Ugodna proizvodnja hidrogela z ultrazvokom

Sonication je zelo učinkovita, zanesljiva in enostavna tehnika za pripravo visoko zmogljivih hidrogelov. Ti hidrogeli ponujajo odlične lastnosti materiala, kot so absorpcijske sposobnosti, viskoelastičnost, mehanska trdnost, modul stiskanja in funkcije samozdravljenja.

Ultrazvočna polimerizacija in disperzija za proizvodnjo hidrogela

Hidrogeli so hidrofilne, tridimenzionalne polimerne mreže, ki lahko absorbirajo velike količine vode ali tekočin. Hidrogeli kažejo izjemno sposobnost otekanja. Skupni gradniki hidrgelov vključujejo polivinil alkohol, polietilen glikol, natrijev poliakrilat, akrilatne polimere, karbomere, polisaharide ali polipeptide z velikim številom hidrofilnih skupin in naravne beljakovine, kot so kolagen, želatina in fibrin.
Tako imenovani hibridni hidrogeli so sestavljeni iz različnih kemično, funkcionalno in morfološko različnih materialov, kot so beljakovine, peptidi ali nano-? mikrostrukture.
Ultrazvočna disperzija se pogosto uporablja kot zelo učinkovita in zanesljiva tehnika za homogenizacijo nanomaterialov, kot so ogljikove nanocevke (CNT, MWCNT, SWCNT), celulozni nanokristali, hitinska nanovlakna, titanov dioksid, nanodelci srebra, beljakovine in druge mikronske ali nanostrukture v polimerni matriks hidrogelov. Zaradi tega je ultrazvočno razbijanje glavno orodje za proizvodnjo visoko zmogljivih hidrogelov z izjemnimi lastnostmi.

Kaj kažejo raziskave – Ultrazvočna priprava hidrogela

Prvič, ultrasonication spodbuja polimerizacijo in reakcije navzkrižnega povezovanja med tvorbo hidrogela.
Drugič, ultrasonication se je izkazal kot zanesljiva in učinkovita disperzijska tehnika za proizvodnjo hidrogelov in nanokompozitnih hidrogelov.

Ultrazvočno navzkrižno povezovanje in polimerizacija hidrogelov

Ultrasonication pomaga pri tvorbi polimernih mrež med sintezo hidrogela z nastajanjem prostih radikalov. Intenzivni ultrazvočni valovi ustvarjajo akustično kavitacijo, ki povzroča visoke strižne sile, molekularno striženje in nastajanje prostih radikalov.

Cass et al. (2010) prepared several “acrylic hydrogels were prepared via ultrasonic polymerization of water soluble monomers and macromonomers. Ultrasound was used to create initiating radicals in viscous aqueous monomer soluions using the additives glycerol, sorbitol or glucose in an open system at 37°C. The water soluble additives were essential for the hydrogel production, glycerol being the most effective. Hydrogels were prepared from the monomers 2-hydroxyethyl methacrylate, poly(ethylene glycol) dimethacrylate, dextran methacrylate, acrylic acid/ethylene glycol dimethacrylate and acrylamide/bis-acrylamide.” [Cass et al. 2010] Ultrasound application using a probe ultrasonicator was found to be an effective method for the polymerization of water soluble vinyl monomers and the subsequent preparation of hydrogels. The ultrasonically initiated polymerization occurs rapidly in the absence of a chemical initiator.
Celoten protokol študije najdete tukaj!
 

Preberite več o ultrazvočni sintezi nanokompozitnih hidrogelov in nanogelov!

Ultrasonication je združljiv z vsemi vrstami polimerov in biopolimerov in omogoča okrepitev hibridnih hidrogelov z nanostrukturiranimi materiali, kot so nanodelci, nanokristali ali nanovlakna. Ojačitev hidrogelov z različnimi nanomateriali omogoča spreminjanje in nadzor fizikalno-kemijskih in reo-mehanskih lastnosti nanokompozitnih hidrogelov, saj so mikrostrukture ključni dejavnik za dobljene lastnosti materiala.

Izdelava poli(akrilamid-ko-itakonske kisline) – MWCNT hidrogel z uporabo ultrazvočnega razbijanja

(2018) uspešno izdelali superabsorbentni hidrogelni kompozit, ki vsebuje poli(akrilamid-ko-itakonska kislina) in večstenske ogljikove nanocevke (MWCNT). Ultrasonication je bil izveden z ultrazvočno napravo Hielscher UP200S. Stabilnost hidrogela se je povečala z naraščanjem razmerij MWCNT, kar bi lahko pripisali hidrofobni naravi MWCNT in povečanju gostote navzkrižnega povezovalca. Zmogljivost zadrževanja vode (WRC) hidrogela P(AAm-co-IA) se je povečala tudi v prisotnosti MWCNT (10 mas.). V tej študiji so bili učinki ultrasonication ocenjeni kot boljši glede enakomerne porazdelitve ogljikovih nanocevk na površini polimera. MWCNT so bili nedotaknjeni brez prekinitve v polimerni strukturi. Poleg tega se je povečala moč dobljenega nanokompozita in njegova sposobnost zadrževanja vode ter absorpcija drugih topnih materialov, kot je Pb (II). Sonication je zlomil iniciator in razpršil MWCNT kot odlično polnilo v polimernih verigah pod naraščajočo temperaturo.
The researchers conclude that these “reaction conditions cannot be achieved through conventional methods, and the homogeneity and good-dispersion of particles into the host cannot be achieved. In addition, sonication process separate nanoparticles into single particle, while stirring cannot do this. Another mechanism for the size reduction is the effect of powerful acoustic waves on the secondary bonds like hydrogen bonding which this irradiation breaks the H-bonding of particles, and subsequently, dissociates the aggregated particles and increase the number of free adsorptive groups like -OH and accessibility. Thus, this important happening makes sonication process as a superior method over the others like magnetic stirring applied in the literatures.” [Mohammadinezhada et al., 2018]

Visoko zmogljivi ultrazvočni aparati za sintezo hidrogela

Hielscher Ultrasonics proizvaja visoko zmogljivo ultrazvočno opremo za sintezo hidrogelov. Od majhnih in srednje velikih R&D in pilotni ultrazvočni aparati za industrijske sisteme za komercialno proizvodnjo hidrogelov v neprekinjenem načinu, Hielscher Ultrasonics pokriva vaše procesne zahteve.
Ultrazvočni aparati industrijskega razreda lahko zagotovijo zelo visoke amplitude, ki omogočajo zanesljive reakcije navzkrižnega povezovanja in polimerizacije ter enakomerno disperzijo nano delcev. Amplitude do 200 μm je mogoče enostavno neprekinjeno izvajati v 24/7/365 delovanju. Za še višje amplitude so na voljo prilagojene ultrazvočne sonotrode.

Vprašajte nas danes za dodatne tehnične informacije, cene in nezavezujočo ponudbo. Naše dolgoletno izkušeno osebje vam z veseljem svetuje!
Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov: