Výhodná výroba hydrogélu ultrazvukom

Sonikácia je vysoko účinná, spoľahlivá a jednoduchá technika na prípravu vysokovýkonných hydrogélov. Tieto hydrogély ponúkajú vynikajúce vlastnosti materiálu, ako sú absorpčné kapacity, viskoelasticita, mechanická pevnosť, modul kompresie a samoliečebné funkcie.

Ultrazvuková polymerizácia a disperzia na výrobu hydrogélu

Hydrogély sú hydrofilné, trojrozmerné polymérne siete, ktoré sú schopné absorbovať veľké množstvo vody alebo tekutín. Hydrogély vykazujú mimoriadnu schopnosť napučiavať. Medzi bežné stavebné kamene hydrgélov patrí polyvinylalkohol, polyetylénglykol, polyakrylát sodný, akrylátové polyméry, karbomery, polysacharidy alebo polypeptidy s vysokým počtom hydrofilných skupín a prírodné proteíny ako kolagén, želatína a fibrín.
Takzvané hybridné hydrogély pozostávajú z rôznych chemicky, funkčne a morfologicky odlišných materiálov, ako sú proteíny, peptidy alebo nano-/mikroštruktúry.
Ultrazvuková disperzia je široko používaná ako vysoko účinná a spoľahlivá technika na homogenizáciu nanomateriálov, ako sú uhlíkové nanotrubice (CNT, MWCNT, SWCNT), nanokryštály celulózy, chitínové nanovlákna, oxid titaničitý, nanočastice striebra, proteíny a iné mikrónové alebo nanoštruktúry do polymérnej matrice hydrogélov. Vďaka tomu je sonikácia hlavným nástrojom na výrobu vysokovýkonných hydrogélov s mimoriadnymi vlastnosťami.

Čo ukazuje výskum – Ultrazvukový hydrogélový prípravok

Po prvé, ultrazvuk podporuje polymerizáciu a zosieťovacie reakcie počas tvorby hydrogélu.
Po druhé, ultrazvuk sa osvedčil ako spoľahlivá a účinná disperzná technika na výrobu hydrogélov a nanokompozitných hydrogélov.

Ultrazvukové zosieťovanie a polymerizácia hydrogélov

Ultrazvuk pomáha pri tvorbe polymérnych sietí počas syntézy hydrogélu prostredníctvom tvorby voľných radikálov. Intenzívne ultrazvukové vlny vytvárajú akustickú kavitáciu, ktorá spôsobuje vysoké šmykové sily, molekulárny strih a tvorbu voľných radikálov.

Cass et al. (2010) pripravili niekoľko "akrylových hydrogélov boli pripravené ultrazvukovou polymerizáciou vo vode rozpustných monomérov a makromonomérov. Ultrazvuk sa použil na vytvorenie iniciačných radikálov vo viskóznych vodných monomérnych roztokoch pomocou prísad glycerolu, sorbitolu alebo glukózy v otvorenom systéme pri 37 °C. Vo vode rozpustné prísady boli nevyhnutné pre výrobu hydrogélu, glycerol bol najúčinnejší. Hydrogély boli pripravené z monomérov 2-hydroxyetylmetakrylátu, poly(etylénglykolu) dimetakrylátu, dextrán metakrylátu, kyseliny akrylovej/etylénglykoldiakrylátu a akrylamidu/bis-akrylamidu." [Cass et al. 2010] Zistilo sa, že ultrazvuková aplikácia pomocou ultrazvukového sondy je účinnou metódou polymerizácie vo vode rozpustných vinylových monomérov a následnej prípravy hydrogélov. Ultrazvukom iniciovaná polymerizácia prebieha rýchlo v neprítomnosti chemického iniciátora.

Prečítajte si viac o ultrazvukovej syntéze nanokompozitných hydrogélov a nanogélov!

Ultrazvuk je kompatibilný so všetkými druhmi polymérov a biopolymérov a umožňuje vystužiť hybridné hydrogély nanoštruktúrovanými materiálmi, ako sú nanočastice, nanokryštály alebo nanovlákna. Vystuženie hydrogélov rôznymi nanomateriálmi umožňuje modifikovať a kontrolovať fyzikálno-chemické a reomechanické vlastnosti nanokompozitných hydrogélov, pretože mikroštruktúry sú kľúčovým faktorom pre získané vlastnosti materiálu.

Výroba kyseliny poly(akrylamid-ko-itakonová) – MWCNT Hydrogel pomocou sonikácie

Mohammadinezhada et al. (2018) úspešne vyrobili superabsorpčný hydrogélový kompozit obsahujúci poly(akrylamid-ko-itakoná) a viacstenné uhlíkové nanotrubice (MWCNT). Ultrazvuk bol vykonaný pomocou ultrazvukového prístroja Hielscher UP200S. Stabilita hydrogélu sa zvyšovala so zvyšujúcimi sa pomermi MWCNT, čo možno pripísať hydrofóbnej povahe MWCNT, ako aj zvýšeniu hustoty zosieťovača. Kapacita zadržiavania vody (WRC) hydrogélu P(AAm-co-IA) sa tiež zvýšila v prítomnosti MWCNT (10 hm.). V tejto štúdii boli účinky ultrazvuku hodnotené ako lepšie, pokiaľ ide o rovnomerné rozloženie uhlíkových nanotrubíc na povrchu polyméru. MWCNT boli neporušené bez akéhokoľvek prerušenia polymérnej štruktúry. Okrem toho sa zvýšila pevnosť získaného nanokompozitu a jeho schopnosť zadržiavať vodu a absorpcia iných rozpustných materiálov, ako je Pb (II). Sonikácia zlomila iniciátor a rozptýlila MWCNT ako vynikajúce plnivo v polymérnych reťazcoch pri zvyšujúcej sa teplote.
Vedci dospeli k záveru, že tieto "reakčné podmienky nie je možné dosiahnuť konvenčnými metódami a nie je možné dosiahnuť homogenitu a dobrý rozptyl častíc do hostiteľa. Okrem toho proces sonikácie rozdeľuje nanočastice na jednu časticu, zatiaľ čo miešanie to nedokáže. Ďalším mechanizmom na zmenšenie veľkosti je účinok silných akustických vĺn na sekundárne väzby, ako je vodíková väzba, pri ktorej toto ožarovanie preruší H-väzbu častíc a následne disociuje agregované častice a zvýši počet voľných adsorpčných skupín ako -OH a dostupnosť. Táto dôležitá udalosť teda robí zo sonikácie proces lepšiu metódu oproti ostatným, ako je magnetické miešanie používané v literatúre." [Mohammadinezhada a kol., 2018]

Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje na syntézu hydrogélu

Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové zariadenia na syntézu hydrogélov. Od malého a stredného R&D a pilotné ultrazvuky pre priemyselné systémy pre komerčnú výrobu hydrogélov v kontinuálnom režime, Hielscher Ultrasonics pokrýva vaše procesné požiadavky.
Ultrazvukové prístroje priemyselnej kvality môžu poskytovať veľmi vysoké amplitúdy, ktoré umožňujú spoľahlivé reakcie zosieťovania a polymerizácie a rovnomernú disperziu nanočastíc. Amplitúdy až 200 μm je možné ľahko nepretržite prevádzkovať v prevádzke 24/7/365. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy.

Opýtajte sa nás ešte dnes na ďalšie technické informácie, ceny a nezáväznú cenovú ponuku. Náš dlhoročný skúsený personál vám rád poradí!
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov: