Bacterial cellulose membrane with functional properties

Abstract

Este trabalho descreve o desenvolvimento de membranas de cellulose bacterianas (BCM), econômicas e ecologicamente amigáveis com propriedades funcionais. Nanopartículas de sílica esféricas com tamanho de partícula de cerca de 51 ± 4 nm, obtidas pelo método sol-gel e nanopartículas de sílica com tamanho de partículas heterogêneo, extraídas da casca de arroz, foram preparadas e funcionalizadas pelas metodologias in situ e post-grafting, respectivamente, com alcoxisilanos com propriedades easy-cleaning e curcuma. Nanocompósito de anatase SiO2@TiO2 preparado pelo método sol-gel, também foi desenvolvido. Posteriormente, estes nanomateriais funcionais e os organosilanos 1,4 – bis(trietoxissilil)benzeno (BTEB), Bis(trietoxisililpropil)disulfeto (BTPD) and 1,2-Bis(trietoxissilil)etano (BTSE), foram imobilizados com sucesso na BCM, segundo as metodologias in situ e post-grafting. Na BCM funcionalizada com os organosilanos BTEB, BTPD e BTSE, nanopartículas de sílica esféricas com estrutura porosa e distribuição de tamanho de partícula heterogêneo, foram formados nas fibras de celulose. A repelência da BCM funcionalizado com nanopartículas de sílica contendo propriedades de limpeza facilmente melhorada notavelmente. BCM apresenta fobicidade à água, tolueno, cicloexano e solução de suor artificial. Especificamente, a BCM funcionalizada com a amostra SiO2@F13TES segundo as metodologias in situ e post-grafting, apresentam uma superfície quase superhidrofóbica (> 150°). As medições de decomposição do corante metil violeta 2B, mostraram que a amostra BCMW-SiO2@TiO2 (BCM funcionalizada no estado molhada) apresentou um bom desempenho de auto-limpeza (decomposição do corante metil violeta 2B em 30 minutos). BCM com coloração amarelo alaranjado, proveniente da curcuma, com boa estabilidade química também foi desenvolvida. Esse versátil biomaterial surge como um substrato promissor, com alto valor agregado, podendo ser aplicado em diversas áreas.

This work reports the development of economic and environmentally friendly Bacterial Cellulose Membrane (BCM) with functional properties. The spherical mesoporous silica nanoparticles with average particle size around 51 ± 4 nm, obtained by sol-gel method and spherical silica nanoparticles with heterogeneous particles size distribution (20-40 nm) obtained through agro-industrial waste were prepared and functionalized by in situ and post-grafting methodology, respectively, with alkoxysilanes with easy-cleaning properties and natural dye obtained through natural extracts, namely curcuma. Anatase TiO2@SiO2 spherical nanocomposites prepared by the sol-gel method, have also been developed. Subsequently, these functional nanomaterials and the organosilanes 1,4 – bis(triethoxysilyl)benzene (BTEB), Bis(triethoxysilylpropyl)disulfide (BTPD) and 1,2-Bis(triethoxysilyl)ethane (BTSE), were successfully incorporated into BCM, by in situ and post-grafting methodologies. In the BCM functionalized with BTEB, BTPD and BTSE, spherical silica nanoparticles with porous structure and heterogeneous particle size, were formed on the cellulose fibers. The surface repellency of the functionalized BCM with silica nanoparticles containing easy-cleaning properties was remarkably enhanced. This BCM displaying phobicity to water, toluene, cyclohexane and artificial sweat. Specifically, the BCM functionalized by in situ and post-grafting with SiO2@F13TES, displayed a surface almost superhydrophobic (> 150°). Methyl violet 2B dye decomposition measurements showed that the BCMW-SiO2@TiO2 (BCM functionalized in wet state) presented a good self-cleaning performance showing fast Methyl violet 2B dye decomposition in 30 minutes. BCM with yellow-orange coloration from curcuma with good resistance to washing and high chemical stability have been developed. This versatile biomaterial emerge as a promising substrate with high added value being able possibly allow their application in several areas.