Preparazione del digiuno

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13815 (2023) Citare questo articolo

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Gli idrogel superassorbenti hanno ampie applicazioni in molti campi grazie alle loro esclusive prestazioni di assorbimento dell'acqua. Nonostante decenni di ricerca sugli idrogel superassorbenti, l’elevata capacità di assorbimento dell’acqua sotto pressione e il rapido rigonfiamento sono ancora impegnativi e altamente desiderati per le loro applicazioni in prodotti igienici e altri. Qui, riportiamo la preparazione di idrogel superassorbenti di amido-g-poli(acido acrilico)/poli(alcol vinilico) poroso a rigonfiamento rapido con elevato assorbimento di acqua salina sotto pressione mediante schiuma e reticolazione post superficiale. Il 2,2′-Azobis(2-amidinopropano) dicloridrato (AIBA) è stato utilizzato come nuovo porogeno al posto dei porogeni convenzionali come NaHCO3. La reticolazione post superficiale dell'idrogel è stata ottenuta utilizzando glicerolo tramite la reazione di esterificazione. L'AIBA è un porogeno migliore di NaHCO3 per quanto riguarda la porosità e le prestazioni di rigonfiamento degli idrogel, e il suo contenuto ha grandi influenze sulla struttura e sulle prestazioni di rigonfiamento degli idrogel, compresi l'assorbimento dell'acqua e la velocità di rigonfiamento. Inoltre, la reticolazione superficiale mediante glicerolo può aumentare significativamente l'assorbimento di acqua salina sotto pressione (2 kPa), ma sacrificando la velocità di rigonfiamento. Di conseguenza, gli idrogel mostrano elevati assorbimenti di acqua per acqua deionizzata (560 g/g), soluzione di NaCl allo 0,9% in peso (58 g/g), soluzione di NaCl allo 0,9% in peso sotto pressione di 2 kPa (28 g/g) e rigonfiamento rapido ( 31 s per raggiungere uno stato di elevato rigonfiamento).

Dal primo articolo sugli idrogel riportato da Wichterle e Lim1, gli idrogel sono stati ampiamente utilizzati nell'ingegneria chimica2,3,4, agricola5,6,7, farmaceutica8,9, architettura10,11 e applicazioni igieniche12,13, ecc. Per le applicazioni nei prodotti igienici, una delle proprietà molto importanti è il rapido rigonfiamento degli idrogel secchi in soluzioni acquose. In generale, la velocità di penetrazione delle molecole d'acqua nella rete polimerica e l'idrofilicità dei gruppi funzionali sono i due principali fattori che determinano la velocità di rigonfiamento degli idrogel14,15. Pertanto, una maggiore porosità negli idrogel può aumentare l'area di contatto tra la rete polimerica e le soluzioni acquose esterne, il che è utile per aumentare la velocità di rigonfiamento16.

Fino ad ora, per preparare idrogel porosi sono stati impiegati vari metodi di formazione dei pori, tra cui la tecnica di separazione di fase17, la tecnica di liofilizzazione e idratazione18, la tecnica del porosigen19 e la tecnica di schiumatura20,21. Tra questi metodi, la tecnica della schiuma è un metodo semplice ed efficace per generare una struttura porosa negli idrogel. I composti carbonatici come NaHCO322 e solventi organici come metanolo e acetone sono i reagenti schiumogeni utilizzati più frequentemente23,24. Inoltre, sono stati segnalati anche idrogel porosi ottenuti mediante schiuma nel processo di polimerizzazione e disidratazione senza solventi degli idrogel così sintetizzati25. Anche se la porosità e la velocità di rigonfiamento degli idrogel possono essere migliorate utilizzando composti carbonatici come porogeni, tuttavia, il tempo e la sequenza di aggiunta dei porogeni nonché il tempo di gelificazione del processo di polimerizzazione devono essere attentamente controllati perché la decomposizione indotta dall'acido dei composti carbonatici si è verificata in modo intensivo dopo la loro aggiunta alla miscela di reazione. Inoltre, è difficile ottenere un idrogel con struttura porosa omogenea a causa della dispersione non uniforme delle particelle di carbonato nella miscela di reazione. Quindi, per trovare un porogeno che possa essere ben disperso nella miscela di reazione ma che non possa essere decomposto prima della polimerizzazione è necessario ottenere un processo di espansione stabile e quindi avere una buona struttura porosa.

D'altra parte, per le applicazioni nei prodotti igienici, l'assorbenza dell'acqua degli idrogel sotto pressione è importante26. Per alcuni idrogel convenzionali, la dimensione granulare degli idrogel durante il rigonfiamento in soluzioni saline acquose può essere ridotta sotto pressione. Ciò ostacolerà notevolmente la permeabilità dei liquidi acquosi come i fluidi corporei attraverso le particelle di idrogel e quindi l'assorbimento di acqua degli idrogel sarà notevolmente ridotto. È fortemente desiderato avere un'elevata capacità di assorbimento dell'acqua sotto pressione per soddisfare i requisiti per le applicazioni nel settore igienico. La reticolazione superficiale dopo la preparazione degli idrogel è un approccio plausibile per risolvere il problema senza sacrificare troppo l'assorbenza dell'acqua27,28.