadas. Além disso, o processo de sonicação separa as nanopartículas em uma única partícula, enquanto a agitação não pode fazer isso. Outro mecanismo para a redução do tamanho é o efeito de ondas acústicas poderosas nas ligações secundárias como a ligação de hidrogênio, que esta irradiação quebra a ligação H das partículas e, posteriormente, dissocia as partículas agregadas e aumenta o número de grupos adsortivos livres como -OH e acessibilidade. Assim, este importante acontecimento torna o processo de sonicação um método superior aos demais, como a agitação magnética aplicada nas literaturas.” [Mohammadinezhada et al., 2018]

Ultrassônicos de alto desempenho para síntese de hidrogel

A Hielscher Ultrasonics fabrica equipamentos ultrassônicos de alto desempenho para a síntese de hidrogéis. De pequeno e médio porte R&D e ultrassônicos piloto para sistemas industriais para fabricação comercial de hidrogel em modo contínuo, a Hielscher Ultrasonics atende aos requisitos do seu processo.
Os ultrasonicadores de nível industrial podem fornecer amplitudes muito altas, o que permite reações confiáveis de reticulação e polimerização e a dispersão uniforme de nanopartículas. Amplitudes de até 200μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24/7/365. Para amplitudes ainda maiores, estão disponíveis sonotrodos ultrassônicos personalizados.

Peça-nos hoje informações técnicas adicionais, preços e uma cotação sem compromisso. Nossa equipe experiente de longa data terá prazer em consultá-lo!
A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos: