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Desarrollo de hidrogeles con fibras naturales para aplicaciones agricolas.

Introduccion

Los hidrogeles o superabsorbentes son polimeros que presentan una estructura tridimensional entrecruzada que permite absorber, almacenar y liberar de agua (Mohan, Murthy, & Raju, 2006; Pourjavadi & Mahdavinia, 2006). Su aplicacion se ha enfocado a la fabricacion de productos de higiene personal, y aplicaciones, medicas, ambientales (remocion de metales pesados) y en la agricultura. Las areas de aplicacion agricola mas importantes de los hidrogeles son jardineria, horticultura, silvicultura (Journal the Business, 2015; Vundavalli, Vundavalli, Nakka, & Rao, 2015). Los hidrogeles para aplicacion en la agricultura se sintetizan a base de acrilatos, estos permiten incrementar el agua disponible en el suelo, inducen al crecimiento rapido, prolongan la supervivencia de las plantas bajo estres hidrico y permiten la liberacion contralada de fertilizantes (Liu et al., 2013). Una de las principales limitaciones en el uso de hidrogeles para aplicaciones agricolas es su baja resistencia mecanica (Guilherme et al., 2015; Sannino, Demitri, & Madaghiele, 2009). La presion que ejerce la planta y la capa de suelo sobre el hidrogel influyen en la perdida de la capacidad de hinchamiento, elasticidad y rigidez. Para mantener la elasticidad del polimero, se necesitan moleculas de cadena larga y un entrecruzamiento adecuado para disipar la energia mecanica; causada por la presion ejercida sobre el hidrogel (Sannino et al., 2009). Una de las alternativas para mejorar las propiedades mecanicas es la utilizacion de fibras vegetales (Rodrigues et al., 2013). Por lo anterior, se plantea esta propuesta investigativa obtener hidrogeles reforzados con nanofibras de fique que permita mejorar su resistencia mecanica.

Parte Experimental

Pre tratamiento y deslignificacion de las fibras

Inicialmente las fibras de fique se lavan con agua potable para la remocion de impurezas y posteriormente se hara un lavado con agua destilada. Las fibras se secaron a 60[grados]C en horno de conveccion forzada hasta alcanzar peso constante. Posteriormente, las muestras secas se cortaron en trozos entre 2 y 5 mm de longitud y se sometieron a deslignificacion, el cual se realizo de acuerdo a la metodologia propuesta por (Zhang et al., 2014) para lo cual las muestras de fique se colocan en reflujo en solucion de hidroxido de sodio 2% p/v por 4 horas a una temperatura 90[grados]C relacion 1:25, por duplicado. Posteriormente se procedio a un blanqueamiento utilizando clorito de sodio al 1,7% p/v y buffer acetato (27 g NaOH y 75 ml de acido acetico por litro). La solucion de clorito y buffer se mezclaron en relacion 1:1 y en proporcion 1:20 (fibra solucion). A continuacion se lleva a un reflujo a 80[grados]C durante 6 horas, por duplicado. Posteriormente las fibras se filtraron y lavaron hasta pH neutro. Por ultimo, las muestras se secaron en horno de conveccion forzada a 50 [grados]C hasta peso constante.

Obtencion de las nanofibras

El metodo de aislamiento de las nanofibras a partir de las fibras de fique deslignificadas se realizaron de acuerdo a la metodologia propuesta por (Zhang et al., 2014). La muestras se trataron con [H.sub.2]S[O.sub.4] al 55% (p/V) y se dejaron en agitacion durante 2 horas a 60[grados]C a una relacion 1:25 (fibra--solucion). Seguidamente, las muestras se centrifugaron a 8000rpm por 15 minutos y se lavaron con agua destilada hasta obtener una suspension con pH entre 5 y 6. Para reducir el tamano de las nanofibras las muestras se sometieron a tratamiento en ultra turrax a 10000 rpm por 15 minutos, posteriormente se llevaron a ultrasonido a un frecuencia 40kHz durante 20 minutos. La suspension de nanofibras obtenidas se secaron en un liofilizador y se almacenaron en recipientes hermeticos a 5[grados]C.

Resultados y discusiones

En la figura 1 Se muestra la fibra de fique sin tratar y la muestra obtenida luego del tratamiento con hidroxido de sodio y el blanqueamiento, se puede afirmar que hubo remocion de lignina y hemicelulosa confirmado por el cambio de color de la fibra. Para confirmarlo se realizo un analisis TGA (termogravimetrico) para la muestra de fique sin tratar y la muestra tratada. Como se observa en la figura 2 el pico de degradacion de celulosa (el cual se encuentra alrededor de 340[grados]C) es mas pronunciado para la muestra deslignificada en comparacion con la muestra sin tratar (Rebouillat & Pla, 2013).

Obtencion de las nanofibras

Para el proceso de hidrolisis acida se realizo ensayos con soluciones al 15% de: C[H.sub.3]COOH--HN[O.sub.3] (1:1 v/v), [H.sub.2]S[O.sub.4] [H.sub.3]P[O.sub.4] y HCl. El proceso de hidrolisis acida se realiza para individualizar las fibras cuyo mecanismo consiste en romper los puentes de hidrogeno existentes en las fibras de celulosa que las mantienen unidas. En las curvas del analisis TGA para las muestras tratadas con [H.sub.2]S[O.sub.4] y C[H.sub.3]COOH--HN[O.sub.3]. El acido sulfurico para el proceso de hidrolisis es el mas utilizado porque conduce a la formacion de una superficie cargada con el grupo sulfato en las cadenas de celulosa promoviendo dispersion de las nanofibras, por lo tanto, una mayor cristalinidad (Zhang et al., 2014) esto se confirma en el analisis TGA dado que el pico es mas pronunciado y cercano a la temperatura de degradacion de celulosa en comparacion con la curva obtenida para el tratamiento con C[H.sub.3]COOH--HN[O.sub.3]. En la figura 3 se muestra una micrografia de las muestras tratadas con H2SO4 donde pueden observarse fibrillas de diversos tamanos.

Actualmente se esta trabajando en el proceso de caracterizacion las nanofibras obtenidas (tamano) y analisis FITR (infrarojo) por lo que no se reportan en el trabado para proseguir con el proceso de sintesis de hidrogeles.

Conclusiones

Por medio del analisis del TGA se pudo comprobar la remocion de la hemicelulosa y lignina en el proceso de deslignificacion

Se observo que para la obtencion de la nanofibra, en el proceso de hidrolisis acida, el acido sulfurico es el mas adecuado para individualizar las fibras

Agradecimientos

Se agradece al Ing. Quimico Marcelo Guancha

Referencias

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Sannino, A., Demitri, C., & Madaghiele, M. (2009). Biodegradable cellulose-based hydrogels: Design and applications. Materials, 2(2), 353-373.

Spagnol, C., Rodrigues, F. H. a, Neto, A. G. V. C., Pereira, A. G. B., Fajardo, A. R., Radovanovic, E., & Muniz, E. C. (2012). Nanocomposites based on poly(acrylamide-co-acrylate) and cellulose nanowhiskers. European Polymer Journal, 48(3), 454-463.

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Marcelo Alexander Guancha (1)

Ceron Gomez (1)

Evelin Katherin Bastidas Mosquera (1)

German Andres Duran Villamil (1)

Juan David Fiscue (1)

Karen May (1)

Nathalia Riascos Zuluaga (1)

Nicolas Santiago Gonzalez Obonaga (1)

Olivio Ordonez (1)

(1) Centro Nacional de Asistencia Tecnica a la Industria, Astin-SENA. Grupo de investigacion en Materiales y Productos-GIDEMP, Calle 52 No. 2 Bis--15 Cali, Valle--Colombia. Correo: marceloguancha@misena.edu.co

Caption: Figura 1. Muestras de fibra de fique. (a) Fibra de fique sin tratar (b) Muestra deslignificada

Caption: Figura 2. Analisis TGA muestras tratadas con CH3COOH- HNO3, H2SO4, deslignificada y sin tratar

Caption: Figura 3. Micrografias del material lignocelulosico tratado con H2SO4
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Title Annotation:Resumenes sesion posters
Author:Alexander Guancha, Marcelo; Gomez, Ceron; Katherin Bastidas Mosquera, Evelin; Andres Duran Villamil,
Publication:Informador Tecnico
Date:Dec 1, 2016
Words:1598
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