Выгодное производство гидрогеля с помощью ультразвука
Ультразвуковая обработка является высокоэффективной, надежной и простой методикой получения высокоэффективных гидрогелей. Эти гидрогели обладают превосходными свойствами материала, такими как абсорбционная способность, вязкоупругость, механическая прочность, модуль сжатия и функции самовосстановления.
Ультразвуковая полимеризация и диспергирование для производства гидрогеля
Гидрогели представляют собой гидрофильные трехмерные полимерные сети, которые способны поглощать большое количество воды или жидкости. Гидрогели обладают необычайной способностью к набуханию. К распространенным строительным блокам гидрогелей относятся поливиниловый спирт, полиэтиленгликоль, полиакрилат натрия, акрилатные полимеры, карбомеры, полисахариды или полипептиды с большим количеством гидрофильных групп, а также натуральные белки, такие как коллаген, желатин и фибрин.
Так называемые гибридные гидрогели состоят из различных химически, функционально и морфологически различных материалов, таких как белки, пептиды или нано-? микроструктуры.
Ультразвуковая дисперсия широко используется в качестве высокоэффективного и надежного метода гомогенизации наноматериалов, таких как углеродные нанотрубки (УНТ, МВКНТ, ОУНТ), нанокристаллы целлюлозы, хитиновые нановолокна, диоксид титана, наночастицы серебра, белки и другие микро- или наноструктуры, в полимерную матрицу гидрогелей. Это делает ультразвук основным инструментом для производства высокоэффективных гидрогелей с исключительными качествами.

Ультразвуковой аппарат UIP1000hdT со стеклянным реактором для синтеза гидрогеля
Что показывают исследования – Ультразвуковой гидрогелевый препарат
Во-первых, ультразвуковое излучение способствует полимеризации и реакциям сшивания при образовании гидрогеля.
Во-вторых, ультразвуковая технология доказала свою надежность и эффективность в качестве метода диспергирования для производства гидрогелей и нанокомпозитных гидрогелей.
Ультразвуковая сшивка и полимеризация гидрогелей
Ультразвуковое исследование способствует образованию полимерных сетей во время синтеза гидрогеля путем генерации свободных радикалов. Интенсивные ультразвуковые волны вызывают акустическую кавитацию, которая вызывает высокие силы сдвига, молекулярный сдвиг и образование свободных радикалов.
Cass et al. (2010) подготовили несколько “Акриловые гидрогели получали методом ультразвуковой полимеризации водорастворимых мономеров и макромономеров. Ультразвук использовали для создания инициирующих радикалов в вязких водных растворах мономеров с использованием добавок глицерина, сорбита или глюкозы в открытой системе при 37°С. Водорастворимые добавки были необходимы для производства гидрогеля, наиболее эффективными из которых оказался глицерин. Гидрогели получали из мономеров 2-гидроксиэтилметакрилата, полиэтиленгликоль) диметакрилата, декстрана метакрилата, акриловой кислоты/этиленгликоля диметакрилата и акриламида/бис-акриламида.” [Cass et al. 2010] Установлено, что применение ультразвука с помощью зондового ультразвука является эффективным методом полимеризации водорастворимых виниловых мономеров и последующего получения гидрогелей. Полимеризация, инициируемая ультразвуком, происходит быстро в отсутствие химического инициатора.
С полным протоколом исследования можно ознакомиться здесь!
- наночастицы, например, TiO2
- углеродные нанотрубки (УНТ)
- нанокристаллы целлюлозы (ЧПУ)
- нанофибриллы целлюлозы
- камеди, например, ксантан, камедь семян шалфея
- Белки
Узнайте больше об ультразвуковом синтезе нанокомпозитных гидрогелей и наногелей!

Образование гидрогеля с помощью ультразвукового гелеобразования с использованием ультразвуковой аппарат UP100H (Исследование и фильм: Рутгертс и др., 2019)

СЭМ полиакриламид-ко-итакоитоновой кислоты гидрогеля, содержащего МВКНТ. Ультразвуковое распыление СОУЗ проводилось с помощью ультразвукового аппарата УП200С.
этюд и фото: Mohammadinezhada et al., 2018
Производство поли(акриламид-ко-итаконовой кислоты) – MWCNT Гидрогель с использованием ультразвука
Mohammadinezhada et al. (2018) успешно изготовили суперабсорбирующий гидрогелевый композит, содержащий поли(акриламид-ко-итаконовую кислоту) и многостенные углеродные нанотрубки (MWCNT). Ультразвуковое исследование проводилось с помощью ультразвукового аппарата Hielscher УП200С. Стабильность гидрогеля увеличивалась с увеличением соотношения ЖМТ, что можно объяснить гидрофобной природой ЖМТ, а также увеличением плотности сшивающих агентов. Водоудерживающая способность (WRC) гидрогеля P(AAm-co-IA) также увеличивалась в присутствии MWCNT (10 мас.%). В этом исследовании эффекты ультразвука были оценены как превосходные в отношении равномерного распределения углеродных нанотрубок на поверхности полимера. СВМТ были неповрежденными без каких-либо нарушений в полимерной структуре. Кроме того, были увеличены прочность полученного нанокомпозита и его водоудерживающая способность, а также абсорбция других растворимых материалов, таких как Pb (II). Ультразвуковая обработка разрушала инициатор и диспергировала ЖМТ в качестве отличного наполнителя в полимерных цепях при повышении температуры.
Исследователи приходят к выводу, что эти “Условия реакции не могут быть достигнуты обычными методами, а однородность и хорошая диспергация частиц в хозяине не могут быть достигнуты. Кроме того, процесс ультразвука разделяет наночастицы на одну частицу, в то время как перемешивание не может этого сделать. Другим механизмом уменьшения размеров является воздействие мощных акустических волн на вторичные связи типа водородных связей, при этом облучение разрывает H-связь частиц, а впоследствии, диссоциирует агрегированные частицы и увеличивает количество свободных адсорбционных групп, таких как -OH и доступность. Таким образом, это важное событие делает процесс ультразвуковой обработки более совершенным методом по сравнению с другими, такими как магнитное перемешивание, применяемое в литературе.” [Мохаммадинежада и др., 2018]
Высокоэффективные ультразвуковые аппараты для синтеза гидрогеля
Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительное ультразвуковое оборудование для синтеза гидрогелей. От малых и средних R&D и пилотные ультразвуковые аппараты для промышленных систем для коммерческого производства гидрогеля в непрерывном режиме, Hielscher Ultrasonics удовлетворит ваши технологические требования.
Промышленные ультразвуковые аппараты могут обеспечивать очень высокие амплитуды, которые обеспечивают надежные реакции сшивания и полимеризации, а также равномерное диспергирование наночастиц. Амплитуды до 200 μм могут быть легко непрерывно запущены в режиме 24/7/365. Для еще более высоких амплитуд доступны индивидуальные ультразвуковые сонотроды.
- Высокая эффективность
- Современные технологии
- надёжность & робастность
- партия & встроенный
- для любого объема
- Интеллектуальное программное обеспечение
- интеллектуальные функции (например, протоколирование передачи данных)
- CIP (безразборная мойка)
Свяжитесь с нами сегодня для получения дополнительной технической информации, цен и ни к чему не обязывающего предложения. Наш многолетний опытный персонал будет рад проконсультировать вас!
В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:
Объем партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
---|---|---|
от 1 до 500 мл | От 10 до 200 мл/мин | УП100Ч |
от 10 до 2000 мл | от 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
0.1 до 20 л | 0от 0,2 до 4 л/мин | УИП2000HDT |
От 10 до 100 л | От 2 до 10 л/мин | УИП4000HDT |
н.а. | От 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
н.а. | больше | Кластер UIP16000 |
Свяжитесь с нами!? Спросите нас!
Факты, которые стоит знать
Для чего используются гидрогели?
Гидрогели используются во многих отраслях промышленности, таких как фармацевтика для доставки лекарств (например, пероральная, внутривенная, местная или ректальная доставка лекарств), медицина (например, в качестве каркасов в тканевой инженерии, грудных имплантатах, биомеханических материалах, повязках на раны), косметические продукты, средства по уходу (например, контактные линзы, подгузники, гигиенические прокладки), сельское хозяйство (например, для составов пестицидов, гранулы для удержания влаги в почве в засушливых районах), исследование материалов в виде функциональных полимеров (например, водно-гелевые взрывчатые вещества, инкапсуляция квантовых точек, термодинамическое производство электроэнергии), обезвоживание угля, искусственный снег, пищевые добавки и другие продукты (например, клей).
Классификация гидрогелей
Когда производится классификация гидрогелей в зависимости от их физической структуры можно классифицировать следующим образом:
- аморфный (некристаллический)
- полукристаллический: сложная смесь аморфной и кристаллической фаз
- кристаллический
Если ориентироваться на полимерный состав, то гидрогели также можно классифицировать по следующим трем категориям:
- гомополимерные гидрогели
- сополимерные гидрогели
- мультиполимерные гидрогели? IPN гидрогели
В зависимости от типа сшивки гидрогели классифицируются на:
- Химически сшитые сети: постоянные соединения
- Физически сшитые сети: переходные соединения
Внешний вид приводит к классификации на:
- матрица
- фильм
- микросфера
Классификация по электрическому заряду сети:
- Неионогенная (нейтральная)
- ионные (в том числе анионные или катионные)
- Амфотерный электролит (амфолитический)
- цвиттерионная (полибетаины)
Литература? Литература
- 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.