R E S U M E .

Productos de hidrogel constituyen un grupo de materiales poliméricos, la estructura hidrófila de que los hace capaz de contener grandes cantidades de agua en sus redes tridimensionales. Amplia empleo de estos productos en un número de áreas industriales y medioambientales de aplicación se considera que es de vital importancia. Como era de esperar, los hidrogeles naturales fueron reemplazados gradualmente por tipos sintéticos debido a su mayor capacidad de absorción de agua, larga vida útil, y la amplia variedad de recursos químicos primas. La literatura sobre este tema se encontró estar en expansión, sobre todo en las áreas científicas de investigación. Sin embargo, se examinaron una serie de publicaciones e informes técnicos que trabajan con productos de hidrogel desde el punto de vista de ingeniería a los aspectos tecnológicos visión general que cubren este creciente campo multidisciplinar de investigación. El objetivo principal de

este artículo es revisar la literatura relativa a la clasificación de los hidrogeles en diferentes bases, características físicas y químicas de estos productos, y la viabilidad técnica de su utilización. También participa tecnologías adoptadas para la producción de hidrogel junto con implicaciones en el diseño de proceso, diagramas de bloques, y las condiciones optimizadas del proceso de preparación. Una categoría innovado de recientes generaciones de materiales de hidrogel también se presentó en algunos detalles.

Introducción

Los materiales de interés en esta breve revisión son principalmente hidrogeles, que son redes poliméricas ampliamente hinchados con agua. Geles hidrófilos que se refiere generalmente como hidrogeles son redes de cadenas de polímero que a veces se encuentran como geles coloidales en las que el agua es el medio de dispersión [1] .

Los investigadores, con los años, se han definido los hidrogeles de muchas maneras diferentes. El más común de ellos es que es la red de hidrogel polimérico reticulado producida por la mera reacción de uno o más monómeros a-hinchado con agua, y. Otra definición es que es un material polimérico que exhibe la capacidad de hincharse y retener una fracción significativa de agua dentro de su estructura, pero no se disuelve en agua. Los hidrogeles han recibido considerable atención en los últimos 50 años, debido a su promesa excepcional en una amplia gama de aplicaciones [2-4] . Ellos poseen también un grado de flexibilidad muy similar al tejido natural debido a su gran contenido de agua.

La capacidad de los hidrogeles de absorber agua surge de los grupos funcionales hidrófilos unidos a la cadena principal polimérica, mientras que su resistencia a la disolución surge de enlaces cruzados entre las cadenas de la red. Muchos materiales, tanto de origen natural y sintético, encaja en la definición de los hidrogeles.

Durante las últimas dos décadas, hidrogeles naturales fueron reemplazados gradualmente por hidrogeles sintéticos, que tiene una larga vida útil, alta capacidad de absorción de agua, y la alta resistencia del gel. Afortunadamente, polímeros sintéticos normalmente tienen estructuras bien definidas que se pueden modificar para producir medida degradabilidad y funcionalidad capaz. Los hidrogeles pueden ser sintetizados a partir de componentes puramente sintéticos. Además, es estable en las condiciones de fluctuaciones bruscas y fuertes de temperaturas [5].

Recientemente, los hidrogeles se han definido como dos o multicomponentes sistemas que consisten en una red tridimensional de cadenas de polímero y el agua que llena el espacio entre macromoléculas. Dependiendo de las propiedades del polímero (polímeros) utilizados, así como de la naturaleza y la densidad de las articulaciones de red, tales estructuras en equilibrio puede contener diversas cantidades de agua; típicamente en el estado hinchado, la fracción de masa de agua en un hidrogel es mucho mayor que la fracción de masa de polímero. En la práctica, para lograr un alto grado de hinchazón, es común el uso de polímeros sintéticos que son cuando esté en forma no reticulada soluble en agua.

Los hidrogeles se pueden sintetizar en una serie de â € ~ A. € ~classicalâ € ™ â € ™ formas químicas. Estos incluyen procedimientos de un solo paso, como la polimerización y la reticulación paralelo de monómeros multifuncionales, así como procedimientos múltiples pasos que implican la síntesis de moléculas de polímero que tienen grupos reactivos y su posterior reticulación, posiblemente también por reacción de polímeros con agentes de reticulación adecuados. El ingeniero de polímero puede diseñar y sintetizar las redes poliméricas con control de escala molecular sobre la estructura como la densidad de reticulación y con propiedades adaptadas, tales como la

biodegradación, resistencia mecánica y química y de la respuesta biológica a los estímulos [6].

Clasificación de los productos de hidrogel

Los productos de hidrogel se pueden clasificar en diferentes bases que se detallan a continuación:

Clasificación basada en fuente

Los hidrogeles se pueden clasificar en dos grupos en base a sus orígenes naturales o sintéticos [7].

Clasificación según la composición polimérica

El método de preparación conduce a formaciones de algunas clases importantes de hidrogeles. Estos pueden ejemplificarse por lo siguiente:

a. Hidrogeles homopolymeric se hace referencia a la red de polímero derivado de una sola especie de monómero, que es una unidad estructural básica que comprende de cualquier red de polímero [8]. Los homopolímeros pueden tener estructura esquelética reticulado dependiendo de la naturaleza de la técnica de monómero y polimerización.b. Hidrogeles copoliméricos se componen de dos o más especies de monómeros diferentes con al menos un componente hidrófilo, dispuestos en un aleatorios, de bloque o alterna de configuración a lo largo de la cadena de la red de polímero [9].c. Multipolímero Interpenetrante hidrogel polimérico (IPN), una importante clase de hidrogeles, está hecho de dos independientes sintético reticulado y / o componente polímero natural, contenida en una forma de red. En semi-IPN de hidrogel, un componente es un polímero reticulado y otro componente es un polímero no reticulado [10, 11]. 

La clasificación de los hidrogeles depende de su estructura física y la composición química pueden ser clasificados como sigue:

a. Amorfo (no cristalino).b. Semicristalino: Una mezcla compleja de fases amorfas y cristalinas.c. Cristalina.

Clasificación basada en el tipo de entrecruzamiento

Los hidrogeles se pueden dividir en dos categorías en función de la naturaleza química o física de los reticular uniones. Químicamente redes reticuladas tienen uniones permanentes, mientras que las redes físicas tienen uniones transitorias que surgen de cualquiera de los enredos de la cadena de polímero o interacciones físicas tales como interacciones iónicas, enlaces de hidrógeno o interacciones hidrófobas [11].

Clasificación basada en la apariencia física

Apariencia hidrogeles como matriz, película, o microesfera depende de la técnica de la polimerización involucrado en el proceso de preparación.

Clasificación de acuerdo con la red de carga eléctrica

Los hidrogeles se pueden clasificar en cuatro grupos sobre la base de la presencia o ausencia de carga eléctrica se encuentra en las cadenas con enlaces cruzados:

a.  No Iónico (neutro).b. Iónico (incluyendo aniónico o catiónico).c. Electrolito anfótero (anfolıtico) que contienen grupos tanto ácidos como básicos.d. Zwitteriónicos (polybetaines) que contienen grupos tanto aniónicos y catiónicos en cada unidad repetitiva estructural.

Formador de hidrogel polímeros naturales incluyen proteínas tales como colágeno y gelatina y polisacáridos tales como almidón, alginato y agarosa. Los polímeros sintéticos que forman hidrogeles se preparan tradicionalmente utilizando métodos de polimerización químicos.

Producto de hidrogel sensible a las condiciones ambientales

Como se mencionó anteriormente, los hidrogeles como redes poliméricas tridimensionales reticulados hidrófilos son capaces de inflamación o hinchazón de-reversible en agua y retener grandes volúmenes de líquido en estado hinchado. Los hidrogeles pueden ser diseñados con respuestas controlables como para reducir o aumentar con los cambios en las condiciones ambientales externas.

Pueden realizar la transición volumen dramático en respuesta a una variedad de estímulos físicos y químicos, donde los estímulos físicos incluyen la temperatura, campo eléctrico o magnético, la luz, la presión, y el sonido, mientras que los estímulos químicos incluyen pH, composición del disolvente, la fuerza iónica, y especies moleculares( Fig. 1 ).

El grado de hinchazón o de-inflamación en respuesta a los cambios en el entorno externo del hidrogel podría ser tan drástico que el fenómeno se conoce como colapso volumen o transición de fase [12]. Hidrogeles sintéticos han sido un campo de una extensa investigación de las últimas cuatro décadas, y todavía sigue siendo un área de investigación muy activa en la actualidad.

Utilización de los productos de hidrogel

Con el establecimiento de las primeras hidrogeles sintéticos por Wichterle y Lim en 1954 [13], las tecnologías de hidrogel se pueden aplicar a los productos de higiene [14], la agricultura [15], los sistemas de administración de fármacos [14,16], sellado [14],deshidratación del carbón [17], nieve artificial [14], sobre aditivos alimentarios [18], los productos farmacéuticos [19], las aplicaciones biomédicas [20,21] ingeniería de tejidos y medicinas regenerativas [22,23], el diagnóstico [24], vendaje de heridas [25 ], la separación de biomoléculas o células [26] y materiales de barrera para regular adherencias biológicos [27], y Biosensor [28].

Además, la creciente espectro de monómeros funcionales y macrómeros ampliar su aplicabilidad. Fueron utilizados en absorbentes de agua agrícola primeros basados en biopolímeros mediante injerto de monómeros hidrófilos Onto almidón y otros polisacáridos [29, 30]. Productos de hidrogel para aplicaciones higiénicas se basan principalmente en ácido acrílico y sus sales. La acrilamida es un componente principal empleado para la preparación de productos de hidrogel agrícolas [14].

Diversas publicaciones sobre este tema han discutido en detalle métodos de síntesis y aplicaciones de hidrogeles. Por ejemplo, una revisión integral de la química y varios esquemas sintéticos empleados para la preparación de hidrogel se puede encontrar en varios capítulos de un recopilatorio editado por Peppas [31]. Más recientemente, los hidrogeles producidos mediante polimerización por injerto de radiación y han sido publicados por Khoylou [32]. Mi-Ran Parque [33] se describe la preparación y propiedades químicas de los hidrogeles empleados en aplicaciones agrícolas. Vijaya- lakshmi y Kenichi han revisado el potencial de hidrogeles en utilizaciones de sensores [34]. Dimitrios et al. [21] discute la adaptación de hidrogeles para diversas aplicaciones de interés médico.

Tecnologías adoptadas en la preparación de hidrogel

Por definición, los hidrogeles son redes de polímeros con propiedades hidrofílicas. Mientras que los hidrogeles se preparan generalmente a base de monómeros hidrofílicos, monómeros hidrófobos se utilizan a veces en la preparación de hidrogel para regular las propiedades para aplicaciones específicas.

En general, los hidrogeles pueden prepararse a partir de cualquiera de los polímeros sintéticos o polímeros naturales. Los polímeros sintéticos son de naturaleza hidrófoba y químicamente más fuerte en comparación con polímeros naturales. Su resistencia mecánica resulta en velocidad de degradación lenta, pero por otro lado, la resistencia mecánica proporciona la durabilidad también. Estas dos propiedades opuestas deben estar equilibrados a través de un diseño óptimo [35]. También, puede ser aplicado a la preparación de hidrogeles a base de polímeros naturales, siempre que estos polímeros tienen grupos funcionales adecuados o se han funcionalizado con grupos polimerizables por radicales [36].

En el sentido más sucinta, un hidrogel es simplemente una red polimérica hidrófila reticulada de alguna manera para producir una estructura elástica. Por lo tanto, cualquier técnica que se puede utilizar para crear un polímero reticulado se puede utilizar para producir un hidrogel. De copolimerización / polimerizaciones de radicales libres de reticulación se utilizan comúnmente para producir hidrogeles mediante la reacción de monómeros hidrófilos con reticulantes multifuncionales. Polímeros lineales solubles en agua de origen tanto natural como sintético son reticulados para formar hidrogeles en un número de maneras:

1. La vinculación de las cadenas de polímeros a través de una reacción química.2. El uso de radiación ionizante para generar la cadena principal radicales libres que puede recombinarse como reticular uniones.3. Interacciones físicas tales como enredos, la electrostática,

y la formación de cristalitos.

Cualquiera de las diversas técnicas de polimerización se pueden utilizar para formar geles, incluyendo masa, en solución, y polimerización en suspensión.

En general, las tres partes integrales de la preparación de los hidrogeles son monómero, iniciador, y reticulante. Para controlar el calor de polimerización y las propiedades finales hidrogeles,

diluyentes se pueden utilizar, tal como agua o en otras soluciones acuosas. Entonces, la masa de hidrogel necesita ser lavado para eliminar las impurezas que quedan del proceso de preparación. Estos incluyen monómero no reaccionado, iniciadores, reticuladores, y los productos no deseados producidos por medio de reacciones laterales ( Fig. 2 ).

Preparación de hidrogel a base de acrilamida, ácido acrílico, y sus sales por polimerización inversa a la suspensión [37] y polimerización en solución diluida se han investigado otros lugares. Menos estudios se han realizado sobre la polimerización en solución altamente concentrada de monómeros acrílicos, que están patentados en su mayoría [38]. Chen [39] produjo acrílico acrilato superabsorbente ácido de sodio a través de (43,6% en peso) de polimerización en solución se concentró utilizando persulfato de potasio como iniciador térmico.

Los hidrogeles se preparan normalmente a partir de monómeros polares. De acuerdo a sus materiales de partida, se pueden dividir en hidrogeles polímero natural, hidrogeles de polímeros sintéticos, y combinaciones de las dos clases.

Desde un punto de vista preparativa, que pueden obtenerse por polimerización de injerto, la polimerización de reticulación, las redes de formación de polímero soluble en agua, y la reticulación por radiación, etc. Hay muchos tipos de hidrogeles; en su mayoría, son ligeramente copolímeros reticulados de acrilato y ácido acrílico, y polímeros de almidón-ácido acrílico injertadas preparadas por suspensión microscopios invertidos, polimerización en emulsión, y polimerización en solución. Las técnicas de polimerización se han descrito a continuación.

La polimerización en masa

Muchos monómeros de vinilo potencialmente pueden ser utilizados para las producciones de hidrogeles. Hidrogeles a granel se pueden formar con uno o más tipos de monómeros. La amplia variedad de monómeros permite a uno preparar el hidrogel con propiedades físicas deseadas para una aplicación dada. Por lo general, se añade una pequeña cantidad de agente de reticulación en cualquier formulación de hidrogel. La reacción de polimerización se inicia normalmente con radiación, ultravioleta, o catalizadores químicos.

La elección de un iniciador adecuado depende del tipo de monómeros y disolventes que se utiliza. El hidrogel polimerizado puede ser producido en una amplia variedad de formas, incluyendo películas y membranas, varillas, partículas, y emulsiones.

La polimerización en masa es la técnica más sencilla que implica sólo monómero y los iniciadores solubles en monómero. De alta velocidad de polimerización y el grado de polimerización se produce a causa de la alta concentración de monómero. Sin embargo, la viscosidad de la reacción aumenta marcadamente con la conversión que genera el calor durante la polimerización. Estos problemas se pueden evitar mediante el control de la reacción a bajas conversiones [40] . La polimerización en masa de monómeros para hacer un hidrogel homogénea produce una matriz de polímero vítreo, transparente, que es muy duro. Cuando se sumerge en agua, se hincha matriz vítrea que se vuelven blandos y flexibles.La polimerización en solución / entrecruzamiento

En solución copolimerización / reacciones de reticulación, los monómeros iónicos o neutros se mezclan con el agente de reticulación multifuncional. La polimerización se inicia térmicamente por irradiación UV o por un sistema iniciador redox. La presencia de la porción disolvente tal como un disipador de calor es la principal ventaja de la polimerización en solución durante la polimerización en masa. Los hidrogeles preparados necesitan ser lavados con agua destilada para eliminar los monómeros, oligómeros, agente de reticulación, el iniciador, el polímero soluble y extraíble, y otras impurezas. La separación de fases se produce y el hidrogel heterogénea se forma cuando la cantidad de agua durante la polimerización es más que el contenido de agua correspondiente al equilibrio de hinchamiento.

Los disolventes típicos utilizados para la polimerización en solución de hidrogeles incluyen agua, etanol, mezclas de agua-etanol, y alcohol bencílico. El disolvente de síntesis puede entonces ser retirado después de la formación del gel por la hinchazón de los hidrogeles en agua.

Polimerización en suspensión o polimerización inversa suspensión

Polimerización en dispersión es un método ventajoso ya que los productos se obtienen como polvo o microesferas (bolas), y por lo tanto, no se requiere molienda. Puesto que (W / O) proceso se elige en lugar de agua en aceite el aceite en el agua más común (O / W), la polimerización se conoce como â € ~ A. € ~inverse- suspensionâ ™ € â € ™ .

En esta técnica, los monómeros y el iniciador se dispersan en la fase de hidrocarburo como una mezcla homogénea. La viscosidad de la solución de monómero, la velocidad de agitación, diseño del rotor, y el tipo de dispersante rige principalmente el tamaño de

partículas de resina y la forma [41]. Algunas discusiones detalladas sobre polimerizaciones hetero-fase ya se han publicado [42, 43] . La dispersión es termodinámicamente inestable y requiere tanto de agitación continua y adición de un agente de suspensión bajo hidrófilo-lipófilo-equilibrio (HLB).

El injerto a un soporte

Generalmente, los hidrogeles preparados por polimerización en masa tienen una estructura débil inherente. Para mejorar las propiedades mecánicas de un hidrogel, se puede injertar en revestido sobre un soporte más fuerte superficie. Esta técnica que implica la generación de radicales libres en una superficie de soporte más fuerte y entonces la polimerización de monómeros directamente sobre el mismo como resultado una cadena de monómeros están unidos covalentemente al soporte. Una variedad de soportes poliméricos se han utilizado para la síntesis de hidrogel por técnicas de injerto [44, 45].La radiación ionizante de alta energía, como rayos gamma [46] y haces de electrones [47], se ha utilizado como un iniciador para preparar los hidrogeles de compuestos insaturados. La irradiación de la solución polimérica acuosa se traduce en la formación de radicales sobre las cadenas poliméricas. Además, la radiólisis de moléculas de agua resulta en la formación de radicales hidroxilo, que también atacan a las cadenas de polímero, lo que resulta en la formación de macro-radicales.

Finalmente, se forma una estructura reticulada recombinación de los macro-radicales en diferentes cadenas de resultados en la formación de enlaces covalentes, de modo. Ejemplos de polímeros reticulado por el método de la radiación son poli (alcohol vinílico), poli (etileno glicol), y poli (ácido acrílico). La principal ventaja de la iniciación de la radiación sobre la iniciación química es la producción de hidrogeles relativamente puros y de iniciador libre.

Características técnicas de hidrogel

Las características funcionales de un material de hidrogel ideales se pueden enumerar de la siguiente manera [48]:

La capacidad de absorción más alta (máxima hinchamiento de equilibrio) en solución salina. Velocidad deseada de absorción (tamaño de partícula preferido y porosidad) en función del requisito de aplicación. La absorbencia más alta bajo carga (AUL). El contenido soluble más bajo y el monómero residual. El precio más bajo. La durabilidad más alta y la estabilidad en el entorno de la hinchazón y durante el almacenamiento. La biodegradabilidad más alto sin la formación de especies tóxicas después de la degradación. pH-neutralidad después del hinchamiento en agua. Incoloro, ausencia de olor, y absoluta no tóxico. Estabilidad de fotos. Rehumectante capacidad (si es necesario) el hidrogel tiene que ser capaz de devolver la solución embebida o para mantenerla; dependiendo del requisito de aplicación (por ejemplo, en aplicaciones agrícolas o higiénicos).

Obviamente, es imposible que una muestra de hidrogel cumpliría simultáneamente todas las características antes mencionadas requeridas. De hecho, los componentes sintéticos para lograr el nivel máximo de algunas de estas características darán lugar a la ineficacia del resto. Por lo tanto, en la práctica, las variables de reacción producción debe ser optimizado de tal manera que se logra un equilibrio adecuado entre las propiedades. Por ejemplo, productos de higiene de hidrogeles deben poseer la más alta tasa de absorción, la más baja re-humectación, y el monómero residual más bajo, y los hidrogeles utilizados en la administración de fármacos debe ser poroso y la respuesta a cualquiera de pH o la temperatura.

Implicaciones en el diseño de procesos

La producción de hidrogeles poliméricos se realiza generalmente por uno de dos regímenes bien establecidos: (a) polimerización de monómeros hidrófilos y (b) la modificación o funcionalización de polímeros existentes (natural o artificial). 

La tecnología de producción de hidrogel se discutirá en las siguientes secciones, con énfasis en los métodos y técnicas más recientes.

Las fuentes originales de hidrogeles a menudo se dividen en dos clases principales; es decir, artificial (basado petroquímica) y natural. Esta última se puede dividir en dos grupos principales, es decir, los hidrogeles basados en polisacáridos y otros basados en polipéptidos (proteínas). Los hidrogeles de base natural se preparan generalmente a través de la adición de algunas partes sintéticos sobre los sustratos naturales, por ejemplo, copolimerización por injerto de monómeros de vinilo en polisacáridos.

Cabe señalar cuando se utiliza el término â € ~ A. € ~hydrogelâ € ™ â € ™ sin especificar su tipo; que en realidad implica el tipo más convencional de hidrogeles, es decir, el acrílico aniónico que comprende una red de copolímero basado en el ácido acrílico parcialmente neutralizado (AA) o de acrilamida (AM) [49].

El mayor volumen de hidrogeles comprende origen completo petroquímica artificial o de. Se producen a partir de los monómeros acrílicos. El ácido acrílico (AA) y sus sales de sodio o potasio, y acrilamida (AM) se usan más frecuentemente en la producción industrial de hidrogel. Las dos vías generales para preparar las redes de hidrogel acrílico son la polimerización simultánea y la reticulación por un agente de reticulación de polivinilo y la reticulación de un prepolímero soluble en agua por un agente de reticulación polifuncional.

La técnica más común y más versátil para la producción de hidrogeles sintéticos son los monómeros de vinilo multifuncionales de radicales libres.

Cada uno de estos monómeros contiene un doble enlace de carbono a través del cual un centro activo puede propagar a producir cadenas de polímero. El método para la generación de centros activos depende de los monómeros particulares, disolventes, y las condiciones de reacción a emplear, pero se puede basar en calor (iniciadores térmicos), luz (fotoiniciadores), y-radiación o haces de electrones [49].

Preparación de poli (ácido acrílico) de hidrogel

Variedad de monómeros acrílicos, en su mayoría, se emplea para preparar los hidrogeles. El ácido acrílico (AA) y sus sales de sodio o de potasio son los más utilizados en la producción industrial de los hidrogeles. AA, un líquido incoloro con olor a vinagre, sin embargo, tiene la capacidad de convertir en su dímero (DAA). En este sentido, el nivel de DAA se debe minimizar para evitar que las deficiencias del producto final, por ejemplo, reducción del rendimiento, la pérdida de la fracción soluble, monómeros residuales, etc. Debido a los problemas potenciales procedentes de la naturaleza inherente de AA para dimerizar con el tiempo, los fabricantes trabajar correctamente con AA, tales como la realización de pedidos a tiempo, justo a tiempo de entrega, la exclusión de humedad, y el almacenamiento de temperatura controlada (por lo general 17 a 18 0 C) [49].

Como se ha mencionado antes, los materiales de hidrogel a menudo se sintetizan por polimerización iniciada por radicales de monómeros acrílicos. Las resinas se preparan en medio acuoso mediante polimerización en solución o en un medio de hidrocarburo, donde los monómeros son bien dispersada. Estos métodos diferentes se discuten brevemente en las secciones siguientes.

Preparación y proceso de optimización de hidrogel mediante la técnica de polimerización en soluciónPolimerización iniciada por radicales libres de ácido acrílico (AA) y sus sales, con un agente de reticulación, se utiliza con frecuencia para la preparación de hidrogel. Los grupos ácidos carboxílicos del producto son

parcialmente neutralizado antes o después de la etapa de polimerización. Iniciación se lleva a cabo más a menudo químicamente con azo de radicales libres o peróxido de especies disociativos térmicos o por reacción de un agente reductor con un agente oxidante (sistema redox) [50].

La polimerización en solución de AA y / o sus sales con un reticulante soluble en agua, por ejemplo, metilen-bis-acrilamida (MBA) en una solución acuosa es un proceso sencillo. Los reactantes se disuelven en agua a concentraciones deseadas, por lo general alrededor de 10-70%.

Una reacción exotérmica rápida se obtiene un producto elástico similar a un gel que se seca, y la masa macro-porosa se pulveriza y se tamiza para obtener el tamaño de partícula requerido. Este método preparativa generalmente sufre de la necesidad de manejar una bery caucho / producto de reacción sólido, la falta de un suficiente control de la reacción, la distribución no exacta del tamaño de partícula, y aumentar el contenido de sol principalmente debido a los efectos no deseados de la escisión hidrolítica y térmica. Sin embargo, para una producción general de un hidrogel con propiedades de hinchamiento aceptables, la técnica menos costosa y más rápida, es decir, el método de solución puede a menudo ser preferido por los fabricantes [49].

El monómero AA es inhibida por metoxihidroquinona (MHC) para evitar la polimerización espontánea durante el almacenamiento. En la producción industrial, el inhibidor no se elimina por lo general debido a algunas razones técnicas [51]. Mientras tanto, AA se convierte en un dímero no deseado que debe ser eliminado o minimizado. La minimización de dímero de ácido acrílico (DAA) en el monómero es importante debido a sus efectos adversos indirectos sobre las especificaciones del producto final, típicamente fracción soluble y el monómero residual. Tan pronto como se produce AA, ácido diacrílico se forma espontáneamente en la mayor parte de reacción AA. Puesto que la temperatura, contenido de agua, y el pH tienen impacto en la tasa de formación de DAA, la tasa puede ser minimizado mediante el control de la temperatura del monómero almacenado y excluyendo la humedad [52].

El aumento de la concentración de agua tiene un impacto relativamente pequeño en la tasa de formación de DAA. Sin embargo, la tasa se duplica aproximadamente por cada aumento de 5 0 C de temperatura. Por ejemplo, en una muestra de AA que tiene 0,5% de agua, la tasa de dimerización es 76 y 1672 ppm / día a 20 0 C y 40 0 C, respectivamente. DAA, sin embargo, se puede hidrolizar en medios alcalinos para producir AA y ácido diacrílico. Desde éste no puede ser polimerizado, se mantiene como parte de la fracción soluble de hidrogel.

Javad Alaei et al. [53] declaró que la producción de hidrogeles en la industria consiste en solución y revocó la suspensión y revirtió polimerizaciones en emulsión. Fig. 3 representa un diagrama de bloques de un proceso de polimerización en solución genérica. Estas cifras corresponden a los principales procedimientos para la fabricación de hidrogel en la semi-piloto y escalas industriales.

La hoja de flujo de captura muchos de los elementos de las instalaciones de libre radicales reactor de copolimerización reales [54-58]. Como se muestra en la Fig. 4 , monómeros A y B se añaden continuamente con iniciador, disolvente y agente de transferencia de cadena. Además, un inhibidor puede entrar con los alimentos frescos como una impureza. Estas corrientes de alimentación se combinan (corriente 1) con el reciclo (corriente 2) y fluyen al reactor (corriente 3), que se supone que es una camisa de tanque bien mezclado. Un refrigerante fluye a través de la camisa para eliminar el calor de polimerización. Polymer, monómeros sin reaccionar, disolvente, iniciador, y el agente de transferencia de cadena fluya fuera del reactor al separador (corriente 4) donde se eliminan del polímero, iniciador residual, y el agente de transferencia de

cadena. Monómeros sin reaccionar y disolvente (corriente 7), entonces siguen a un punto de purga (corriente 8), que representa la ventilación y otra

pérdidas y es necesario para evitar la acumulación de inertes en el sistema. Después de la purga, los monómeros y disolvente (corriente 9) se almacenan en el tanque de retención de reciclaje, que actúa como un aumento de la capacidad para suavizar las variaciones en el flujo de reciclaje y la composición. El efluente (corriente 2) reciclaje se añade a los alimentos frescos.

Preparación y proceso de optimización de perlas de hidrogel usando una técnica de polimerización en suspensiónLa inversa-suspensión es una técnica altamente flexible y versátil para producir hidrogeles con alta capacidad de hinchamiento y la cinética rápida absorción [59]. Un iniciador soluble en agua muestra una

una mayor eficiencia de los de tipo soluble en aceite. Cuando el iniciador se disuelve en la fase dispersa (acuoso), cada partícula contiene todos las especies reactivas y por lo tanto se comporta como un aislado micro-batch reactor de polimerización [60].

Las partículas microesféricas resultantes se eliminan fácilmente por filtración o centrifugación de la fase orgánica continua. Tras el secado, estas partículas o perlas proporcionará directamente un polvo de flujo libre. Además de las propiedades de fluidez únicas de estas perlas, el proceso inverso a la suspensión muestra ventajas adicionales en comparación con el método de solución. Estos incluyen un mejor control de la eliminación del calor de reacción, la regulación de la distribución de tamaño de partícula, y otras posibilidades de ajuste de la estructura de partículas o alteración morfología [61].

Este método se emplea para preparar micropartículas esféricas hidrogeles con rango de tamaño de 1 im a 1 mm. En la polimerización en suspensión, la solución de monómero se dispersa en la formación de finas gotitas de monómero, que se estabilizan mediante la adición de estabilizador no disolvente. La polimerización se inicia por los radicales de descomposición térmica de un iniciador. Las micropartículas recién formadas se lavan a continuación para eliminar monómeros, agente reticulante e iniciador.

Recientemente, la técnica inversa a la suspensión ha sido ampliamente utilizado para los hidrogeles a base de poliacrilamida, debido a su fácil retirada y gestión de la, monómero de acrilamida residual peligrosos en el polímero. Fig. 5 representado el diagrama de bloques de proceso de polimerización en suspensión para la producción de hidrogel. Parámetros críticos para la preparación de perlas de hidrogel mediante polimerización en suspensión se mantienen en general propietaria o poco claro en la literatura.

Además, Lee [61] estudiaron los rangos de parámetros críticos para la polimerización en suspensión de perlas de hidrogel a base de poli-2-hidroxietil metacrilato (PHEMA) de proceso. Las perlas de PHEMA se prepararon mediante polimerización en suspensión por radicales libres de metacrilato de 2-hidroxietilo (HEMA) ligeramente reticulado con dimetacrilato de etilenglicol (EGDMA) utilizando hidróxido de magnesio como el estabilizador de la suspensión.

La hoja de flujo de proceso de polimerización en suspensión de la fig. 6 es muy similar al proceso de polimerización en solución de la fig. 4 , con la excepción de que el agua reemplaza el disolvente y el reactor opera adiabáticamente.

Optimización de los parámetros que afectan el proceso de polimerización se llevó a cabo para maximizar el rendimiento del grano, la suavidad, la esfericidad, y la claridad y para lograr una distribución de tamaño estrecha, mientras que reduciendo la cantidad de material no talón. Polimerización en suspensión produce inherentemente Tamaño de los granos-dispersa, pero su distribución de tamaño de partícula puede controlarse por agitación rpm. Parámetros encontrados para influir en las propiedades del polímero en un orden decreciente de importancia son los siguientes: tipo de iniciador y la pureza, concentración de sal, la temperatura de polimerización, la suspensión de tipo de agente y

de la concentración, la tasa y tipo de agitación, y la relación de dispersa a fase continua.

Se encontraron condiciones que dieron como resultado un buen rendimiento de perlas de PHEMA de calidad para consistir en 0,85 a 1,7% de agente de suspensión, 18-20% de sal disuelta, 03/05 a 05/25 fase continua a la proporción de monómero, 0,2-0,4% de iniciador, y una velocidad de agitación de 80-120 rpm. Polimerización en suspensión usando una configuración típica produjo perlas PHE- MA de un intervalo de diámetro entre 75 pm y 1.000 pm, pero en gran parte (> 50% en peso.) Entre 500 y 850 pm, dependiendo de la velocidad de agitación. Estas perlas tienen hinchamiento de equilibrio de agua del 38-41% (w / w). La optimización de las condiciones de preparación de PHEMA de hidrogel [61] se puede resumir en la Tabla 1 .

Preparación y proceso de optimización de hidrogel a base de almidón injertado

Los hidrogeles pueden estar basadas en polímeros naturales, incluyendo macromoléculas extraídos de colágeno animal, plantas y algas. Estas macromoléculas naturales son típicamente polisacáridos y proteínas compuestas de unidades de repetición glicosídicos y de aminoácidos, respectivamente.

Los hidrogeles de polímeros naturales, especialmente polisacáridos, son en general, no tóxico y biodegradable. Se han reportado considerables investigaciones y trabajos técnicos. La modificación química de almidón o almidón modificado a través de copolimerización de injerto de vinilo constituye los campos más importantes para mejorar las propiedades de almidón y la ampliación de la gama de su utilización. El injerto de almidón-copolímero tal como almidón-g-poli estireno, alcohol de almidón-g-de polivinilo, almidón-g-metacrilonitrilo, y almidón-g-acrilonitrilo haber sido producida por la generación de radicales libres en la superficie de los gránulos de almidón, seguido de copolimerización de estos radicales libres con los respectivos monómeros de vinilo. Estos copolímeros también han limitado biodegradabilidad debido a la presencia de una parte no biodegradable del polímero [44] .

Se ha informado de que la síntesis de hidrogeles mediante la modificación de polímeros naturales (por ejemplo, biocatalıticas) se ha utilizado para la preparación de poli (acrilato) que contienen azúcar 

hidrogeles. Estos autores encontraron que por la introducción de pequeñas cantidades de agar, que fueron capaces de eliminar la fragilidad relativa de los hidrogeles de poliacrilamida y reducir la formación de partículas finas indeseables durante la molienda en húmedo. Raju et al. [37] injertado de acrilonitrilo en almidón de yuca mediante polimerización iniciada por iones de cerio. Estos autores investigaron los efectos de las concentraciones de reactivos y la duración de la polimerización.

Los copolímeros de injerto de muchos monómeros hidrofílicos tales como acrilamida (AM), ácido acrílico (AA), y acrilonitrilo (AN) Onto almidón se han utilizado para preparar hidrogeles superabsorbentes. Entre los hidrogeles, los hidrogeles a base de almidón preparados por la hidrólisis de injerto de almidón-poliacrilonitrilo han sido estudiados en detalle.

Talaat et al. [44] investigaron a fondo la preparación de almidón-g-acrilonitrilo hidrogel. Los procesos principales de este procedimiento se mezcla de almidón y agua, injerto con acrilonitrilo, separación y secado, seguido por saponificación con un álcali a 95 0 C durante una hora, la precipitación con metanol, lavado con etanol libre de agua, y secado al vacío a 60 0C durante 3 h. Un sistema redox (Fe + 2 / H 2 O 2 ) se ha empleado como una fuente de [OH '] radicales libres.

Fig. 7 representa un diagrama de bloques del proceso de diseño para la preparación de hidrogel a través de injerto sobre un polisacárido (almidón). Los principales parámetros del proceso celebrado en este estudio pueden resumirse como sigue [44] :

AN / almidón, 1,4; H 2 O 2 dosis, 1,2; y 1,5 g / g almidones de maíz y patata, respectivamente, H 2 O 2 / FeSO 4 7H 2 O = 6 (w / w);

Relación de líquido a sólido, 10: 1; temperatura de injerto, 30 0 C; tiempo de injerto de 90 min .; tiempo de saponificación, 90 min; 9 NaOH ml (0.7 N) / g de almidón injertado; la temperatura de saponificación, 95 0 C; metanol utilizado en la precipitación y lavado (20 ml / g de almidón injertado); agua; temperatura de secado, 60 0 C y tiempo de secado, 3 h. Por lo tanto, la duración total de la preparación de hidrogel fue de aproximadamente 5 h.

El trabajo realizado por Qunyi y Ganwei [45] que los superabsorbentes que comprende el polímero de injerto de acrilonitrilo y ácido 2-acrilatos lamido-2-metilpropanosulfónico (AMPS) en almidón se prepararon utilizando un sistema redox pirofosfato iniciar manganeso. La adición de AMPS resultó en una disminución gradual en el tiempo de saponificación para el polímero de injerto. En consecuencia, la duración total de la producción superabsorbentes también disminuye. El efecto de la dosis de hidróxido de potasio y la temperatura de saponificación en la absorbencia de agua del superabsorbente se investigó. Fig. 8 representa el diagrama de bloques de un hidrogel preparado por Qunyi y Ganwei [45] .

La respuesta máxima a las condiciones óptimas de saponificación se puede conseguir. La absorción de agua fue 1.345 g / g superabsorbente seco, utilizando las siguientes condiciones de saponificación: volumen de KOH 203,7 ml, concentración de KOH 0,51 mol / l, y la temperatura de saponificación 92,6 o c. El tiempo de saponificación más corto es de 17 min y, a continuación, el tiempo de síntesis total de los superabsorbentes es 2,5 h.

Los polímeros superabsorbentes biodegradables [62] se prepararon mediante la copolimerización por injerto entre el almidón gelatinizado y de acrilamida / ácido itacónico a través de polimerización en solución en espuma usando persulfato de amonio (APS) y la diamina etiletileno tetram- (TEMED) como un iniciador de oxidación-reducción y co-intiator , respectivamente, mientras que bisacrilamida de metileno (MBA) como un agente de reticulación.

Se encontró que la presencia tanto de acrilamida y ácido ita- cónica es esencial para la reacción de injerto en el almidón de mandioca gelatinizado para obtener una alta capacidad de absorción como la absorción de agua de 379 Â ± 10 g / g preparado a partir de la relación molar óptima de AM -a-IA de 90:10 y la relación en peso óptima de almidón para el monómero de 1: 2 para dar el mayor porcentaje de eficacia de injerto y la más alta absorción de agua. Un esquema preparativa describiendo el proceso principal para la producción de copolímeros de injerto de almidón y productos de reacción lateral se demuestra por el diagrama de flujo presentado en la Fig. 9 .

Una mayor cantidad de los monómeros proporcionado la oportunidad de injerto superior al almidón sustrato de injerto en la otra fase. La concentración de los APS de iniciador redox: TEMED de 1: 2% en peso de monómeros dio el resultado óptimo para lograr la más alta absorción de agua. El aumento de la concentración del agente de reticulación en la copolimerización de injerto mejorado el porcentaje de eficacia de injerto, add-on, y el injerto de relación. La condición óptima de la MBA agente de reticulación de 2,0% en peso dio la más alta absorción de agua. Las condiciones óptimas de injerto copolimerización de acrilamida y ácido itacónico Onto almidón de yuca para preparar un hidrogel superabsorbente [62] se puede resumir como se muestra en la Tabla 2 .

Preparación de hidrogel de acrilamida por irradiación

Preparación de hidrogel de acrilamida a partir de soluciones acuosas utilizando la irradiación con rayos y se ha investigado, y los efectos de la concentración de la solución, la dosis y-ray, pH, y el tiempo han sido 

observado en la caracterización de los geles producidos. Fracción de gel aumenta con la dosis para todas las concentraciones, y casi 100% de conversión de gel se alcanza a 5 kGy de soluciones homogéneas en la gama de concentración de 20-50%. Por un lado, la fracción total de gel no es mayor que 86% se obtiene incluso a dosis más altas (30 kGy) para la solución de concentración 10%.Por otro lado, la solución de concentración 60% no es homogénea aunque da fracción de

gel aproximadamente el 100%. Por lo tanto, existe una concentración límite por encima del cual la solución no es homogénea y por debajo de los que se necesitan dosis más altas para la preparación de gel esperado. Hinchazón varía tanto con las dosis y las concentraciones debido a el cambio en la densidad de reticulación en los hidrogeles. El cambio de volumen máximo en hidrogeles durante la inflamación se produce dentro de las 24 h [63, 64] .Diseño y optimización de las tecnologías basadas en la radiación eficientes, seguras y económicamente viables de formación de hidrogel  requiere el conocimiento de la química de radiación subyacente. Esta necesidad ha sido desde hace mucho tiempo uno de los principales factores estimulantes de las investigaciones sobre la radiólisis de polímeros en soluciones acuosas. Los hidrogeles pueden ser obtenidos por la técnica de radiación en varias formas, incluyendo la irradiación del polímero sólido, monómero (a granel o en solución), o solución acuosa de polímero.

El primer método, es decir, la irradiación de polímero hidrófilo en una forma seca [64] , tiene algunos inconvenientes. Puede requerir una preparación especial de la muestra (como presión o fusión), y algunos pueden encontrar dificultades en la obtención de hidrogeles macroscópicas homogéneos. Además, requiere dosis por lo general mucho más altos de radiación ionizante para obtener un gel en comparación con la irradiación en solución, y además, puede ser difícil de eliminar completamente el oxígeno que pueden promover reacciones secundarias no deseadas [65] .

Una categoría innovadora de productos de hidrogel

Hace unas tres décadas, polímeros superabsorbentes (SAP) se introdujeron en las industrias de la agricultura y pañales, y luego, sus aplicaciones se extendieron a otras industrias en una excelente propiedad de retención de agua era de primordial importancia.

En 1998, los hidrogeles superporosas (EPSS) fueron considerados como una categoría diferente de sistemas de polímeros absorbentes de agua. Los SPHs originales fueron desarrollados en próximas generaciones de SPHs con propiedades más útiles,

como una elevada resistencia mecánica y propiedades elásticas. En esta revisión, la evolución de los EPSS se describe en detalle, y las diferencias entre SPHs y superabsorbentes (PAE) también se explican. PAE, al igual que SPHs, son estructuralmente polímeros hidrófilos reticulados, que tienen la capacidad de absorber cantidades considerables de agua o fluidos acuosos (10-1000 veces de su peso original o volumen) en períodos relativamente cortos de tiempo [60] .

Dependiendo del proceso de fabricación y los materiales utilizados durante la preparación, la velocidad de hinchamiento de los PAE se extiende de fracción de un minuto a horas. La hinchazón rápido, sin embargo, se basa principalmente en el pequeño tamaño de las muestras de SAP. Por otra parte, la cinética de hinchamiento de SPHs siempre es rápido, independientemente del tamaño del producto final. Los hidrogeles porosos se preparan usando varias técnicas, tales como la liofilización [66] , la formación de microemulsión, y la separación de fases [67] . Por otro lado, los PAE modernas y SPHs se preparan normalmente utilizando una técnica de soplado de gas en el que se explota la descomposición inducida por ácido de un compuesto de bicarbonato [68] .

Aunque ambos PAE y SPHs son porosos en su estructura, que son diferentes entre sí en comparación en la Tabla 3 . Los SPHs hinchan inmediatamente después del contacto con agua independientemente de su tamaño en estado seco [69] .La misma solución de monómero puede producir diferentes tipos de las redes de polímero absorbente de agua, tales como estructuras no porosas, porosos, y superporosas dependiendo de la presencia de agente espumante, la formación de espuma ayuda y estabilizante de la espuma, como se muestra en la Tabla 4 . Las comparaciones hechas en la Tabla 4 se basan en SAP y SPH preparados por utilizando acrilamida y ácido acrílico.

Preparación de hidrogeles super-absorbente y muy porosas

En el proceso de preparación de SAPs descritos por los pasos que se muestran en la Fig. 10 , el siguiente procedimiento general se aplica independientemente del tipo de los materiales utilizados. Desde monómeros hidrófilos tienen un alto calor de polimerización, su polimerización en masa se asocia normalmente con una violenta reacción exotérmica que resulta en una estructura heterogénea, así llamado producto de palomitas de maíz sin propiedades absorbentes de agua.

Debido a que el fenómeno descrito anteriormente, el monómero se diluye primero con cierta cantidad de agua para alcanzar una concentración de monómero deseada (Paso 1). La dilución con agua también hace que sea fácil de manejar los monómeros.Por ejemplo, el ácido acrílico glacial diluido en agua posee propiedades de manipulación superiores en comparación con ácido acrílico debido a su temperatura de congelación inferior [69] .

Normalmente, el monómero se mezcla con agua a temperatura ambiente bajo agitación suave. Para producir superabsorbente iónico, monómeros, tales como ácido acrílico, se puede neutralizar a un cierto grado, normalmente a 75% en moles (Paso 2), seguido por la adición de un agente de reticulación (Paso 3). Dado que la neutralización puede ser acompañado por la liberación repentina de cantidades significativas de calor, un reactor de doble superficie equipado con camisas de enfriamiento externas o internas o bobinas se puede emplear.

Todos los polímeros superabsorbentes modernos son producidos de poseer grandes cantidades de poros necesarios para adquirir propiedades de absorción de agua rápido [70] . Esta propiedad normalmente se puede lograr mediante la generación de burbujas de gas. Para producir la espuma durante la polimerización, la formación de espuma tales como la ayuda se añade ácido acético glacial

a la solución de monómero (Paso 4). Para la polimerización promovido, iniciadores térmicos y redox, tales como persulfato de amonio o persulfato de potasio, se utilizan normalmente. Oxidante y el reductor se añaden a la solución de monómero bajo mezcla suave (pasos 5-6). Las burbujas de gas se generan mediante la adición de

agente espumante ácido-dependiente, tal como bicarbonato sódico (Paso 7). Fig. 13 representa un diagrama esquemático de los pasos postpreparation de polímero tanto PAE y SPHs hidrogel.

Hidrogeles superporosas se producen a través de la adición de un estabilizante de la espuma durante el proceso (Paso 4). Puesto que la estabilidad de la espuma es esencial para la producción de SPHs homogéneos, agentes tensioactivos, tales como copolímeros de tres bloques PEO-PPO-PEO, se utilizan durante el proceso de preparación. La solución acuosa de tensioactivo se añade a la solución de monómero y la mezcla bajo agitación suave. Otro paso único producir SPHs está utilizando iniciadores par redox tales como persulfato de amonio / metabisulfito de sodio o persulfato de potasio / metabisulfito de sodio (pasos 5-6). Casi todos SPHs se producen utilizando una pareja de oxidante / reductor, mientras que los PAE se producen a través de ambos sistemas térmicos y redox.

Las reacciones implicadas en la preparación de SAPs y SPHs son la polimerización de reticulación (que también se conoce como la gelificación) y la formación de espuma. Dispersión y disolución de bicarbonato (Paso 7) aumenta el pH del medio de reacción a un nivel en el que el iniciador se descompone más rápido. Como la formación de radicales iniciadores alcanza un cierto nivel, la reacción de polimerización procede rápidamente y la mezcla de reacción se vuelve viscosa. Al mismo tiempo, bicarbonato de interactúa con el componente ácido del sistema para producir CO 2 los gases necesarios para el proceso de soplado. Los dos procesos, es decir, los procesos de gelificación y de formación de espuma deben llevarse a cabo de tal manera para permitir la formación de espuma armonizado y gelificación.

Puesto que ningún estabilizante de la espuma se utiliza normalmente en la preparación de SAPs, la espuma colapsa espontáneamente bajo su peso y se contrae en un volumen más pequeño. Por lo tanto, las estructuras de los poros no se conservan de una manera controlada. La consistencia del hidrogel después de su formación puede afectar a la estabilización de la espuma. Por ejemplo, la polimerización de soluciones de monómero altamente concentradas resultados en la gelificación súbita de la mezcla de reacción a un producto quebradizo y sólido. Por lo tanto, se evita la movilidad de las cadenas de polímero, y por lo tanto, los poros podría ser preservada hasta cierto punto. El producto espumado se seca y se muele mecánicamente [69] .

En caso de SPHs, el producto de espuma preparada se empapó no disolventes, normalmente etanol, para deshidratar. La deshidratación utilizando etanol ayuda a estabilizar el producto espumado y evitar que se encoge. Resultados de deshidratación completa en un producto sólido, frágil poroso, que es de color blanco debido a la combinación heterogénea de polímero y los poros. Fig. 11 representa un esquema post-preparativa comparativo entre PAE y SPHs y su reflexión sobre sus características técnicas [69] .

Los SPHs primera generación (SPHs convencionales, CSPHs)

En 1999, Chen et al. [71] SPHs preparados con una cinética de hinchamiento rápido y propiedades superabsorbentes para la primera vez. En SPHs convencionales, los monómeros más utilizados para la preparación de la primera generación de SPHs son altamente hidro

fílico acrilamida y sales de ácido acrílico. Los SPHs secos son duros y quebradizos, pero la naturaleza hidrófila de los resultados de polímero en la plastificación inducido por la humedad de las rígidas estructuras en las estructuras blandas y flexibles.Los SPHs secos se hinchan rápidamente a un tamaño grande, más grande que unos pocos cientos de veces de su propio volumen en estado seco.

Debido a la muy pequeña fracción del polímero en estado hinchado, los SPHs hinchadas son a veces difíciles de manejar sin romperse. Cuando se secan los EPSS, la estructura porosa se convierte en inconsciente, o encogido debido a la tensión superficial de

agua tirando de las cadenas de polímeros juntos durante el proceso de secado. Para evitar este problema, el agua dentro de SPHs se sustituye con alcohol (por ejemplo, etanol). La baja tensión superficial de alcohol previene la estructura porosa se colapse durante el secado.

Los SPHs segunda generación (SPH compuestas, SPHCs)

Park et al. [72] , por primera vez, introdujo compuestos SPH mediante la modificación de los EPSS convencionales. Composites SPH son una matriz de una fase continua que tiene una fase dispersa incorporado. Las estructuras compuestas se hacen generalmente para lograr ciertas propiedades que no pueden de otra manera ser alcanzados por cada matriz sola.

Para fabricar materiales compuestos SPH, se utiliza una matriz de hinchamiento, aditivo, o un agente compuesto. Un agente de compuesto utilizado en materiales compuestos SPH es un polímero hidrófilo absorbente de agua reticulada que puede absorber la solución de monómero, reticulante, iniciador, y los componentes restantes de la preparación SPH. Tras la polimerización, el agente de material compuesto sirve como punto de reticulación física de las cadenas de polímero formadas local.

Durante el proceso de polimerización, cada partícula de material compuesto agente actúa como un reactor individuo aislado en el que se produce la polimerización de reticulación. A medida que avanza la polimerización de reticulación en toda la solución, partículas de agente compuestas hinchadas individuales están conectados entre sí a través de cadenas de polímero. La presencia de agente de material compuesto en materiales compuestos SPH resultados en propiedades mecánicas mejoradas sobre (es decir, la primera generación) SPH convencional, pero los materiales compuestos SPH siguen siendo frágiles y por lo tanto se rompen en pedazos tras la aplicación de tensiones.

Esta modificación sobre SPHs convencional se asemeja a la modificación de polímeros superabsorbentes a través de la reticulación superficial. En general, este tipo de resultado de la modificación en una red de polímero de módulo más alto en el estado hinchado, que es susceptible a falla bajo el mecanismo de fractura frágil. Durante muchos años, esta segunda generación de SPHs ha sido una herramienta de investigación atractivo para aplicaciones de administración de fármacos perorales e intestinales [73-75] .

Los SPHs de tercera generación: los híbridos SPH

Para producir SPHs con altas propiedades mecánicas o elásticas, la tercera generación de SPHs fue desarrollado sobre la base de los híbridos SPH [76, 77] . A diferencia de los materiales compuestos SPH en el que un pre-cruzada 

se añade aditivo matriz hinchazón vinculado, híbridos SPH se preparan mediante la adición de un agente híbrido que puede ser reticulada después de SPH se forma. El agente híbrido es un polímero dispersable en agua o soluble en agua que puede formar estructura reticulada a través de reticulación química o física.

Ejemplos de agentes híbridos son polisacáridos incluyendo alginato de sodio, pectina, quitosano, o polímeros sintéticos solubles en agua hidrófilos tales como poli (alcohol vinílico). Una vez formada la segunda red, todo el sistema se vuelve similar a redes interpenetrantes de polímero.

Un ejemplo de híbridos SPH es la producción de SPH basado en acrilamida en presencia de alginato de sodio, seguido de la reticulación de las cadenas de alginato por los iones de calcio. Una de las propiedades únicas de los híbridos SPH es que los geles son altamente elástico en el estado hinchado. En comparación con SPHs convencionales y compuestos de SPH, los híbridos SPH no son fácilmente rompible cuando se estira. Las propiedades elásticas y de goma hacen SPH híbridos una opción para diversas aplicaciones donde se prefieren los geles elásticos. Nunca ha sido previamente observado la capacidad de recuperación del agua totalmente hinchada SPHs. Híbridos SPH hinchado con el agua elásticas pueden resistir varios tipos de estrés, incluyendo la tensión, compresión, flexión y torsión. Estructural general, la hinchazón, y las propiedades mecánicas de diferentes generaciones de los EPSS se muestran en la Fig. 12 .

Aspectos de diseño de reactor de polimerización por lotes

La mayoría de los reactores industriales para la fabricación de polímeros de las materias primas operan bajo no isotérmico, por lotes, o las condiciones del reactor semi-lotes. Inicialmente, la temperatura de la masa de reacción se incrementa desde la temperatura ambiente hasta el punto de ajuste lo más rápido posible, y, a continuación, se impone ya sea un isotérmico o una historia de temperatura no isotérmica. Hay tres retos principales en esta área, a saber., La naturaleza exotérmica de la reacción de polimerización, la viscosidad de la masa de reacción aumenta con la polimerización, y la falta de disponibilidad de línea sensores para monitorear las variables de estado (conversión de monómero x m y un peso molecular medio peso M w) que caracteriza el sistema. La última de ellas ha provocado el desarrollo de sensores de software que pueden predecir las propiedades de la masa de reacción utilizando mediciones secundarias, por ejemplo, la temperatura, viscosidad, y variables relacionados (por ejemplo, la entrada de energía a un motor agitador de velocidad constante), eliminación de calor del reactor, etc. Chien y Penlidis [78] han presentado una revisión extensa de sensores en línea para los reactores de polimerización.

El reactor discontinuo de tanque agitado es todavía el tipo de reactor más ampliamente utilizado tanto en el laboratorio y en la industria. Un reactor discontinuo es uno en el que un material de alimentación es tratado en su conjunto por un período fijo de tiempo ( Fig. 13 ).

Durante algunas de las reacciones de polimerización, la viscosidad varía en un rango grande y el nivel de líquido no es constante. Si la mezcla no se efectúa así en todo momento, y en cada punto en el reactor por lotes, la reacción es difícil de llevar a cabo, y la calidad de los productos puede ser muy afectada.

Le Cardinal et al., [79] en comparación, en el laboratorio se robó los tanques, el desempeño de los tres impulsores sabe que son eficaces en rangos de alta viscosidad.

Mezclador de cinta con un tornillo alrededor del eje. Tornillo mezclador con cuatro deflectores. Mezclador de cinta doble.

Las tres hélices ( Fig. 14 ) se sabe que son eficaces en soluciones de alta viscosidad newtoniana eran reactores por lotes que pueden ser preferidos para la producción a pequeña escala de productos de alto precio, sobre todo si muchas operaciones secuenciales se llevan a cabo para obtener altos rendimientos de productos. Reactores por lotes también pueden estar justificadas cuando múltiples, productos de bajo volumen se producen en el mismo equipo o cuando el flujo continuo es difícil, ya que es con líquidos muy viscosos o pegajosos sólidos cargado. Debido a que el tiempo de residencia puede ser más uniforme en reactores discontinuos, mejores rendimientos y mayor selectividad que pueden obtenerse con reactores continuos.

Conclusiones

Recientemente, muchas redes de hidrogel basada han sido diseñados y adaptados para satisfacer las necesidades de las diferentes aplicaciones. La propiedad favorable de estos hidrogeles es o capacidad de hincharse cuando se ponen en contacto con una solución acuosa. La revisión presentada demuestra la literatura referente a la clasificación de los hidrogeles en diferentes bases, características físicas y químicas de estos productos y la viabilidad técnica de su utilización.

También participa tecnologías adoptadas para la producción de hidrogel junto con implicaciones en el diseño de proceso, diagramas de bloques y condiciones optimizadas del proceso de preparación. Una categoría innovado de recientes generaciones de materiales de hidrogel también se presentó en algunos detalles. Hidrogeles Super-porosas son nuevos materiales que, independientemente de su tamaño original, se hinchan rápidamente a un tamaño grande. Diferentes generaciones de SPHs evolucionaron para hacer frente a las necesidades de ciertas aplicaciones. Basado en el estudio de la literatura, se puede concluir que por lotes o semi-lotes reactores son reactores adecuados para procesos de polimerización. Las variables para los reactores por lotes incluyen la temperatura, presión, tiempo de ciclo de proceso por lotes, la cantidad de reactivos, y la estrategia de adición de la alimentación. Variables de optimización, tales como el tiempo de ciclo de lote y la cantidad de reactivo son variables continuas con valores fijos para un determinado sistema de reactor por lotes depende principalmente de materiales y energía equilibrio. Mezclador de cinta con un tornillo alrededor del eje, tornillo mezclador con cuatro deflectores, y un mezclador de doble cinta son tres impulsores sabe que son eficaces en rangos de alta viscosidad.

Conflicto de intereses

El autor ha declarado ningún conflicto de intereses.