Influencia del confinamiento en el crecimiento de perlas de hidrogel

FALCIONI, S.; ROHT, Y. L.; BINDA, L.; DRAZER, G.; IPPOLITO, I.

San Carlos de Bariloche

Congreso; 107º Reunión Nacional de la Asociación de Física Argentina; 2022

Los hidrogeles son estructuraspoliméricas que poseen la propiedad de absorber una gran cantidad de agua,hinchándose y aumentando considerablemente su tamaño. Son utilizados en unaamplia variedad de aplicaciones que van desde la absorción de humedad hasta laslentes de contacto blandas. En ciertas aplicaciones, donde el hidrogel debeabsorber líquido mientras es sometido a fuerzas que se opone a su crecimiento, suspropiedades elásticas y fisicoquímicas bajo esfuerzo mecánico son de granimportancia. También, existen aplicaciones donde se requiere una elevadaresistencia mecánica, como en el caso de la agricultura cuando el hidrogel secoloca en profundidad y debe soportar la presión mecánica asociada. El objetivo de este trabajo es estudiarla influencia que tiene el confinamiento en el crecimiento de un hidrogel. Paraello, se construyó un recipiente cilíndrico de diámetro D=23 mm y altura 10 cm, donde un hidrogel podría crecer librementesin interacción con las paredes alcanzando un tamaño máximo df=(15 ±0.5) mm. En el recipiente se deposita un hidrogel, inicialmente seco (diámetrodi=(2.8 ± 0.2) mm), en una solución acuosa con 5 mg/L de fluoresceínadisuelta, que no afecta la absorción de agua dentro del hidrogel y permiteiluminar con luz UV para una mejor visualización dentro de la celda. Dentro dela celda y sobre el hidrogel, se encuentra un pistón que se desliza sinrozamiento hasta entrar en contacto con un captor de fuerza que fija la alturamáxima H controlable. H caracteriza el confinamiento verticaly fue variado entre 4 y 12 mm. En el plano perpendicular (horizontal) a esteconfinamiento vertical el hidrogel es libre de crecer. Se estudió la fuerza queejerce el hidrogel durante la absorción de agua para cada H en función del tiempo y, sincronizadamente, se registró elcrecimiento del mismo. En el plano horizontal se midió el área proyectada delhidrogel y el área de contacto con el piso de la celda. En la direcciónvertical se midió la altura (diámetro) del hidrogel durante el crecimientoinicial, previo a alcanzar la altura de confinamiento.Durante el crecimiento,independientemente de H, se encontrarontres etapas con cinéticas distintas: a) crecimiento en forma de “flor”, dondeel hidrogel presenta un centro seco rodeado de una corona húmeda de morfologíaondulada y que responde a una inestabilidad en superficie; b) crecimientoisótropo y homogéneo; y c) crecimiento confinado, que aparece cuando el hidrogelalcanza un tamaño igual a H y subsecuentemente crece de formarestringida en la dirección vertical. Se encontró que la fuerza ejercida por elhidrogel aumenta con el confinamiento (a medida que disminuye H). Sin embargo, la evolución de la presiónejercida por el hidrogel, normalizada con su valor asintótico, es independientedel mismo.