Повољна производња хидрогела путем ултразвука
Соникација је веома ефикасна, поуздана и једноставна техника за припрему хидрогелова високих перформанси. Ови хидрогелови нуде одличне карактеристике материјала као што су капацитет апсорпције, вискоеластичност, механичка чврстоћа, модул компресије и функције самозалечења.
Ултразвучна полимеризација и дисперзија за производњу хидрогела
Хидрогелови су хидрофилне, тродимензионалне полимерне мреже које су у стању да апсорбују велике количине воде или течности. Хидрогелови показују изузетан капацитет бубрења. Уобичајени грађевински блокови хидрогелова укључују поливинил алкохол, полиетилен гликол, натријум полиакрилат, акрилатне полимере, карбомере, полисахариде или полипептиде са великим бројем хидрофилних група и природне протеине као што су колаген, желатин и фибрин.
Такозвани хибридни хидрогелови састоје се од различитих хемијски, функционално и морфолошки различитих материјала, као што су протеини, пептиди или нано-/микроструктуре.
Ултразвучна дисперзија се широко користи као високо ефикасна и поуздана техника за хомогенизацију наноматеријала као што су угљеничне наноцеви (ЦНТ, МВЦНТ, СВЦНТ), нано-кристали целулозе, хитин нановлакна, титанијум диоксид, наночестице сребра, протеини и други микрони или наноструктури у полимерну матрицу хидрогелова. Ово чини соникацију главним алатом за производњу хидрогелова високих перформанси са изванредним квалитетима.

Ултрасоницатор УИП1000хдТ са стакленим реактором за синтезу хидрогела
Шта истраживања показују – Ултразвучна припрема хидрогела
Прво, ултразвук промовише полимеризацију и реакције умрежавања током формирања хидрогела.
Друго, ултразвук се показао као поуздана и ефикасна техника дисперзије за производњу хидрогелова и нанокомпозитних хидрогелова.
Ултразвучно унакрсно повезивање и полимеризација хидрогелова
Ултразвук помаже формирање полимерних мрежа током синтезе хидрогела путем стварања слободних радикала. Интензивни ултразвучни таласи стварају акустичну кавитацију која узрокује велике силе смицања, молекуларно смицање и стварање слободних радикала.
Цасс ет ал. (2010) припремили су неколико „акрилних хидрогелова припремљених ултразвучном полимеризацијом мономера и макромономера растворљивих у води. Ултразвук је коришћен за стварање иницијалних радикала у вискозним воденим растворима мономера коришћењем адитива глицерола, сорбитола или глукозе у отвореном систему на 37°Ц. Адитиви растворљиви у води били су неопходни за производњу хидрогела, при чему је глицерол најефикаснији. Хидрогелови су припремљени од мономера 2-хидроксиетил метакрилата, поли(етилен гликол) диметакрилата, декстран метакрилата, акрилне киселине/етилен гликол диметакрилата и акриламида/бис-акриламида. [Цасс ет ал. 2010] Утврђено је да је примена ултразвука коришћењем ултрасоникатора ефикасна метода за полимеризацију у води растворљивих винил мономера и накнадну припрему хидрогелова. Полимеризација иницирана ултразвуком се дешава брзо у одсуству хемијског иницијатора.
Комплетан протокол студије пронађите овде!
- наночестице, нпр. ТиО2
- угљеничне наноцеви (ЦНТ)
- нанокристали целулозе (ЦНЦ)
- нанофибриле целулозе
- гуме, нпр. ксантан, гума семена жалфије
- протеини
Прочитајте више о ултразвучној синтези нанокомпозитних хидрогелова и наногела!

Формирање хидрогела путем гелирања уз помоћ ултразвука коришћењем ултрасоникатор УП100Х (Студија и филм: Рутгеертс ет ал., 2019)

СЕМ хидрогела поли(акриламид-ко-итаконске киселине) који садржи МВЦНТ. МВЦНТ су ултразвучно дисперговани коришћењем ултразвучног апарата УП200С.
студија и слика: Мохаммадинежада и сар., 2018
Израда поли(акриламид-ко-итаконске киселине) – МВЦНТ хидрогел користећи соникацију
Мохаммадинезхада и др. (2018) су успешно произвели суперапсорбујући хидрогел композит који садржи поли(акриламид-коитаконску киселину) и угљеничне наноцеви са више зидова (МВЦНТ). Ултразвук је изведен са Хиелсцхер ултразвучним уређајем УП200ССтабилност хидрогела се повећава са повећањем односа МВЦНТ, што се може приписати хидрофобној природи МВЦНТ-а, као и повећању густине умрежача. Капацитет задржавања воде (ВРЦ) хидрогела П(ААм-цо-ИА) је такође повећан у присуству МВЦНТ (10 теж%). У овој студији, ефекти ултразвучне обраде су оцењени као супериорнији у погледу равномерне дистрибуције угљеничних наноцеви на површини полимера. МВЦНТ су били нетакнути без икаквих прекида у полимерној структури. Додатно, повећана је чврстоћа добијеног нанокомпозита и његов капацитет задржавања воде и апсорпција других растворљивих материјала попут Пб (ИИ). Соникација је разбила иницијатор и распршила МВЦНТ као одлично пунило у полимерним ланцима под растућом температуром.
Истраживачи закључују да се ови „услови реакције не могу постићи конвенционалним методама, а хомогеност и добра дисперзија честица у домаћину се не могу постићи. Поред тога, соницатион процес раздваја наночестице у једну честицу, док мешање то не може учинити. Други механизам за смањење величине је ефекат снажних акустичних таласа на секундарне везе као што је водонична веза, при чему ово зрачење разбија Х-везу честица, и након тога, раставља агрегиране честице и повећава број слободних адсорптивних група као што су -ОХ и приступачност. Дакле, овај важан догађај чини процес соникације супериорним методом у односу на друге, попут магнетног мешања који се примењује у литератури. [Мохаммадинезхада ет ал., 2018]
Ултрасоникатори високих перформанси за синтезу хидрогела
Хиелсцхер Ултрасоницс производи ултразвучну опрему високих перформанси за синтезу хидрогелова. Од малих и средњих Р&Д и пилот ултрасоникатори за индустријске системе за комерцијалну производњу хидрогела у континуираном режиму, Хиелсцхер Ултрасоницс има покривене ваше процесне захтеве.
Индустријски ултразвучни апарати могу да испоруче веома велике амплитуде, што омогућава поуздане реакције умрежавања и полимеризације и уједначену дисперзију нано честица. Амплитуде до 200 µм могу се лако радити у континуитету 24/7/365. За још веће амплитуде, доступне су прилагођене ултразвучне сонотроде.
- висока ефикасност
- најсавременија технологија
- поузданост & робусност
- батцх & у реду
- за било коју запремину
- интелигентни софтвер
- паметне функције (нпр. протоколирање података)
- ЦИП (чишћење на месту)
Питајте нас данас за додатне техничке информације, цене и необавезујућу понуду. Наше дугогодишње искусно особље радо вас консултује!
Табела у наставку даје вам индикацију приближних капацитета обраде наших ултразвучних апарата:
Батцх Волуме | Проток | Препоручени уређаји |
---|---|---|
1 до 500 мл | 10 до 200 мл/мин | УП100Х |
10 до 2000 мл | 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
0.1 до 20Л | 0.2 до 4Л/мин | УИП2000хдТ |
10 до 100 л | 2 до 10 л/мин | УИП4000хдТ |
на | 10 до 100 л/мин | УИП16000 |
на | већи | кластер оф УИП16000 |
Контактирајте нас! / Питајте нас!
Чињенице које вреди знати
За шта се користе хидрогелови?
Хидрогелови се користе у многим индустријама као што су фармација за испоруку лекова (нпр. за временско ослобађање, орално, интравенозно, локално или ректално давање лекова), у медицини (нпр. као скеле у инжењерингу ткива, имплантати у грудима, биомеханички материјал, завоји за ране), козметици производи, производи за негу (нпр. контактна сочива, пелене, хигијенски улошци), пољопривреда (нпр. за формулације пестицида, грануле за задржавање влаге у земљишту у сушним областима), истраживање материјала као функционалних полимера (нпр. експлозиви у воденом гелу, инкапсулација квантних тачака, термодинамички електрицитет производња), одводњавање угља, вештачки снег, адитиви за храну и други производи (нпр. лепак).
Класификација хидрогелова
Када се изврши класификација хидрогелова у зависности од њихове физичке структуре може се класификовати на следећи начин:
- аморфна (некристална)
- полукристални: Сложена мешавина аморфних и кристалних фаза
- кристално
Када се фокусирају на полимерни састав, хидрогелови се такође могу класификовати у следеће три категорије:
- хомополимерни хидрогелови
- кополимерни хидрогелови
- мултиполимерни хидрогелови / ИПН хидрогелови
На основу типа умрежавања, хидрогелови се класификују у:
- хемијски умрежене мреже: трајни спојеви
- физички умрежене мреже: прелазни спојеви
Физички изглед доводи до класификације у:
- матрица
- филм
- микросфера
Класификација на основу електричног набоја мреже:
- нејонски (неутрални)
- јонски (укључујући ањонске или катјонске)
- амфотерни електролит (амфолитички)
- цвитерјонски (полибетаини)
Литература / Референце
- 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.