Hidrogel - Una Visión Técnica

Resumen: Blog Técnico para comprender la lluvia solida, para aquellos que deseen adentrarse en el proyecto de desarrollo u optimización de cantidades en aplicaciones agrícolas desde la visión química y matemática.

Palabras Clave: Hidrogel, Acrilamida, Acrilato de Potasio, Electróstatica, Polimerización

El hidrogel distinguido por una alta retención de agua e insolubilidad, por su red tridimensional y grupos solubles en agua como hidroxilos (-OH), Carboxilicos (-COOH), Amida (CNOH), entre otros, incrementan su volumen sin perder su forma hasta alcanzar un equilibrio fisicoquímico, el cual dependerá de la composición inicial y la densidad de entrecruzamiento, ya que al incrementar los monómeros hidrófilos en la reacción de copolimerización, es posible agrupar más moléculas de agua, aunque debe tenerse en cuenta que de incrementarse monómeros hidrófobos el comportamiento se invierte.

Actualmente son muchos los productos posibles de adquirir en el mercado, aunque no todas son sugeridas para su uso agrícola, por su toxicidad, durabilidad, estructura química, física y densidad; De acuerdo con la patente ES2711655A1, el acrilato de potasio es adecuado para la agricultura, con una fórmula química, [−CH 2 −CH (CO 2 K) -] n , 

Está compuesto por un conjunto de cadenas de polímeros formando una red, en la que el agua se introduce mediante ósmosis, que es liberada por presiones en la matriz del suelo originada por las raíces y la pérdida de humedad, la calidad de su comportamiento mejora cuando no se expone por tiempos prolongados al sol, por el contrario a mayor temperatura del agua, la velocidad de absorción por la red incrementa. Técnicamente lo conforman dos secciones la acrilamida una molécula reactiva de 3 carbonos similar a un gel, conocida como sustrato para la separación de proteínas, y el acrilato de potasio que interviene en la absorción, ambas son importantes, porque de esto depende su efectividad, si solo contiene acrilamida será únicamente un sustrato en gel, si solo contiene acrilato de potasio será una molécula polar que atraerá los cationes del suelo, sin absorber agua.

La capacidad de absorción se estima  con el método gravimétrico, similar a calcular el contenido de humedad del suelo, solo que a partir de la masa del polímero al tiempo “t”, comparado con la masa inicial en “t0”, es decir midiendo la masa de Acrilamida y acrilato de potasio sometido a un punto de saturación del agua, es una razón descrita como:

Qa = mt - m0 / m0

Donde:

Qa = Almacenamiento Máximo por absorción

mt = Masa del Polímero en el tiempo “t” donde alcanza su máxima humectación

m0 = Masa del polímero Seco inicial

La expresión anterior en mediciones gravimétricas, puede ser evaluada hasta ajustarse a la ecuación de difusión propuesta por Felipe L. Ritger y Nikolaos A. Peppas para tiempos cortos, en junio de 1987, “Una ecuación simple para la descripción de la liberación de solutos II. Liberación fickiana y anómala de mecanismos expandibles”, en la que existe un exponente que para ser obtenido y linealizar la función se obtienen logaritmos usando un gráfico para posteriormente ajustarla a ecuaciones integradas cinéticas de primer y segundo orden, hasta obtener el resultado de hinchamiento del gel con agua.

Otra manera de profundizar en el tema, como un camino de polimerización controlada, podría ser como diversos autores lo realizaron, investigación publicada en la revista mexicana de ingeniería química en el 2008, donde plantean un método de estimación de estados en su volumen 7, número 1,  sobre el que describen un modelo matemático de simulaciones numéricas con datos experimentales, la reacción de copolimerización basado en observadores no lineales, quizá pueda servir como un mecanismo para simulación de optimizar la cantidad de agua y la absorción por el cultivo, en caso de que alguien desee adentrarse en el tema para su aplicación agrícola.

Las reacciones de polimerización y la variación de su peso molecular de los compuestos orgánicos insaturados , que al ser estimuladas por un iniciador y generar radicales libres, permite propagarse creciendo la longitud de sus cadenas. La transición de volumen en su estado natural hasta alcanzar su máxima expansión al entrar en contacto con el agua, como resultado de la dispersión intermolecular de las cadenas hidratadas, es considerado en cinco interacciones: fuerzas de Van Der Waals, interacciones hidrofóbicas, electrostáticas, enlaces de hidrógeno y transferencias de carga.

Posterior al tiempo o los ciclos de uso de la cadena polimérica del hidrogel, su vida útil finaliza y se desintegra en el suelo al ser totalmente biodegradable, se descompone en carbono y potasio,