Preparación de ayuno

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 13815 (2023) Citar este artículo

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Los hidrogeles superabsorbentes tienen amplias aplicaciones en muchos campos debido a su rendimiento único de absorción de agua. A pesar de décadas de investigación sobre hidrogeles superabsorbentes, la alta absorbencia de agua bajo presión y el rápido hinchamiento siguen siendo un desafío y muy deseados para sus aplicaciones en productos higiénicos y otros. Aquí, informamos la preparación de hidrogeles superabsorbentes porosos de almidón-g-poli (ácido acrílico) / poli (alcohol vinílico) de rápida hinchazón con alta absorbencia de agua salina bajo presión mediante formación de espuma y reticulación posterior de la superficie. Se utilizó diclorhidrato de 2,2′-azobis(2-amidinopropano) (AIBA) como nuevo porógeno en lugar de porógenos convencionales como NaHCO3. La reticulación posterior a la superficie del hidrogel se logró utilizando glicerol mediante la reacción de esterificación. AIBA es un mejor porógeno que NaHCO3 con respecto a la porosidad y el desempeño de hinchamiento de los hidrogeles, y su contenido tiene una gran influencia en la estructura y el desempeño de hinchamiento de los hidrogeles, incluida la absorbencia de agua y la tasa de hinchamiento. Además, la reticulación de la superficie utilizando glicerol puede mejorar significativamente la absorbencia de agua salina bajo presión (2 kPa), pero sacrificando la tasa de hinchamiento. En consecuencia, los hidrogeles muestran altas absorbencias de agua para agua desionizada (560 g/g), solución de NaCl al 0,9% en peso (58 g/g), solución de NaCl al 0,9% en peso bajo una presión de 2 kPa (28 g/g) y un rápido hinchamiento ( 31 s para alcanzar un estado de gran hinchamiento).

Desde el primer artículo sobre hidrogeles publicado por Wichterle y Lim1, los hidrogeles se han utilizado ampliamente en ingeniería química2,3,4, agricultura5,6,7, farmacéutica8,9, arquitectura10,11 y aplicaciones higiénicas12,13, etc. En los productos higiénicos, una de las propiedades más importantes es el rápido hinchamiento de los hidrogeles secos en soluciones acuosas. Generalmente, la tasa de penetración de las moléculas de agua en la red polimérica y la hidrofilicidad de los grupos funcionales son los dos factores principales que determinan la tasa de hinchamiento de los hidrogeles14,15. Por lo tanto, una mayor porosidad en los hidrogeles puede aumentar el área de contacto entre la red polimérica y las soluciones acuosas externas, lo que es útil para mejorar la tasa de hinchamiento16.

Hasta ahora, se han empleado varios métodos de formación de poros, incluida la técnica de separación de fases17, la técnica de liofilización e hidratación18, la técnica de porosigen19 y la técnica de formación de espuma20,21, para preparar hidrogeles porosos. Entre estos métodos, la técnica de la formación de espuma es un método simple y eficaz para generar estructuras porosas en hidrogeles. Los compuestos de carbonato como el NaHCO322 y los disolventes orgánicos como el metanol y la acetona son los reactivos espumantes más utilizados23,24. Además, también se informaron hidrogeles porosos obtenidos mediante formación de espuma en el proceso de polimerización y deshidratación sin disolventes de los hidrogeles sintetizados25. Aunque la porosidad y la tasa de hinchamiento de los hidrogeles se pueden mejorar usando compuestos de carbonato como porógenos, el tiempo y la secuencia de adición de porógenos, así como el tiempo de gelificación del proceso de polimerización, deben controlarse cuidadosamente porque la descomposición inducida por ácido La formación de compuestos de carbonato se produjo intensamente al añadirlos a la mezcla de reacción. Además, es difícil obtener un hidrogel con una estructura porosa homogénea debido a la dispersión no uniforme de las partículas de carbonato en la mezcla de reacción. Por lo tanto, es necesario encontrar un porógeno que pueda dispersarse bien en la mezcla de reacción pero que no pueda descomponerse antes de la polimerización para obtener un proceso de formación de espuma estable y, por tanto, tener una buena estructura porosa.

Por otro lado, para las aplicaciones en productos higiénicos, la absorbencia de agua de los hidrogeles bajo presión es importante26. Para algunos hidrogeles convencionales, el tamaño granular de los hidrogeles durante el hinchamiento en soluciones salinas acuosas se puede reducir bajo presión. Esto dificultará en gran medida la permeabilidad de líquidos acuosos tales como fluidos corporales a través de las partículas de hidrogel y, por tanto, la absorbencia de agua de los hidrogeles se reducirá en gran medida. Es muy deseable tener una alta absorbencia de agua bajo presión para cumplir con los requisitos de aplicaciones en el área higiénica. La reticulación de la superficie después de la preparación de hidrogeles es un enfoque plausible para resolver el problema sin reducir demasiado la absorbencia de agua27,28.

Los hidrogeles a base de almidón han atraído gran atención debido a su excelente biocompatibilidad y biodegradabilidad29,30,31. El poli(alcohol vinílico) (PVA) es un polímero polihidroxi lineal hidrófilo no iónico, que tiene excelente solubilidad en agua, no toxicidad, biodegradabilidad, compatibilidad y alta afinidad con varios polímeros hidrófilos32,33. Se ha demostrado que la introducción de PVA en hidrogeles podría mejorar su hidrofilicidad, resistencia del gel y otras propiedades34,35,36. Sin embargo, la tasa de hinchamiento de los hidrogeles debería mejorarse aún más para satisfacer la demanda de aplicaciones prácticas.

Aquí, informamos la preparación de hidrogeles porosos de rápida hinchazón con alta absorbencia de agua salina bajo presión mediante formación de espuma y reticulación posterior de la superficie. Durante la preparación de los hidrogeles de almidón-g-poli(ácido acrílico)/poli(alcohol vinílico) (St-g-PAA/PVA), diclorhidrato de 2,2′-azobis(2-amidinopropano) (AIBA) o NaHCO3 (para comparación ) fue introducido como el porógeno. Después de la preparación de los hidrogeles de St-g-PAA/PVA, los geles secos se reticularon adicionalmente en la superficie usando glicerol mediante la reacción de esterificación. Los hidrogeles St-g-PAA/PVA muestran alta porosidad, rápido hinchamiento en agua salina y alta absorbencia de agua bajo presión.

Para mejorar la tasa de hinchamiento, se diseñó una estructura porosa en los hidrogeles St-g-PAA/PVA mediante la introducción de un reactivo formador de poros. Para mejorar la absorbencia de agua bajo presión, se llevó a cabo la reticulación superficial de los geles St-g-PAA/PVA después de la polimerización. Según la teoría de Flory37, la reticulación superficial puede mejorar la densidad de reticulación en la superficie de los hidrogeles superabsorbentes y así mejorar la absorción de agua bajo presión. La reticulación superficial es un método ampliamente utilizado para mejorar la absorbencia de agua bajo presión38. La Figura 1 muestra la preparación de los hidrogeles porosos de St-g-PAA/PVA utilizando AIBA como reactivo espumante y glicerol como reticulante de superficie posterior. Los hidrogeles St-g-PAA/PVA se prepararon mediante polimerización por injerto de radicales libres de AA parcialmente neutralizado (60%) sobre almidón y mientras tanto se reticuló con N,N'-metilenbisacrilamida (MBA) como reticulante en presencia de PVA, un agente hidrofílico. Polímero lineal polihidroxi con muchas ventajas como se menciona en la sección de Introducción. Se formó así una red semi-interpenetrante. Durante la polimerización, se utilizó AIBA como reactivo espumante. AIBA es un iniciador azoico soluble en agua y puede disociarse en radicales libres catiónicos y N2 a temperaturas superiores a 60 °C. Además, puede reaccionar con AA para formar acrilato en el sistema de reacción y así dispersarse homogéneamente en soluciones acuosas sin utilizar tensioactivos ni polímeros solubles en agua. Además, no se observaron fenómenos de asentamiento, separación y flotación durante el proceso de polimerización. Por lo tanto, es razonable inferir que el proceso de formación de espuma basado en AIBA puede ocurrir de manera continua y homogénea durante todo el proceso de reacción. Después de la polimerización, los hidrogeles St-g-PAA/PVA se reticularon adicionalmente en la superficie rociando el reticulante de glicerol sobre ellos seguido de un tratamiento térmico a alta temperatura. El glicerol podría reaccionar con -COOH de hidrogeles superabsorbentes mediante la reacción de esterificación38. Aquí, el glicerol podría reaccionar con los abundantes grupos -COOH en la superficie de los hidrogeles St-g-PAA/PVA, lo que podría mejorar la densidad de reticulación de la superficie de los hidrogeles.

Preparación esquemática de los hidrogeles porosos de St-g-PAA/PVA utilizando AIBA como reactivo espumante y glicerol como reticulante de superficie posterior. Como iniciador se utilizó persulfato de amonio (APS).

Se investigó mediante SEM el efecto del NaHCO3 sobre la estructura de los hidrogeles St-g-PAA/PVA (Fig. 2). Como puede verse en la Fig. 2a, la muestra libre de porógenos muestra una superficie densa y no se pueden ver poros. Por el contrario, se observa claramente una estructura porosa para el hidrogel preparado con NaHCO3 al 3,0% en peso (Fig. 2b). La densidad del hidrogel con 3,0% en peso de NaHCO3 es de 0,93 g/cm3 medida por el método picnométrico según la norma ASTM D79225. El aumento adicional en el contenido de NaHCO3 al 7,0% en peso no tiene una influencia obvia en la morfología de los hidrogeles (Fig. 2c, d). Tenga en cuenta que cuando se utilizó NaHCO3 como porógeno, es difícil dispersar las partículas de NaHCO3 de manera uniforme en el sistema de reacción25. Además, las especies NaHCO3 podrían reaccionar con los grupos –COOH de AA inmediatamente después de agregarlos al sistema de reacción y se generarán muchas burbujas de CO2, que podrían emitirse fácilmente desde el sistema de reacción antes del punto de gelificación. Por lo tanto, se necesita más cantidad de NaHCO3 en el proceso de formación de espuma y la mayoría de ellos son inútiles. Además, el tamaño de los poros en los hidrogeles es muy heterogéneo y algunos poros son muy grandes.

Micrografías SEM de los hidrogeles St-g-PAA/PVA con (a) 0%, (b) 3%, (c) 5% y (d) 7% NaHCO3.

El contenido de NaHCO3 también afecta la absorbencia de agua de los hidrogeles St-g-PAA/PVA (Fig. 3). La absorbencia de agua del hidrogel preparado sin adición de porógeno es 404 g/g en agua desionizada y 52 g/g en solución de NaCl al 0,9% en peso. La absorbencia de agua se probó bajo presión atmosférica a menos que se especifique lo contrario. La absorbencia de agua de los hidrogeles aumenta a 535 g/g (agua desionizada) y 58 g/g (0,9% en peso de NaCl) cuando se usó NaHCO3 al 1,0% en peso como reactivo espumante. Sin embargo, el aumento adicional en el contenido de NaHCO3 a 7,0% en peso da como resultado una disminución gradual en la absorbencia de agua a 305 g/g para agua desionizada y 35 g/g para una solución de NaCl al 0,9% en peso. Esto se debe a que demasiado NaHCO3 ha cambiado el grado de neutralización de AA y, por lo tanto, ha provocado una disminución en la absorbencia de agua.

Efecto del contenido de NaHCO3 sobre la absorbencia de agua de los hidrogeles St-g-PAA/PVA. Los datos se muestran como media ± DE, n = 3.

El contenido de NaHCO3 también afecta la tasa de hinchamiento de los hidrogeles (Fig. 4). Para el hidrogel preparado sin NaHCO3, el remolino desapareció después de un tiempo de hinchamiento de 55 s. Por el contrario, el tiempo de hinchamiento se redujo a 49 s después de introducir NaHCO3 al 3,0% en peso, lo que se debe principalmente a la estructura porosa generada por NaHCO3. La estructura porosa promueve la penetración de moléculas de agua en la red de hidrogel y, por lo tanto, mejora la tasa de hinchamiento. Al aumentar aún más el contenido de NaHCO3 a 7,0% en peso, la tasa de hinchamiento disminuyó evidentemente y se necesitó un tiempo de hinchamiento de 81 s para que desapareciera el remolino. Esto se debe a la disminución de la absorbencia de agua al aumentar el contenido de NaHCO3. Tenga en cuenta que la tasa de hinchamiento y la absorbencia de agua no necesariamente tienen la misma tendencia.

Efecto del contenido de NaHCO3 sobre el tiempo de hinchamiento de los hidrogeles St-g-PAA/PVA. Los datos se muestran como media ± DE, n = 3.

También se estudió el efecto del contenido de AIBA sobre la estructura de los hidrogeles de St-g-PAA/PVA y se comparó con los preparados con NaHCO3 como porógeno. A diferencia de los hidrogeles libres de porógenos y a base de NaHCO3, los hidrogeles preparados utilizando AIBA como porógeno son muy porosos y los poros son más pequeños y uniformes (Fig. 5). Además, la densidad del hidrogel preparado con 0,1% en peso es simplemente 0,67 g/cm3, muy inferior a la del preparado con 3% en peso de NaHCO3 (0,93 g/cm3). Estos resultados significan que el iniciador azoico soluble en agua AIBA es un buen porógeno y la formación de espuma puede producirse de forma continua y homogénea en el sistema de reacción.

Micrografías SEM de los hidrogeles St-g-PAA/PVA con (a) 0,1, (b) 0,3, (c) 0,7 y (d) 1,1% en peso de AIBA.

La Figura 5 muestra el efecto del contenido de AIBA sobre la estructura porosa de los hidrogeles. Se observa una superficie relativamente compacta y una pequeña cantidad de poros para el hidrogel preparado con 0,1% en peso de AIBA. Mientras que la superficie se vuelve obviamente más porosa y se pueden encontrar algunos poros interconectados al aumentar el contenido de AIBA al 0,3% en peso. Esta estructura debería ser útil para mejorar la tasa de hinchazón al facilitar la penetración y el transporte del agua. Al aumentar aún más el contenido de AIBA a 0,7% en peso y 1,1% en peso, se liberaron muchas burbujas de N2 durante el proceso de síntesis. Demasiado gas podría provocar cavitación, deformación y colapso, o incluso agrietamiento de los hidrogeles (Fig. 5c, d).

El efecto del contenido de AIBA sobre la absorbencia de agua de los hidrogeles St-g-PAA/PVA se muestra en la Fig. 6. La tendencia cambiante de la absorbencia de agua con el contenido de AIBA es similar a la del contenido de NaHCO3. La absorbencia de agua aumentó al aumentar el contenido de AIBA hasta el valor máximo de 560 g/g en agua desionizada y 58 g/g en una solución de NaCl al 0,9% en peso con un 0,3% en peso de AIBA. La absorbencia de agua en agua desionizada es ligeramente mayor que la del hidrogel preparado con 1,0% en peso de Na2CO3. Luego, la absorbencia de agua disminuyó al aumentar aún más el contenido de AIBA.

Efecto del contenido de AIBA sobre la absorbencia de agua de los hidrogeles St-g-PAA/PVA. Los datos se muestran como media ± DE, n = 3.

Por otro lado, el contenido de AIBA determina la tasa de hinchamiento de los hidrogeles (Fig. 7). La tasa de hinchamiento aumentó significativamente al aumentar el contenido de AIBA a 0,3% en peso y solo se necesitaron 31 s para que desapareciera el remolino durante la prueba de tasa de hinchamiento, lo que se atribuye a su estructura altamente porosa. Al aumentar aún más el contenido de AIBA a 1,1% en peso, la tasa de hinchazón disminuyó gradualmente y se necesitaron 52 s para que desapareciera el remolino. Aunque reemplazar NaHCO3 con AIBA no tuvo una influencia obvia en la absorbencia de agua, la tasa de hinchamiento del hidrogel mejoró significativamente (Figs. 4 y 7), lo que concuerda con la morfología mencionada anteriormente.

Efecto del contenido de AIBA sobre el tiempo de hinchamiento de los hidrogeles St-g-PAA/PVA. Los datos se muestran como media ± DE, n = 3.

Generalmente, la polimerización de AA es un proceso exotérmico violento que da como resultado un hidrogel con estructura heterogénea, que inhibe la difusión de agua durante la absorción de agua. En este trabajo, AIBA actúa como co-iniciador de APS. Cuando el contenido de AIBA es menor, una fracción de las burbujas de N2 producidas puede eliminar algo de agua y calor, lo que hace que el proceso de polimerización sea más constante. Por otro lado, otra fracción de las burbujas de N2 no puede escapar de la mezcla viscosa durante el proceso de polimerización, sino que queda atrapada en el hidrogel, creando una estructura altamente porosa. Como resultado, el hinchamiento del hidrogel poroso se produjo principalmente a través de la acción capilar en lugar de la difusión convencional, lo que llevó a un aumento considerable en la tasa de hinchamiento. Además, una alta porosidad significa que el área interna del hidrogel es grande. Una vez que el agua penetra en el hidrogel a través de la fuerza capilar, numerosos grupos hidrófilos quedan expuestos a las moléculas de agua, lo que acelera aún más la tasa de hinchazón. La disminución gradual de la absorbencia de agua y la tasa de hinchamiento cuando el contenido de AIBA supera el 0,3% en peso se debe al colapso de la red tridimensional de los hidrogeles, lo que ha sido confirmado por las micrografías SEM.

Para mejorar la absorbencia de agua de la solución salina bajo presión, el hidrogel St-g-PAA/PVA preparado con 0,3% en peso de AIBA se entrecruzó aún más en la superficie con glicerol mediante la reacción de esterificación. A alta temperatura, la esterificación se producirá entre los grupos –COOH del hidrogel y los grupos –OH del glicerol, formando puntos de reticulación en la superficie del hidrogel. Como puede verse en la Fig. 8, la absorbencia de agua en agua desionizada evidentemente disminuyó de 560 a 290 g/g al aumentar el contenido de glicerol de 0 a 1,0% en peso, lo que es consistente con la teoría de Flory sobre el hinchamiento37. Mientras tanto, la tasa de hinchazón disminuyó al aumentar el contenido de glicerol, y fue necesario un aumento significativo en el tiempo de hinchazón de 31 a 75 s para que desapareciera el remolino en la prueba de velocidad de hinchazón (Fig. 9). Esto se debe a que la reticulación superficial dificulta la penetración capilar de las moléculas de agua en la red del hidrogel. Tenga en cuenta que el contenido de glicerol debe controlarse cuidadosamente de acuerdo con la absorbencia de agua, la tasa de hinchamiento y la absorbencia de agua de la solución salina bajo presión. De lo contrario, demasiado glicerol provocará una reacción de reticulación tanto en el interior como en la superficie del gel, lo que provocará graves efectos negativos.

Efecto del contenido de glicerol sobre la absorbencia de agua de los hidrogeles St-g-PAA/PVA en agua desionizada en condiciones normales y en una solución de NaCl al 0,9% en peso bajo una presión de 2 kPa. Los datos se muestran como media ± DE, n = 3.

Efecto del contenido de glicerol sobre el tiempo de hinchamiento de los hidrogeles St-g-PAA/PVA. Los datos se muestran como media ± DE, n = 3.

Sin embargo, la reticulación superficial evidentemente mejoró la absorbencia de agua en una solución de NaCl al 0,9% en peso bajo presión (2 kPa) de 10 g/g (0% en peso de glicerol) a 28 g/g (0,5% en peso de glicerol), pero se produjo un aumento adicional en la El contenido de glicerol al 1,0% en peso provocó una disminución evidente en la absorbencia de agua bajo presión. Esto se debe a que el grado de reticulación de la superficie aumenta al aumentar el contenido de glicerol y, por lo tanto, se formó una cubierta con alta densidad de reticulación en la superficie del hidrogel (Fig. 1). Por lo tanto, es difícil exprimir el agua salina absorbida bajo presión y se mejora la absorbencia de agua bajo presión. Sin embargo, esto depende de la absorbencia de agua en agua desionizada y de la tasa de hinchamiento. Es razonable que tanto la absorbencia de agua bajo presión como la tasa de hinchamiento disminuyan cuando el contenido de glicerol es demasiado alto, ya que el grado de reticulación en la superficie del hidrogel es demasiado alto y la cubierta altamente reticulada se vuelve demasiado espesa.

En resumen, los hidrogeles superabsorbentes St-g-PAA/PVA porosos de rápida hinchazón con alta absorbencia de agua salina bajo presión se preparan mediante la combinación de formación de espuma utilizando un nuevo porógeno (AIBA) y reticulación posterior de la superficie. Como lo demuestran los resultados experimentales, AIBA es un mejor porógeno que los porógenos convencionales como el NaHCO3 en cuanto a sus efectos sobre la estructura porosa, la absorbencia de agua y la tasa de hinchamiento de los hidrogeles. En comparación con los hidrogeles preparados en condiciones libres de porógenos y utilizando NaHCO3 como porógeno, AIBA mejoró significativamente la tasa de hinchamiento de los hidrogeles. Esto se debe a que la descomposición de AIBA y la liberación de N2 son más controlables durante todo el proceso de gelificación. Además, la absorbencia de agua salina mejoró enormemente mediante la reticulación posterior de la superficie del hidrogel con glicerol, pero sacrificando la tasa de hinchamiento. Prevemos que los hidrogeles puedan encontrar aplicaciones prácticas en muchos campos, incluidos productos higiénicos, liberación controlada y conservación de alimentos, debido a su alta absorbencia de agua salina bajo presión y su comportamiento de rápida hinchazón. Los hallazgos aquí arrojarán nueva luz sobre el diseño de hidrogeles de rápido hinchamiento con alta absorbencia de agua bajo presión.

El almidón (químicamente puro) se obtuvo de Chengdu Hongbo Industry Co. Ltd., China. PVA (grado de polimerización = 1700 ± 50, grado de hidrólisis = 99%) se adquirió de Lanzhou Chemical Reagent Co. Ltd., China). Se adquirió AA (químicamente puro) en Shanghai Shanpu Chemical Factory, China y se destiló a presión reducida antes de su uso. Se adquirió APS (analítico puro) en Tianjin Chemical Reagent Factory, China, y se recristalizó antes de su uso. MBA (químicamente puro) se adquirió de Sinopharm Chemical Reagent Co. Ltd, China. AIBA (químicamente puro) se adquirió de Shanghai Lichen Biological Technology Co. Ltd., China. Todas las soluciones se prepararon con agua desionizada.

Se dispersaron almidón (1,0 g) y PVA (1,0 g) en 30 ml de agua desionizada y se gelatinizaron a 90 °C con agitación durante 30 minutos en un matraz de cuatro bocas de 250 ml equipado con un agitador mecánico, un condensador de reflujo y un termómetro. y una línea de nitrógeno. Después de enfriar a 40 °C, se añadió una solución acuosa (4 ml) que contenía 49 mg de iniciador APS. La mezcla se agitó durante 10 min y luego se añadieron 17 ml de la solución que contenía 7,20 g de AA (grado de neutralización = 60%) y 12,6 mg de MBA. Después de agitar la mezcla durante 10 minutos, se añadió al matraz una cantidad determinada de AIBA o NaHCO3. Luego, el baño de aceite se calentó lentamente a 70 °C y se mantuvo durante 3 h. Se mantuvo una atmósfera de nitrógeno durante todo el período de reacción. Los hidrogeles de St-g-PAA/PVA obtenidos se secaron en una estufa a 70 °C hasta un peso constante. Los geles secos de St-g-PAA/PVA se trituraron hasta obtener un tamaño de partícula de 40 a 80 mallas.

Las partículas de gel St-g-PAA/PVA se reticularon adicionalmente en la superficie mediante el siguiente procedimiento. En primer lugar, se preparó una solución reticulante mezclando una cantidad adecuada del reticulante de glicerol con 0,05 g de etanol y 0,30 g de agua. Luego, la solución de reticulación se roció sobre 10,0 g de partículas de gel St-g-PAA/PVA en un matraz con agitación mecánica vigorosa. Después de agitar más durante 10 min, la reacción de reticulación se llevó a cabo manteniendo las muestras en un horno a 180 °C durante 30 min.

Se sumergieron aproximadamente 0,05 g de partículas de gel St-g-PAA/PVA en 400 ml de agua desionizada a temperatura ambiente durante 4 h para alcanzar el equilibrio de hinchamiento. Luego, las muestras hinchadas se separaron del agua no absorbida usando una malla y los hidrogeles se dejaron escurrir sobre la malla durante 10 minutos. La absorbencia de agua de los hidrogeles se determinó pesando las muestras hinchadas y se calculó usando la siguiente ecuación:

donde Qeq (g/g) es la absorbencia de agua calculada como gramos de agua por gramo de muestra. m1 y m2 son los pesos de la muestra seca y la muestra hinchada, respectivamente. Las pruebas se realizaron tres veces y se informaron los valores promedio.

La absorbencia de agua de las partículas de gel St-g-PAA/PVA en solución acuosa de NaCl al 0,9% en peso se probó según el mismo procedimiento excepto que se usaron 90 ml de la solución acuosa de NaCl al 0,9% en peso, ya que la absorbencia es baja en el solución salina.

Se vertieron 50 ml de la solución acuosa de NaCl al 0,9% en peso en un vaso de precipitados de 100 ml equipado con un agitador de 25 mm. El vaso de precipitados se colocó sobre un agitador electromagnético con temperatura controlable para garantizar que el proceso de hinchamiento se produjera a 25 °C. Luego, se dispersaron 2,0 g de partículas de gel St-g-PAA/PVA en el triturador con agitación a 600 rpm y se observó un remolino en la superficie de la solución acuosa de NaCl. Mientras tanto, se registró el tiempo hasta que desapareció el remolino. Con el hinchamiento del hidrogel, la viscosidad de la mezcla aumentó significativamente. En consecuencia, el remolino se hizo más pequeño y finalmente desapareció. La tasa de hinchamiento de la muestra se evaluó en el momento en que desapareció el remolino. Cuanto más corto fue el tiempo, más rápido fue el hinchamiento del hidrogel.

En un tubo de vidrio de 25 cm de diámetro con un soporte poroso lateral, se esparcieron uniformemente 0,2 g de las partículas de gel St-g-PAA/PVA sobre un trozo de papel de filtro. Las partículas se presionaron firmemente usando una columna de acero inoxidable a 2 kPa. Luego, la solución acuosa de NaCl al 0,9% en peso se suministró a través de un tubo al fondo del papel de filtro. Después de la absorción de la solución salina durante 4 h por el hidrogel, se midió el peso del hidrogel hinchable. Luego, la absorbencia de agua en equilibrio bajo presión se puede calcular de acuerdo con la ecuación. (1).

La morfología de los geles St-g-PAA/PVA se estudió utilizando un microscopio electrónico de barrido (SEM, JSM-5600LV, JEOL) después de recubrirlos con una fina capa de película de oro.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Este estudio fue apoyado por la Fundación Doctor Starting de la Universidad Agrícola de Qingdao (Nº 663/1116006).

Facultad de Química y Ciencias Farmacéuticas, Universidad Agrícola de Qingdao, Qingdao, 266109, República Popular China

Naihua Zhai y Baogui Wang

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Nueva Zelanda: conceptualización, investigación, metodología, redacción (borrador original), redacción: revisión y edición. BW: investigación, metodología.

Correspondencia a Naihua Zhai.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Zhai, N., Wang, B. Preparación de hidrogeles superabsorbentes porosos de rápida hinchazón con alta absorbencia de agua salina bajo presión mediante formación de espuma y reticulación posterior de la superficie. Informe científico 13, 13815 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-40563-1

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Recibido: 11 de abril de 2023

Aceptado: 13 de agosto de 2023

Publicado: 24 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-40563-1

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