Síntesis, caracterización y propiedades de híbridos duperabsorbentes de poliacrilato sódico y hectoritas natural y tratadas.

Zusammenfassung

Se han sintetizado nuevos híbridos superabsorbentes de poliacrilato sódico con hectoritas natural (Bentone CT) y tratadas (Bentone EW y Bentone 109). Las condiciones experimentales se fijaron para obtener polímeros con una alta velocidad y capacidad de absorción de agua, una eficiencia óptima para retener fluidos y una fuerza de gel apropiada. Los híbridos fueron caracterizados mediante difracción de rayos X (XRD), microscopia de transmisión electrónica (TEM), espectrometría infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y análisis termogravimétrico (TGA). Las imágenes obtenidas por TEM para todos los híbridos poliacrilatosódico/Bentone CT y poliacrilato sódico/Bentone EW, muestran tactoides, formados por multicapas que están orientadas perpendicularmente a la superficie de la muestra, con un espacio basal de 1,2 nm que es consistente con la morfología de composite también deducida por XRD. Para el caso del híbrido poliacrilato sódico/Bentone 109, una porción de Bentone 109 formó un sistema intercalado con morfología de nanocomposite mientras que otra porción formó un composite convencional también consistente con lo observado mediante XRD . Las gráficas de XRD correspondientes a los híbridos de poliacrilato sódico con Bentone CT y Bentone EW muestran un pico a 2¿=7,1°, cuya posición no varía con el contenido de arcilla. Esto sugiere que la incorporación de la arcilla da lugar a composites convencionales en donde el poliacrilato sódico no está intercalado en las galerías de la arcilla, lo que significa que hay una interacción superficial entre ambos. Las gráficas XRD de los híbridos poliacrilato sódico/Bentone 109 mostraron un pico a 2¿=7,1°, que sugiere que la porción de Bentone 109 que no fue intercalada después de la modificación química, formó un composite convencional con el poliacrilato sódico. El análisis mediante FTIR de los híbridos obtenidos mostró que la hectorita actúa como agente entrecruzante debido a la reacción de los grupos Si-OH de la arcilla con los grupos carboxilo del poliacrilato sódico dando lugar a enlaces COOSi. La estabilidad relativa de los hidrogeles superabsorbentes decrece en el orden poliacrilato sódico/Bentone CT > poliacrilato sódico/Bentone EW > poliacrilato sódico/Bentone 109 > poliacrilato sódico. El orden poliacrilato sódico/Bentone EW > poliacrilato sódico/Bentone 109 se invierte en el rango de temperatura 25-200 ºC, para los híbridos que contienen un porcentaje en peso de arcilla mayor del 8 %, debido a la pérdida de agua. La cinética de absorción de agua ha sido estudiada, tanto en agua desionizada como en disolución salina, usando una ecuación integrada de velocidad de primer orden basada en la ecuación de Voigt. La constante de velocidad de hinchamiento ksw, aumenta conforme disminuye la absorción de agua de equilibrio (Weq). Weq y ksw varían con el contenido de arcilla presentando un mínimo y un máximo respectivamente en el entorno del 3 % de arcilla. El descenso en la absorción de agua podría ser debido a que el aumento del contenido de hectorita incrementa la densidad de entrecruzamiento del híbrido superabsorbente. El aumento en Weq parece indicar que los cationes presentes en la arcilla son fácilmente ionizados y dispersados en la matriz polimérica, lo que aumenta la hidrofilidad de la red polimérica. Los híbridos superabsorbentes estudiados mantienen la capacidad de absorción de agua después de cinco ciclos de rehinchamiento. La capacidad de hinchamiento del poliacrilato sódico es más alta que la de los híbridos, aunque éstos pierden el agua más fácilmente. Esta característica puede ser útil en aplicaciones en que no se requiera una excesiva retención de agua. Se ha estudiado la cinética de desorción de agua de los híbridos superabsorbentes. El agua absorbida, W(g/g), decrece con el tiempo de secado mostrando inicialmente una variación lineal (orden cero), que gradualmente se transforma en exponencial (orden uno). Las cinéticas de orden cero y primer orden corresponden, respectivamente, a la existencia de agua libre y agua enlazada dentro de la matriz polimérica. Se ha obtenido, además, la energía y entalpía de activación para la pérdida de agua libre y agua enlazada de estos polímeros superabsorbentes. Para el proceso de orden cero la entalpía de activación es prácticamente independiente del contenido y naturaleza de la arcilla y es próxima a la entalpía de enlace de hidrógeno, que es aproximadamente 23 kJ mol-1. La energía de activación del proceso de primer orden es significativamente más baja para los híbridos que para el poliacrilato sódico y varía con la temperatura y con el contenido de arcilla.