Desenvolvimento de um hidrogel híbrido para liberação controlada de fertilizante

Abstract

RESUMO: Hidrogeis são materiais com notável potencial para fins agrícolas, principalmente devido à sua capacidade de aprisionar e liberar moléculas. Essas características são particularmente atraentes para a entrega de fertilizantes, por exemplo. Portanto, este trabalho avaliou o quão adequado para fins agrícolas seria um hidrogel à base de amido. O amido (St) foi inicialmente modificado com metacrilato de glicidila (GMA; GMASt). Porém, o grau de intumescimento da amostra com melhor desempenho foi ˜ 5 g g-1. Os polímeros sintéticos N,N'-dimetilacrilamida (DMAAm) e acrilato de sódio (SA) foram combinados com GMASt numa tentativa de superar a limitação mencionada acima. Os resultados sugeriram que a DMAAm é mais eficaz para melhorar a capacidade de retenção de água enquanto o SA apresentou mais efeito nas propriedades mecânicas. Considerando a aplicação pretendida, a DMAAm foi escolhida para posterior caracterização. A exposição das matrizes GMASt/DMAAm a um meio hidrolisante aumentou o grau de intumescimento para 61,9 g g-1 após 10 dias. No entanto, outras caracterizações foram realizadas hidrolisando as amostras por apenas 1 dia, pois não foram observadas diferenças estatísticas (a 95%) entre as amostras hidrolisadas por períodos superiores a um dia. Embora a hidrólise tenha aumentado com sucesso a capacidade de absorção de água pelos hidrogeis GMASt/DMAAm, ela também comprometeu sua integridade mecânica. Carvão ativado (AC), modificado com GMA, foi usado como reforço para a estrutura dos hidrogeis. Este material compósito (hidrogeis reforçados com GMAAC) apresentou notável capacidade de retenção de água, sendo capaz de absorver mais de 400 g de água por grama de hidrogel. Além disso, esse compósito também mostrou capacidade de resposta a variações de pH, temperatura e força iônica, tornando esses hidrogeis ainda mais atraentes para a agricultura. Em termos de comportamento de liberação de fertilizantes, o compósito aprisionou e liberou ureia com sucesso na análise in vitro. Em condições in vivo, as matrizes apresentaram resultados satisfatórios acerca do cultivo de alface.

ABSTRACT: Hydrogels are materials with remarkable potential for agricultural purposes, especially due to their ability to entrap and release molecules. These characteristics are particularly appealing for the delivery of fertilizers, for example. Therefore, this work evaluated how suitable a starch-based hydrogel would be for agricultural purposes. Starch (St) was initially modified with glycidyl methacrylate (GMA; GMASt). However, the swelling degree of the sample with the best performance was ˜ 5 g g?¹. The synthetic polymers N,N’-dimethylacrylamide (DMAAm), and sodium acrylate (SA) were combined with GMASt in an attempt to overcome the aforementioned limitation. The results suggested that DMAAm is more effective to improve water retaining capacity while SA displayed more effect on the mechanical properties. Considering the intended application, DMAAm was chosen for further characterization. The exposure of the GMASt/DMAAm matrices to a hydrolyzing medium increased the swelling degree up to 61.9 g g?¹ after 10 days. Nevertheless, further characterizations were performed hydrolyzing the samples for only 1 day because no statistical differences (at 95%) were observed between the samples hydrolyzed for more than one day. Even though the hydrolysis successfully increased the water uptake capacity of the GMASt/DMAAm hydrogels, it also compromised their mechanical integrity. Activated carbon (AC), modified with GMA, was used as a reinforcement to the structure of the hydrogels. This composite material (hydrogels reinforced with GMAAC) displayed remarkable water-retaining capacity, being able to swell more than 400 g of water per gram of hydrogel. Besides, it also showed responsiveness towards pH, temperature, and ionic strength variations, making these hydrogels even more appealing for agriculture. In terms of the fertilizer-releasing behavior, the composite successfully entrapped and released urea in in vitro analysis. Under in vivo conditions, the matrices showed prominent results in lettuce cultivation.