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

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.

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.

Leia mais sobre a síntese ultra-sônica de hidrogéis e nanogéis nanocompósitos!

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.

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.

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