Вигідне виробництво гідрогелю за допомогою ультразвуку

Ультразвукове дослідження є високоефективною, надійною і простою методикою приготування високоефективних гідрогелів. Ці гідрогелі мають чудові властивості матеріалу, такі як абсорбційна здатність, в'язкопружність, механічна міцність, модуль стиснення та функції самовідновлення.

Ультразвукова полімеризація та диспергування для виробництва гідрогелю

Гідрогелі – це гідрофільні тривимірні полімерні мережі, які здатні поглинати велику кількість води або рідин. Гідрогелі виявляють надзвичайну здатність до набухання. Поширені будівельні блоки гідрогелів включають 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 і морфологічно різних матеріалів, таких як білки, пептиди або нано- / мікроструктури.
Ультразвукова дисперсія широко використовується як високоефективний і надійний метод гомогенізації наноматеріалів, таких як вуглецеві нанотрубки (CNTs, MWCNTs, SWCNTs), нанокристали целюлози, хітинові нановолокна, діоксид титану, наночастинки срібла, білки та інші мікрон- або наноструктури в полімерну матрицю гідрогелів. Це робить ультразвук основним інструментом для виробництва високоефективних гідрогелів з надзвичайними якостями.

Що показують дослідження – Приготування ультразвукового гідрогелю

По-перше, ультразвук сприяє реакціям полімеризації і зшивання при утворенні гідрогелю.
По-друге, ультразвук зарекомендував себе як надійна і ефективна дисперсійна методика для виробництва гідрогелів і нанокомпозитних гідрогелів.

Ультразвукове зшивання та полімеризація гідрогелів

Ультразвук сприяє утворенню полімерних сіток під час синтезу гідрогелю шляхом генерації вільних радикалів. Інтенсивні ультразвукові хвилі генерують акустичну кавітацію, яка викликає високі сили зсуву, молекулярне зсув і утворення вільних радикалів.

Cass et al. (2010) підготували кілька «акрилових гідрогелів, які були приготовані за допомогою ультразвукової полімеризації водорозчинних мономерів і макромономерів. Ультразвук використовувався для створення ініціюючих радикалів у в'язких водних мономерних розчинах з використанням добавок гліцерину, сорбіту або глюкози у відкритій системі при 37 ° С. Водорозчинні добавки були необхідні для виробництва гідрогелю, найбільш ефективним був гліцерин. Гідрогелі готували з мономерів 2-гідроксиетилметакрилат, полі(етиленгліколь) диметакрилат, декстранметакрилат, акрилової кислоти/етиленгліколю диметакрилату та акриламіду/біс-акриламіду. [Cass et al. 2010] Застосування ультразвуку з використанням зондового ультразвукового апарату визнано ефективним методом полімеризації водорозчинних вінілових мономерів і подальшого приготування гідрогелів. Полімеризація, ініційована ультразвуком, відбувається швидко за відсутності хімічного ініціатора.
З повним протоколом дослідження можна ознайомитися тут!
 

Дізнайтеся більше про ультразвуковий синтез нанокомпозитних гідрогелів та наногелів!

Ультразвук сумісний з усіма видами полімерів і біополімерів і дозволяє зміцнювати гібридні гідрогелі наноструктурованими матеріалами, такими як наночастинки, нанокристали або нановолокна. Армування гідрогелів різними наноматеріалами дозволяє модифікувати та контролювати фізико-хімічні та реомеханічні властивості нанокомпозитних гідрогелів, оскільки мікроструктури є ключовим фактором для властивостей отриманого матеріалу.

Виготовлення полі(акриламід-ко-ітаконової кислоти) – Гідрогель MWCNT з використанням ультразвукового апарату

Mohammadinezhada et al. (2018) успішно виготовили суперабсорбуючий гідрогелевий композит, що містить полі(акриламід-ко-ітаконову кислоту) та багатостінні вуглецеві нанотрубки (MWCNTs). Ультразвукове дослідження проводилося за допомогою ультразвукового апарату Hielscher UP200S. Стабільність гідрогелю зростала зі збільшенням коефіцієнтів MWCNTs, що можна пояснити гідрофобною природою MWCNT, а також збільшенням щільності зшивання. Водоутримуюча здатність (WRC) гідрогелю P(AAm-co-IA) також була підвищена в присутності MWCNT (10 мас.). У цьому дослідженні ефекти ультразвуку були оцінені як вищі щодо рівномірного розподілу вуглецевих нанотрубок на поверхні полімеру. MWCNT були неушкодженими без будь-яких перебоїв у полімерній структурі. Крім того, було підвищено міцність отриманого нанокомпозиту та його водоутримуючу здатність, а також абсорбцію інших розчинних матеріалів, таких як Pb (II). Звуковий звук зламав ініціатор і розсіяв MWCNT як відмінний наповнювач в полімерних ланцюгах при підвищенні температури.
Дослідники приходять до висновку, що ці «умови реакції не можуть бути досягнуті звичайними методами, а однорідність і хороше дисперсування частинок в організмі хазяїна не можуть бути досягнуті. Крім того, процес ультразвуку розділяє наночастинки в єдину частинку, в той час як перемішування не може цього зробити. Іншим механізмом зменшення розмірів є вплив потужних акустичних хвиль на вторинні зв'язки, як водневий зв'язок, який цим опроміненням розриває Н-зв'язок частинок, а в подальшому, дисоціює агреговані частинки і збільшує число вільних адсорбційних груп типу -ОН і доступності. Таким чином, ця важлива подія робить процес ультразвуку кращим методом над іншими, подібними до магнітного перемішування, що застосовуються в літературі». [Мохаммадінежада та ін., 2018]

Високоефективні ультразвукові апарати для синтезу гідрогелю

Компанія Hielscher Ultrasonics виробляє високопродуктивне ультразвукове обладнання для синтезу гідрогелів. Від малого і середнього розміру R&D та пілотні ультразвукові пристрої до промислових систем для комерційного виробництва гідрогелю в безперервному режимі, Hielscher Ultrasonics задовольняє ваші вимоги до процесу.
Ультразвукові апарати промислового класу можуть видавати дуже високі амплітуди, що дозволяє проводити надійні реакції зшивання та полімеризації, а також рівномірне диспергування наночастинок. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно працювати в режимі 24/7/365. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди.

Запитайте нас сьогодні для отримання додаткової технічної інформації, цін та пропозиції без зобов'язань. Наш багаторічний досвідчений персонал радий проконсультувати Вас!
Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів: