Producție avantajoasă de hidrogel prin ultrasonication
Sonicare este o tehnică extrem de eficientă, fiabilă și simplă pentru prepararea hidrogelurilor de înaltă performanță. Aceste hidrogeluri oferă proprietăți excelente ale materialului, cum ar fi capacitățile de absorbție, vâscoelasticitatea, rezistența mecanică, modulul de compresie și funcționalitățile de auto-vindecare.
Polimerizarea cu ultrasunete și dispersie pentru producția de hidrogel
Hidrogelurile sunt rețele polimerice hidrofile, tridimensionale, care sunt capabile să absoarbă cantități mari de apă sau fluide. Hidrogelurile prezintă o capacitate extraordinară de umflare. Blocurile comune de hidrgel includ alcool polivinilic, polietilenglicol, poliacrilat de sodiu, polimeri acrilați, carbomeri, polizaharide sau polipeptide cu un număr mare de grupări hidrofile și proteine naturale, cum ar fi colagenul, gelatina și fibrina.
Așa-numitele hidrogeluri hibride constau din diverse materiale distincte din punct de vedere chimic, funcțional și morfologic, cum ar fi proteine, peptide sau nano- / microstructuri.
Dispersia cu ultrasunete este utilizat pe scară largă ca o tehnică extrem de eficientă și fiabilă pentru omogenizarea nanomaterialelor, ar fi nanotuburi de carbon (CNT, MWCNTs, SWCNTs), nano-cristale de celuloză, nanofibre de chitină, dioxid de titan, nanoparticule de argint, proteine și alte microni sau nanostructuri în matricea polimerică a hidrogelurilor. Acest lucru face sonicare un instrument principal pentru a produce hidrogeluri de înaltă performanță cu calități extraordinare.
ultrasonicator UIP1000hdT cu reactor de sticlă pentru sinteza hidrogelului
Ce arată cercetările – Pregătirea hidrogelului cu ultrasunete
În primul rând, ultrasonication promovează polimerizarea și reacțiile de reticulare în timpul formării hidrogelului.
În al doilea rând, ultrasonication a fost dovedit ca tehnică de dispersie fiabilă și eficientă pentru producerea de hidrogeluri și hidrogeluri nanocompozite.
Reticularea cu ultrasunete și polimerizarea hidrogelurilor
Ultrasonication ajută la formarea rețelelor polimerice în timpul sintezei hidrogelului prin generarea de radicali liberi. Undele ultrasonice intense generează cavitație acustică care provoacă forțe de forfecare ridicate, forfecare moleculară și formarea radicalilor liberi.
Cass et al. (2010) a pregătit mai multe "hidrogeluri acrilice au fost preparate prin polimerizarea cu ultrasunete a monomerilor solubili în apă și macromonomeri. Ecografia a fost utilizată pentru a crea radicali de inițiere în soluții apoase monomere vâscoase folosind aditivii glicerol, sorbitol sau glucoză într-un sistem deschis la 37 ° C. Aditivii solubili în apă au fost esențiali pentru producția de hidrogel, glicerolul fiind cel mai eficient. Hidrogelurile au fost preparate din monomerii 2-hidroxietil metacrilat, poli(etilenglicol) dimetacrilat, metacrilat de dextran, acid acrilic/dimetacrilat de etilenglicol și acrilamidă/bis-acrilamidă. [Cass și colab. 2010] Aplicarea cu ultrasunete folosind un ultrasonicator sondă sa dovedit a fi o metodă eficientă pentru polimerizarea monomerilor de vinil solubili în apă și prepararea ulterioară a hidrogelurilor. Polimerizarea inițiată ultrasonically are loc rapid în absența unui inițiator chimic.
- nanoparticule, de exemplu TiO2
- nanotuburi de carbon (CNT)
- nanocristale de celuloză (CNC)
- nanofibrile de celuloză
- gume, de exemplu xantan, gumă din semințe de salvie
- Proteine
Citiți mai multe despre sinteza cu ultrasunete a nanocompozitelor hidrogeluri și nanogeluri!
Formarea hidrogelului prin gelare asistată ultrasonically folosind ultrasonicator UP100H (Studiu și film: Rutgeerts et al., 2019)
SEM de hidrogel de acid poli(acrilamidă-co-itaconic care conține MWCNT. MWCNT-urile au fost dispersate ultrasonically folosind ultrasonicator UP200S.
studiu și imagine: Mohammadinezhada et al., 2018
Fabricarea poliacidului (acrilamidă-co-itaconic) – MWCNT hidrogel folosind sonicare
Mohammadinezhada et al. (2018) au produs cu succes un compozit hidrogel superabsorbant care conține poli(acid acrilamid-co-itaconic) și nanotuburi de carbon cu pereți multipli (MWCNT). Ultrasonication a fost efectuată cu dispozitivul cu ultrasunete Hielscher UP200S. Stabilitatea hidrogelului a crescut odată cu creșterea ratelor MWCNT, ceea ce ar putea fi atribuit naturii hidrofobe a MWCNT-urilor, precum și creșterii densității reticulatorului. Capacitatea de retenție a apei (WRC) a hidrogelului P(AAm-co-IA) a fost, de asemenea, crescută în prezența MWCNT (10 wt%). În acest studiu, efectele ultrasonication au fost evaluate superioare în ceea ce privește distribuția uniformă a nanotuburilor de carbon pe suprafața polimerului. MWCNT-urile au fost intacte fără nici o întrerupere în structura polimerică. În plus, rezistența nanocompozitului obținut și capacitatea sa de retenție a apei și absorbția altor materiale solubile, cum ar fi Pb (II), au fost crescute. Sonicare a rupt inițiatorul și dispersat MWCNTs ca o umplutură excelentă în lanțurile polimerice sub temperatură în creștere.
Cercetătorii concluzionează că aceste "condiții de reacție nu pot fi obținute prin metode convenționale, iar omogenitatea și buna dispersie a particulelor în gazdă nu pot fi atinse. În plus, procesul de sonicare separă nanoparticulele într-o singură particulă, în timp ce agitarea nu poate face acest lucru. Un alt mecanism pentru reducerea dimensiunii este efectul undelor acustice puternice asupra legăturilor secundare, cum ar fi legăturile de hidrogen, care această iradiere rupe legătura H a particulelor și, ulterior, disociază particulele agregate și crește numărul de grupuri adsorbante libere, cum ar fi -OH și accesibilitatea. Astfel, acest eveniment important face procesul sonicare ca o metodă superioară față de celelalte, cum ar fi agitarea magnetică aplicată în literatura de specialitate. [Mohammadinezhada și colab., 2018]
Ultrasonicators de înaltă performanță pentru sinteza hidrogelului
Hielscher Ultrasonics produce echipamente cu ultrasunete de înaltă performanță pentru sinteza hidrogelurilor. De la R mic și mijlociu&D și pilot ultrasonicators la sisteme industriale pentru fabricarea hidrogelului comercial în mod continuu, Hielscher Ultrasonics are cerințele de proces acoperite.
Ultrasonicators de grad industrial poate furniza amplitudini foarte mari, care permit reacții fiabile de reticulare și polimerizare și dispersia uniformă a nanoparticulelor. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor rulate continuu în funcționare 24/7/365. Pentru amplitudini chiar mai mari, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile.
- eficiență ridicată
- tehnologie de ultimă generație
- fiabilitate & robustețe
- Lot & Inline
- pentru orice volum
- Software inteligent
- Caracteristici inteligente (de exemplu, protocoale de date)
- CIP (curățare pe loc)
Solicitați-ne astăzi informații tehnice suplimentare, prețuri și o ofertă fără angajament. Personalul nostru cu experiență îndelungată este bucuros să vă consulte!
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:
| Volumul lotului | Debitul | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 1 până la 500 ml | 10 până la 200 ml/min | UP100H |
| 10 până la 2000 ml | 20 până la 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 până la 20L | 00.2 până la 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L / min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 până la 100L / min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | grup de UIP16000 |
Contactează-ne! / Întreabă-ne!
SonoStation compact combină un rezervor agitat de 38 litri cu o pompă reglabilă cu cavitate progresivă, care poate alimenta până la 3 litri pe minut într-unul sau două reactoare cu celule de flux cu ultrasunete.
Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru aplicații de amestecare, dispersie, emulsionare și extracție pe laborator, pilot și scară industrială.
Fapte care merită știute
Pentru ce se utilizează hidrogelurile?
Hidrogelurile sunt utilizate în multe industrii, cum ar fi industria farmaceutică pentru administrarea de medicamente (de exemplu, administrarea de medicamente cu eliberare în timp, orală, intravenoasă, topică sau rectală), medicină (de exemplu, ca schele în ingineria tisulară, implanturi mamare, materiale biomecanice, pansamente pentru răni), produse cosmetice, produse de îngrijire (de exemplu, lentile de contact, scutece, șervețele sanitare), agricultură (de exemplu, pentru formulări de pesticide, granule pentru menținerea umidității solului în zonele aride), cercetarea materialelor ca polimeri funcționali (de exemplu, explozivi cu gel de apă, încapsularea punctelor cuantice, generarea de energie electrică termodinamică), deshidratarea cărbunelui, zăpada artificială, aditivii alimentari și alte produse (de exemplu, lipici).
Clasificarea hidrogelurilor
Când clasificarea hidrogelurilor se face în funcție de structura lor fizică poate fi clasificată după cum urmează:
- amorf (necristalin)
- semicristalin: Un amestec complex de faze amorfe și cristaline
- Cristalină
Atunci când se concentrează pe compoziția polimerică, hidrogelurile pot fi, de asemenea, clasificate în următoarele trei categorii:
- hidrogeluri homopolimerice
- hidrogeluri copolimerice
- hidrogeluri multipolimerice / hidrogeluri IPN
Pe baza tipului de reticulare, hidrogelurile sunt clasificate în:
- rețele reticulate chimic: joncțiuni permanente
- Rețele reticulate fizic: intersecții tranzitorii
Aspectul fizic duce la clasificarea în:
- matrice
- film
- Microsferă
Clasificare bazată pe sarcina electrică a rețelei:
- neionic (neutru)
- ionice (inclusiv anionice sau cationice)
- electrolit amfoteric (amfolitic)
- Zwitterionic (polibetaine)
Literatură / Referințe
- Mohammadinezhada, Alireza; Marandi, Gholam Bagheri; Farsadrooh, Majid; Javadian, Hamedreza (2018): Synthesis of poly(acrylamide-co-itaconic acid)/MWCNTs superabsorbent hydrogel nanocomposite by ultrasound-assisted technique: Swelling behavior and Pb (II) adsorption capacity. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 49, 2018. 1-12.
- Cass, Peter; Knower, Warren; Pereeia, Eliana; Holmes, Natalie P.; Hughes Tim (2010): Preparation of hydrogels via ultrasonic polymerization. Ultrasonics Sonochemistry Volume 17, Issue 2, February 2010. 326-332.
- Willfahrt, A., Steiner, E., Hoetzel, J., Crispin, X. (2019): Printable acid-modified corn starch as non-toxic, disposable hydrogel-polymer electrolyte in supercapacitors. Applied Physics A, 125(7), 474.
- Butylina, Svetlana; Geng, Shiyu; Laatikainen, Katri; Oksman, Kristiina (2020): Cellulose Nanocomposite Hydrogels: From Formulation to Material Properties. Frontiers in Chemistry, Vol. 8, 655, 2020.
- Rutgeerts, Laurens A. J.; Soultan, Al Halifa; Subramani, Ramesh; Toprakhisar, Burak; Ramon, Herman; Paderes, Monissa C.; De Borggraeve, Wim M.; Patterson, Jennifer (2019): Robust scalable synthesis of a bis-urea derivative forming thixotropic and cytocompatible supramolecular hydrogels. Chemical Communications Issue 51, 2019.
- Oleyaei, Seyed Amir; Razavi, Seyed Mohammad Ali; Mikkonen, Kirsi S. (2018): Physicochemical and rheo-mechanical properties of titanium dioxide reinforced sage seed gum nanohybrid hydrogel. International Journal of Biological Macromolecules Vol. 118, Part A, 2018. 661-670.
Ultrasunete de înaltă performanță! Gama de produse Hielscher acoperă întregul spectru de la ultrasonicator de laborator compact peste unități banc-top la sisteme cu ultrasunete full-industriale.