Investigación del Proceso de Absorción de Agua en Hidrogeles de Polisacáridos: Efecto de la Carga Iónica, Presencia de Sal, Concentraciones de Monómero y Polisacárido

Investigation of Water Absorption Process in Polysaccharide Hydrogels: Effect of Ionic Charge, Presence of Salt, Monomer and Polysaccharide Concentrations

En este trabajo se presenta la caracterización de hidrogeles constituidos por metilcelulosa (MC) atrapada en una red de poliacrilamida (PAAm) preparada mediante polimerización reticulada (proceso de gelificación). Las propiedades espectroscópicas y morfológicas se investigaron mediante espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier y microscopia electrónica de barrido, respectivamente. Se investigaron en detalle los efectos de los contenidos de AAm, MC, la carga iónica de los contra-iones salinos (NaCl, KCl, NH4Cl, CaCl2, MnCl2, MgCl2 y AlCl3) y los fertilizantes [(NH4)2SO4 y KH2PO4] sobre las propiedades cinéticas e hidrofílicas (grado de hinchamiento). Al disminuir el contenido de MC o aumentar el de acrilamida, se produjo una pronunciada disminución de la absorción de agua por los hidrogeles. 

El aumento de la sal de contraión X-Cl y la presencia de fertilizante en el medio de hinchamiento externo también provocaron una disminución de la captación de agua. El mecanismo de absorción de agua de los hidrogeles PAAm-MC hinchados en agua siguió la difusión fickiana, mientras que los mecanismos de los hidrogeles hinchados en medios acuosos salinos o fertilizantes siguieron el proceso de transporte anómalo. Gracias a su rápida y elevada absorción de agua, las matrices tridimensionales porosas que contienen PAAm y MC son prometedoras para la agricultura como vehículos portadores.

INTRODUCCIÓN

Los hidrogeles son materiales poliméricos compuestos por una o más redes tridimensionales estructuradas formadas por cadenas macromoleculares interconectadas mediante enlaces covalentes (enlaces cruzados) o interacciones físicas [1]. En condiciones específicas, estos materiales tienen la capacidad de absorber grandes cantidades de agua [2,3], lo cual los hace fundamentales en diversos procesos, especialmente en la producción de materiales para aplicaciones médicas [4-6] y agrícolas [7,8].

Existen hidrogeles sintetizados a partir de materiales naturales o sintéticos. Aquellos derivados de materiales naturales pueden presentar propiedades mecánicas insatisfactorias y pueden actuar como sustratos para el crecimiento de patógenos, desencadenando respuestas inflamatorias [9]. En contraste, los hidrogeles sintéticos pueden carecer de propiedades bioactivas pero exhiben excelentes propiedades mecánicas e hidrofílicas [10], lo que los hace adecuados para aplicaciones donde se requiera resistencia y capacidad de absorción de agua.

El polisacárido metilcelulosa (MC) es un ejemplo de polímero hidrófilo que puede formar geles mediante reticulación química con di-aldehídos en presencia de un ácido fuerte [11].