Переваги виробництва гідрогелів за допомогою ультразвукової обробки

Ультразвукова обробка є високоефективним, надійним і простим методом підготовки високопродуктивних гідрогелів. Ці гідрогелі пропонують чудові матеріальні властивості, такі як поглинальна здатність, в’язкопружність, механічна міцність, модуль стиску та функціональність самовідновлення.

Ультразвукова полімеризація та диспергування для виробництва гідрогелів

Гідрогелі – це гідрофільні тривимірні полімерні мережі, здатні поглинати великі кількості води або рідин. Гідрогелі демонструють надзвичайну набухальну здатність. До загальних будівельних блоків гідрогелів належать полівініловий спирт, поліетиленгліколь, поліакрилат натрію, акрилатні полімери, карбомери, полісахариди або поліпептиди з великою кількістю гідрофільних груп, а також природні білки, такі як колаген, желатин і фібрин.
Так звані гібридні гідрогелі складаються з різних хімічно, функціонально та морфологічно відмінних матеріалів, таких як білки, пептиди або нано-/мікроструктури.
Ультразвукове диспергування широко використовується як високоефективний і надійний метод для гомогенізації наноматеріалів, таких як вуглецеві нанотрубки (CNTs, MWCNTs, SWCNTs), нанокристали целюлози, хітинові нановолокна, діоксид титану, наночастинки срібла, білки та інші мікро- або наноструктури, у полімерну матрицю гідрогелів. Це робить ультразвукову обробку основним інструментом для виробництва високопродуктивних гідрогелів із надзвичайними якостями.

Що показують дослідження – підготовка гідрогелів за допомогою ультразвуку

По-перше, ультразвукова обробка сприяє реакціям полімеризації та зшивання під час формування гідрогелів.
По-друге, ультразвукова обробка зарекомендувала себе як надійний і ефективний метод диспергування для виробництва гідрогелів і нанокомпозитних гідрогелів.

Ультразвукове зшивання та полімеризація гідрогелів

Ультразвукова обробка сприяє утворенню полімерних мереж під час синтезу гідрогелів через генерацію вільних радикалів. Інтенсивні ультразвукові хвилі створюють акустичну кавітацію, яка спричиняє високі зсувні сили, молекулярне зсування та утворення вільних радикалів.

Cass et al. (2010) підготували кілька «акрилових гідрогелів за допомогою ультразвукової полімеризації водорозчинних мономерів і макромономерів. Ультразвук використовувався для створення ініціюючих радикалів у в’язких водних розчинах мономерів за допомогою добавок гліцерину, сорбітолу або глюкози в відкритій системі при 37°C. Водорозчинні добавки були необхідними для виробництва гідрогелів, причому гліцерин був найбільш ефективним. Гідрогелі були підготовлені з мономерів 2-гідроксиетилметакрилату, полі(етиленгліколь)диметакрилату, декстранметакрилату, акрилової кислоти/етиленглікольдиметакрилату та акриламіду/біс-акриламіду». [Cass et al. 2010] Застосування ультразвуку за допомогою зондового ультразвукового обробника було визнано ефективним методом для полімеризації водорозчинних вінілових мономерів і подальшої підготовки гідрогелів. Ультразвуково ініційована полімеризація відбувається швидко в відсутності хімічного ініціатора.
Знайдіть повний протокол дослідження тут!
 

Ультразвукове диспергування пірогенного діоксиду кремнію: ультразвуковий гомогенізатор Hielscher UP400S швидко й ефективно диспергує порошок діоксиду кремнію до окремих наночастинок.

Дізнайтеся більше про ультразвуковий синтез нанокомпозитних гідрогелів і наногелів!

Ультразвукова обробка сумісна з усіма видами полімерів і біополімерів і дозволяє зміцнювати гібридні гідрогелі наноструктурованими матеріалами, такими як наночастинки, нанокристали або нановолокна. Зміцнення гідрогелів різними наноматеріалами дозволяє модифікувати та контролювати фізико-хімічні та реомеханічні властивості нанокомпозитних гідрогелів, оскільки мікроструктури є ключовим фактором для отриманих матеріальних властивостей.

Виготовлення полі(акриламід-ко-ітаконової кислоти) – МВНТ гідрогелю за допомогою ультразвукової обробки

Mohammadinezhada et al. (2018) успішно виробили супервбираючий гідрогельний композит, що містить полі(акриламід-ко-ітаконову кислоту) та багатошарові вуглецеві нанотрубки (МВНТ). Ультразвукову обробку проводили за допомогою ультразвукового пристрою Hielscher UP200S. Стабільність гідрогелю зростала зі збільшенням частки МВНТ, що може бути пов’язано з гідрофобною природою МВНТ, а також зі збільшенням щільності зшиваючого агента. Водотримна здатність (WRC) гідрогелю P(AAm-co-IA) також збільшилася в присутності МВНТ (10 wt%). У цьому дослідженні вплив ультразвукової обробки був оцінений як кращий щодо рівномірного розподілу вуглецевих нанотрубок на поверхні полімеру. МВНТ залишилися цілими без будь-яких порушень у полімерній структурі. Крім того, міцність отриманого нанокомпозиту, його водотримна здатність та абсорбція інших розчинних матеріалів, таких як Pb (II), збільшилися. Ультразвукова обробка розривала ініціатор і диспергувала МВНТ як чудовий наповнювач у полімерних ланцюгах за підвищеної температури.
Дослідники роблять висновок, що «реакційні умови не можуть бути досягнуті традиційними методами, а однорідність і хороша дисперсія частинок у матриці не можуть бути досягнуті. Крім того, процес ультразвукової обробки розділяє наночастинки на окремі частинки, тоді як перемішування не може цього зробити. Іншим механізмом зменшення розміру є вплив потужних акустичних хвиль на вторинні зв’язки, такі як водневі зв’язки, які це опромінення руйнує, і, як наслідок, дисоціює агреговані частинки та збільшує кількість вільних адсорбційних груп, таких як -OH, та їх доступність. Таким чином, ця важлива подія робить процес ультразвукової обробки кращим методом порівняно з іншими, такими як магнітне перемішування, застосоване в літературі». [Mohammadinezhada et al., 2018]

Високоефективні ультразвукові апарати для синтезу гідрогелів

Hielscher Ultrasonics виробляє високоефективне ультразвукове обладнання для синтезу гідрогелів. Від малих і середніх лабораторних та пілотних ультразвукових апаратів до промислових систем для комерційного виробництва гідрогелів у безперервному режимі, Hielscher Ultrasonics задовольняє ваші технологічні вимоги.
Промислові ультразвукові апарати можуть забезпечувати дуже високі амплітуди, що дозволяє здійснювати надійне зшивання та реакції полімеризації, а також рівномірну дисперсію наночастинок. Амплітуди до 200µm можуть легко працювати безперервно в режимі 24/7/365. Для ще вищих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди.

Зверніться до нас сьогодні за додатковою технічною інформацією, цінами та орієнтовною комерційною пропозицією. Наш досвідчений персонал буде радий проконсультувати вас!
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність наших ультразвукових апаратів:

Hielscher SonoStation спрощує ультразвукову обробку партій середнього об’єму в проточному реакторі. Компактна SonoStation поєднує резервуар об’ємом 38 літрів із мішалкою та регульований ексцентриково-гвинтовий насос, який може подавати до 3 літрів за хвилину в один або два ультразвукові проточні реактори.