Предности производње хидрогелова ултразвучном обрадом

Соникација је веома ефикасна, поуздана и једноставна техника за припрему хидрогелова високих перформанси. Ови хидрогелови имају одлична својства материјала, као што су капацитет апсорпције, вискоеластичност, механичка чврстоћа, модул притисне еластичности и способност самозарастања.

Ултразвучна полимеризација и дисперговање за производњу хидрогелова

Хидрогелови су хидрофилне, тродимензионалне полимерне мреже које могу да апсорбују велике количине воде или флуида. Хидрогелови показују изузетну способност бубрења. Уобичајени градивни елементи 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 материјала који се разликују по хемијским, функционалним и морфолошким својствима, као што су протеини, пептиди или нано- / микроструктуре.
Ултразвучно дисперговање широко се користи као веома ефикасна и поуздана техника за хомогену расподелу наноматеријала, као што су угљеничне наноцеви (CNTs, MWCNTs, SWCNTs), нанокристали целулозе, хитинска нановлакна, титан-диоксид, наночестице сребра, протеини и друге микронске или наноструктуре, у полимерној матрици хидрогелова. То чини соникацију једним од главних поступака за производњу хидрогелова високих перформанси са изузетним својствима.

Шта показују истраживања – ултразвучна припрема хидрогелова

Прво, ултразвучна обрада подстиче реакције полимеризације и умрежавања током формирања хидрогелова.
Друго, ултразвучна обрада се показала као поуздана и ефикасна техника дисперговања за производњу хидрогелова и нанокомпозитних хидрогелова.

Ултразвучно умрежавање и полимеризација хидрогелова

Ултразвучна обрада потпомаже формирање полимерних мрежа током синтезе хидрогелова стварањем слободних радикала. Интензивни ултразвучни таласи стварају акустичну кавитацију, која изазива снажне смицајне силе, смицање молекула и формирање слободних радикала.

Cass и сарадници (2010) припремили су неколико „акрилних хидрогелова ултразвучном полимеризацијом мономера и макромономера растворљивих у води. Ултразвук је коришћен за стварање иницирајућих радикала у вискозним воденим растворима мономера уз употребу додатака глицерола, сорбитола или глукозе у отвореном систему на 37°C. Додаци растворљиви у води били су неопходни за производњу хидрогелова, при чему је глицерол био најефикаснији. Хидрогелови су припремљени од мономера 2-хидроксиетил-метакрилата, поли(етилен-гликол)-диметакрилата, декстран-метакрилата, акрилне киселине/етилен-гликол-диметакрилата и акриламида/бис-акриламида.“ [Cass et al. 2010] Утврђено је да је примена ултразвука помоћу ултразвучног уређаја са сондом ефикасна метода за полимеризацију винилних мономера растворљивих у води и накнадну припрему хидрогелова. Ултразвучно иницирана полимеризација одвија се брзо у одсуству хемијског иницијатора.
Овде пронађите комплетан протокол истраживања!
 

Ултразвучно дисперговање пирогеног силицијум-диоксида: ултразвучни хомогенизатор Hielscher UP400S брзо и ефикасно диспергује прах силицијум-диоксида на појединачне наночестице.

Прочитајте више о ултразвучној синтези нанокомпозитних хидрогелова и наногелова!

Ултразвучна обрада је компатибилна са свим врстама полимера и биополимера и омогућава ојачавање хибридних хидрогелова наноструктурираним материјалима као што су наночестице, нанокристали или нановлакна. Ојачавање хидрогелова различитим наноматеријалима омогућава измену и контролу физичкохемијских и реомеханичких својстава нанокомпозитних хидрогелова, јер су микроструктуре кључни фактор за добијена својства материјала.

Израда хидрогела од поли(акриламид-ко-итаконске киселине) – MWCNT применом соникације

Mohammadinezhada et al. (2018) успешно су произвели суперапсорбујући хидрогелни композит који садржи поли(акриламид-ко-итаконску киселину) и вишезидне угљеничне наноцеви (MWCNTs). Ултразвучна обрада је изведена помоћу ултразвучног уређаја Hielscher UP200S. Стабилност хидрогела се повећавала са повећањем удела MWCNTs, што би се могло приписати хидрофобној природи MWCNTs, као и повећању густине средства за умрежавање. Капацитет задржавања воде (WRC) хидрогела P(AAm-co-IA) такође се повећао у присуству MWCNT (10 wt%). У овој студији, ефекти ултразвучне обраде оцењени су као супериорни у погледу равномерне расподеле угљеничних наноцеви на површини полимера. MWCNTs су остале неоштећене, без икаквог нарушавања полимерне структуре. Поред тога, повећане су чврстоћа добијеног нанокомпозита, његов капацитет задржавања воде и апсорпција других растворљивих материја, као што је Pb (II). Соникација је разградила иницијатор и дисперговала MWCNTs као одлично пунило у полимерним ланцима при повећању температуре.
Истраживачи закључују да се ови „реакциони услови не могу постићи конвенционалним методама, нити се могу постићи хомогеност и добро дисперговање честица у матрици. Поред тога, процес соникације раздваја наночестице на појединачне честице, док се мешањем то не може постићи. Други механизам смањења величине јесте дејство снажних акустичних таласа на секундарне везе, као што су водоничне везе, при чему ово озрачивање раскида водоничне везе између честица, а затим раздваја агрегиране честице и повећава број слободних адсорптивних група, као што је -OH, и њихову доступност. Стога ова важна појава чини процес соникације супериорном методом у односу на друге, попут магнетног мешања примењеног у литератури.“ [Mohammadinezhada et al., 2018]

Ултразвучни хомогенизатори високих перформанси за синтезу хидрогела

Hielscher Ultrasonics производи ултразвучну опрему високих перформанси за синтезу хидрогела. Од малих и средњих ултразвучних хомогенизатора за истраживање и развој и пилот-примену до индустријских система за комерцијалну производњу хидрогела у континуалном режиму, Hielscher Ultrasonics испуњава захтеве вашег процеса.
Ултразвучни хомогенизатори индустријске класе могу да обезбеде веома високе амплитуде, које омогућавају поуздане реакције умрежавања и полимеризације и равномерно дисперговање наночестица. Амплитуде до 200µm могу се лако одржавати непрекидно у режиму рада 24/7/365. За још више амплитуде доступне су ултразвучне сонотроде израђене по мери.

Затражите од нас већ данас додатне техничке информације, цене и необавезујућу понуду. Наше особље са дугогодишњим искуством радо ће вас посаветовати!
Табела у наставку даје преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних хомогенизатора:

Hielscher SonoStation олакшава соникацију шаржи средње запремине у реактору са проточном ћелијом. Компактна SonoStation обједињује резервоар са мешалицом запремине 38 литара и завојну ексцентарску пумпу са подесивим протоком која може да доводи до 3 литра у минути у један или два ултразвучна реактора са проточном ћелијом.