Takashi Miyata van Kansai University en collega's rapporteren in Natuurcommunicatie een temperatuurgevoelige gel die vocht absorbeert en, bij verhitting, geeft het af in de vorm van water. Toepassingen zijn onder meer energiezuinige materialen voor het condenseren van vocht tot water.

Hydrogels zijn sterk absorberende materialen, en wanneer ze polymeerketens bevatten die reageren op externe stimuli (zoals pH of temperatuur), kunnen ze abrupte volumeveranderingen vertonen wanneer de omgevingsomstandigheden veranderen. Dergelijke op stimuli reagerende hydrogels hebben een reeks potentiële toepassingen, bijvoorbeeld in medicijnafgiftesystemen, sensoren, celcultuur enzovoort.

Vooral, thermo-responsieve hydrogels die in een waterige oplossing worden bewaard ondergaan een omkeerbare faseovergang boven een kritische temperatuur die een overgang veroorzaakt van een gehydrateerde naar een gedehydrateerde toestand, wat resulteert in een drastische krimp van de gel. Er zijn veel onderzoeken naar hydrogels die reageren op veranderingen in temperatuur terwijl ze in oplossing zijn, maar het gedrag van de gedroogde gels in lucht is nog niet onderzocht.

Nutsvoorzieningen, Takashi Miyata van Kansai University en collega's presenteren in een studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie een temperatuurgevoelige gel die vocht absorbeert en, bij verhitting, geeft het af in de vorm van water.

De gel bevat een thermo-responsief polymeer en een hydrofiele component (natriumalginaat) die de wateropname verhoogt. De overgangstemperatuur voor dit materiaal ligt dicht bij kamertemperatuur, 32 °C. Bij blootstelling aan hoge relatieve vochtigheid (80%) bij 25°C, de gel absorbeert 0,6 g water per gram en zwelt op. De aanwezigheid van water op de polymeerketens zorgt ervoor dat ze op dezelfde manier op temperatuur reageren als hydrogels die in oplossing zijn ondergedompeld, zodat de kettingen, die aanvankelijk hydrofiel zijn, veranderen in hydrofoob met stijgende temperatuur. Wanneer dit gebeurt, de watermoleculen desorberen en condenseren tot vloeibaar water. Inderdaad, aangezien het monster wordt verwarmd tot een temperatuur van maximaal 50°C, water verschijnt op het oppervlak, en de hoeveelheid ervan neemt aanzienlijk toe bij temperaturen boven 40 °C.

De gel werkt dus als een ontvochtiger, maar in tegenstelling tot traditionele luchtontvochtigers die energie nodig hebben om het geabsorbeerde water te verdampen om het materiaal te regenereren, en dan te condenseren voor verzameling, de gel kan water eenvoudig condenseren als reactie op een kleine temperatuurverandering (van 25 °C tot 50 °C). Zo kan het regenereren van het materiaal en het opvangen van het water met zeer weinig energie worden gerealiseerd. Verdere optimalisatie is nog nodig, maar thermo-responsieve gels zoals degene die in dit artikel wordt gepresenteerd, zouden toepassingen kunnen vinden als energie-efficiënte materialen voor het condenseren van vocht in water.

Hydrogel

Een hydrogel is een polymeer netwerk gevormd door hydrofiele polymeerketens; de hydrofiliciteit van de ketens betekent dat hydrogels bij onderdompeling in water grote hoeveelheden water kunnen opnemen (een hydrogel kan meer dan 90% water bevatten), waardoor de gel opzwelt, behoud van de 3D-structuur. Hydrogels worden in veel contexten gebruikt, bijvoorbeeld als steigers in tissue engineering, voor langdurige toediening van medicijnen of, als ze additieven bevatten die gevoelig zijn voor specifieke moleculen, als biosensoren.