1) La absorción de equilibrio disminuye a medida que aumenta la concentración de agente entrecruzante N,N'-metilenbisacrilamida debido a una menor densidad de entrecruzamiento. 2) La absorción es menor en una disolución salina que en agua desionizada, y la diferencia es mayor a menor concentración de entrecruzante. 3) La velocidad de absorción inicial disminuye con mayor entrecruzamiento en agua pero no muestra dependencia clara con la sal, y el mecanismo de transport

1. INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN INICIAL DE
N,N’-METILENBISACRILAMIDA EN EL COMPORTAMIENTO
DE ABSORCIÓN DE POLÍMEROS SUPERABSORBENTES
BASADOS EN EL ÁCIDO ACRÍLICO
F. Santiagoa
, A.E. Mucientesb
y A.M. Delgadoa
a
Departamento de Química Física, Escuela Universitaria Politécnica, Universidad de Castilla-La Mancha, Plaza de Manuel Meca s/n, 13400 Almadén, España.

2. INTRODUCCIÓN
Los polímeros superabsorbentes son polímeros hidrofílicos entrecruzados
capaces de absorber y retener (incluso bajo presión) grandes cantidades de
fluidos acuosos en comparación con los absorbentes tradicionales1
.
APLICACIONES DE POLÍMEROS
SUPERABSORBENTES
Productos para la higiene personal2
(pañales, toallitas húmedas,
compresas higiénicas,...).
Otras aplicaciones3
: retención de agua en agricultura y horticultura,
protectores contra incendios, preparación de nieve artificial, “músculos
artificiales” en robótica, sistemas de liberación controlada de drogas
terapeúticamente activas, control de escapes y vertidos tóxicos, etc.
1
Riccardo, P., J. Macromol. Sci., Rev. Macroml. Chem. Phys. 1994, C34, 607.
2

3. OBJETIVOS
 Síntesis de polímeros superabsorbentes a base de ácido acrílico
parcialmente neutralizado, capaces de absorber y retener agua, y con una
rigidez y velocidad de absorción adecuadas.
 Estudio de la influencia de la concentración de agente entrecruzante en
el comportamiento de absorción de los polímeros en agua desionizada y en
disolución salina (0,2 % en peso de NaCl).
 Deducción de un modelo para la cinética de absorción de dichos
polímeros.
 Estudio del proceso de difusión del agua en los polímeros entrecruzados
de ácido acrílico parcialmente neutralizado.

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Copolimerización del ácido acrílico parcialmente neutralizado
La disolución de ácido acrílico parcialmente neutralizado es adicionada al reactor junto
con el iniciador y el entrecruzante, manteniéndose burbujeo de nitrógeno y agitando
durante toda la reacción.
• El reactor estuvo conectado a un baño termostático que mantenía la temperatura
constante e igual a 60 ºC.
• La reacción se continuó durante dos horas. El hidrogel resultante es cortado en trozos
de 2-5 mm. Los copolímeros se aislan mediante precipitación en exceso de metanol.
Preparación de las muestras de polímero para las pruebas de absorción
• Filtrado y secado del polímero a T = 40 ºC.
• Molienda y tamizado del polímero hasta un tamaño de partícula de 250-300 µm.
• Mezcla de 0,200 g de polímero y 400 ml de agua.
• Medida de la absorción.

5. RESULTADOS EXPERIMENTALES
Figura 1: Absorción de equilibrio para diferentes concentraciones de
entrecruzante.
Tamaño de partícula = 250 – 300 µm; [AA] = 2 M; [I] = 1/1000 de monómero; %
neutralización = 50 y T = 60 ºC. (·) disolución salina de NaCl 0,2 % y (-) agua desionizada.
0
100
200
300
400
500
600
700
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5
[NMBA] (%)
Absorcióndeequilibrio(g/g)

6. Figura 2:Cinéticas de absorción en agua desionizada.
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000
0
100
200
300
400
500
600
(f)
(e)
(d)
(c)
(b)
(a)
Absorción(g/g)
Tiempo (s)
Tamaño de partícula = 250 – 300 µm; [AA] = 2 M; [I] = 1/1000 de monómero;
% neutralización = 50 y T = 60 º C. (a) [NMBA] = 0,025 mol%; (b) 0,050 mol
%; (c) 0,25 mol%; (d) 0,50 mol%; (e) 1,00 mol% and (f) 1,40 mol%.

7. Figura 3: Cinéticas de absorción en disolución salina.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
0
20
40
60
80
100
(d)
(c)
(f)
(e)
(b)
(a)
Absorción(g/g)
Tiempo (s)
Tamaño de partícula = 250 – 300 µm; [AA] = 2 M; [I] = 1/1000 de monómero;
% neutralización = 50 y T = 60 º C. (a) [NMBA] = 0,025 mol%; (b) 0,050 mol
%; (c) 0,25 mol%; (d) 0,50 mol%; (e) 1,00 mol% and (f) 1,40 mol%.

8. APLICACIÓN DEL MODELO DE VOIGT A LAS
VELOCIDADES DE ABSORCIÓN
ε (t) = σo/E (1 – e (to – t)/τo
)
ε = Grado de absorción.
σo/E = Resistencia del absorbente a la expansión.
τo = Resistencia a la permeación.

9. [NMBA](%)[NMBA](%) 0,0250,025 0,0500,050 0,100,10 0,250,25 0,500,50 1,01,0 1,41,4
σσoo/E (g/g)/E (g/g) 597,50597,50 404,61404,61 237,13237,13 158,09158,09 78,2178,21 64,7964,79 39,5839,58
ττoo (s)(s) 93,4693,46 71,9471,94 70,4270,42 23,7523,75 12,1112,11 10,0310,03 9,529,52
[NMBA](%)[NMBA](%) 0,0250,025 0,0500,050 0,100,10 0,250,25 0,500,50 1,01,0 1,41,4
σσoo/E (g / g)/E (g / g) 96,7896,78 80,2380,23 72,5172,51 77,7577,75 54,3954,39 45,0945,09 36,1036,10
ττoo (s)(s) 24,3924,39 16,9516,95 18,8018,80 20,9620,96 9,649,64 8,208,20 11,4011,40
Tabla 1: Parámetros σo/E y τo para las cinéticas de absorción de agua
desionizada.
Tabla 2: Parámetros σo/E y τo para las cinéticas de absorción de una disolución
salina (0,2 % en peso de NaCl).
Tamaño de partícula = 250 – 300 µm; [AA] = 2 M; [I] = 1/1000 de monómero; % de
neutralización = 50 y T = 60 ºC.

10. ESTUDIO DEL PROCESO DE DIFUSIÓN DEL AGUA EN LOS POLÍMEROS
ENTRECRUZADOS DE ÁCIDO ACRÍLICO
[NMBA[NMBA]] 0,025%0,025% 0,05%0,05% 0,1%0,1% 0,25%0,25% 0,5%0,5% 1,0%1,0% 1,4%1,4%
t (s)t (s) Porcentajes de absorción de agua desionizadaPorcentajes de absorción de agua desionizada
ττoo /8/8 11,82%11,82% 11,21%11,21% 11,70%11,70% 11,47%11,47% 11,21%11,21% 11,19%11,19% 11,34%11,34%
ττoo /4/4 22,25%22,25% 21,11%21,11% 22,03%22,03% 21,59%21,59% 21,09%21,09% 21,07%21,07% 21,34%21,34%
ττoo 63,54%63,54% 60,32%60,32% 62,98%62,98% 61,69%61,69% 60,29%60,29% 60,24%60,24% 61,02%61,02%
22 ττoo 86,98%86,98% 82,51%82,51% 86,15%86,15% 84,38%84,38% 82,47%82,47% 82,38%82,38% 83,47%83,47%
[NMBA][NMBA] 0,025%0,025% 0,05%0,05% 0,1%0,1% 0,25%0,25% 0,5%0,5% 1,0%1,0% 1,4%1,4%
t (s)t (s) Porcentajes de absorción de la disolución salinaPorcentajes de absorción de la disolución salina
ττoo /8/8 11,37%11,37% 11,78%11,78% 10,92%10,92% 11,42%11,42% 11,62%11,62% 11,78%11,78% 12,11%12,11%
ττoo /4/4 21,41%21,41% 22,18%22,18% 20,56%20,56% 21,48%21,48% 21,87%21,87% 22,16%22,16% 22,83%22,83%
ττoo 61,18%61,18% 63,38%63,38% 58,77%58,77% 61,42%61,42% 62,51%62,51% 63,33%63,33% 65,20%65,20%
22 ττoo 83,68%83,68% 86,71%86,71% 80,38%80,38% 84,03%84,03% 85,51%85,51% 86,64%86,64% 89,18%89,18%
Tamaño de partícula = 250 – 300 µm; [AA] = 2 M; [I] = 1/1000 de monómero; % de
neutralización = 50 y T = 60 ºC.

11. CONCLUSIONES
PRIMERA:
Se ha observado que la absorción de equilibrio disminuye a medida que aumenta la
concentración de agente entrecruzante para todos los polímeros sintetizados. Este hecho
puede explicarse teniendo en cuenta que la cantidad de líquido que un superabsorbente puede
absorber depende de la densidad de entrecruzamiento de tal manera que una menor densidad
de entrecruzamiento da lugar a una mayor capacidad de hinchamiento.
SEGUNDA:
Los resultados experimentales muestran que la absorción de equilibrio en la
disolución salina es menor que en agua desionizada, siendo esta diferencia en la absorción
mayor a menor concentración de NMBA. Este decrecimiento en la absorción puede ser
explicado por la disminución en la diferencia de presión osmótica entre el polímero y la
solución externa.
TERCERA:
En los polímeros sumergidos en agua desionizada se observa que la velocidad de
absorción inicial disminuye a medida que aumenta la concentración de entrecruzante. Sin
embargo, en los polímeros introducidos en la disolución salina, la velocidad de absorción
inicial no tiene una dependencia clara con la densidad de entrecruzamiento.

12. CUARTA:
Los resultados obtenidos para la velocidad inicial de absorción indican que Vo
depende de
la naturaleza de la solución externa de tal forma que se obtienen velocidades mayores para la
absorción de agua desionizada que para la absorción de la disolución salina.
QUINTA:
El error medio (6,36 %) encontrado indica que las velocidades de absorción se ajustan
apreciablemente bien a la relación exponencial de Voigt para los geles sumergidos en la
disolución salina.
SEXTA:
Para los polímeros en agua desionizada se obtienen errores mayores (9,88 %). La
diferencia entre el valor experimental y el teórico es tanto más elevada cuanto menor es el tiempo
de absorción. También se observó que las discrepancias entre el valor experimental y el teórico
se minimizan considerablemente con el aumento de la concentración de entrecruzante a cualquier
tiempo de absorción.
SÉPTIMA:
Finalmente se ha comprobado que el mecanismo de transporte del agua o de la disolución
salina a través de los hidrogeles cambia del tipo II en los estados iniciales al tipo I hacia los
estados finales del proceso de absorción.