Influence of viscosity and confinement on the growth of hydrogel beads

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

San Luis

Congreso; XVII Reunión sobre Recientes Avances en Física de Fluidos y sus Aplicaciones; 2023

Los hidrogeles son estructuras poliméricas que poseen lapropiedad de absorber una gran cantidad de agua, hinchándose y aumentandoconsiderablemente su tamaño. Son utilizados en una amplia gama de aplicaciones;en determinados usos, el hidrogel absorbe líquido mientras es sometido afuerzas que se oponen a su crecimiento. En esos casos, sus propiedadeselásticas y fisicoquímicas bajo esfuerzo mecánico son de gran importancia y,principalmente, se requiere que posean una elevada resistencia mecánica. Por ejemplo,para la remediación de suelos y almacenamiento de agua en la agricultura, loshidrogeles se encuentran en profundidad debiendo soportar la presión mecánicaasociada a las capas de tierra presentes sobre él mientras se hidratan pararetener agua en su interior y al mismo tiempo, absorben los iones de metalespesados presentes. El objetivo de este trabajo es estudiar la cinética decrecimiento de perlas de hidrogel de poliacrilamida en diferentes solucionesacuosas de glicerina, y su dependencia con la viscosidad, a través de lavariación de la concentración de glicerina en solución. Se analizó también lainfluencia del confinamiento impuesto por una pared (ajustable) que permite queel hidrogel crezca libremente sólo hasta aperturas fijas de 5 y 10 mm. Seencontró que los tamaños de equilibrio alcanzados por los hidrogeles nodependen de la viscosidad de la solución, excepto por encima del 50% (p/p) perosí se modifican con el confinamiento impuesto, obteniéndose valores menores. Por otro lado, la cinética de crecimiento es más lentacuando aumenta la viscosidad de la solución acuosa. Esta cinética decrecimiento se describe con precisión, a tiempos iniciales e intermedios,mediante una ley de potencia empírica ampliamente utilizada en la bibliografía.En las experiencias de crecimiento libre, todas las curvas colapsan en unacinética universal cuando el tiempo se re-escala utilizando la viscosidad de lasolución. Esto sugiere que la cinética de crecimiento en esas condiciones estásolo limitada por el transporte viscoso. En el caso de un confinamientoimpuesto, el crecimiento se ve influenciado por el mismo y no responde a un transportepuramente viscoso.