Preparação e caracterização de nanocompósitos de quitosana-argila-ZnO

Abstract

Nanopartículas de argila bentonita, montmorilonita sódica, modificadas organofílicamente por octadecilamônio (Np-A) e nanopartículas de óxido de zinco (Np-ZnO) foram incorporadas em matriz de quitosana (Q) em diferentes proporções para avaliar suas propriedades mecânicas, físico-químicas e antimicrobianas. Os nanocompósitos foram obtidos pelo método de intercalação do polímero por solução utilizando ácido acético (1% v/v) como solvente com o objetivo de aumentar estas propriedades. Os grupos funcionais, o comportamento térmico e a morfologia da superfície do filme de quitosana e dos nanocompósitos QA (2% argila), QZnO (6,5% ZnO), Q1 (5% ZnO + 1% argila), Q2 (5% ZnO + 3% argila) , Q3 (8% ZnO + 1% argila), Q4 (8% ZnO + 3% argila), Q5 (4,4% ZnO + 2% argila), Q6 (8,6% ZnO + 2% argila), Q7 (6,5% ZnO + 0,59% argila), Q8 (6,5% ZnO + 3,4% argila), Q9/Q10 (6,5% ZnO + 2% argila) foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica (TGA), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados mostraram que o efeito combinado da argila e ZnO em quitosana aumenta significativamente as propriedades mecânicas da quitosana pura (p < 0,05). Os resultados de FTIR confirmaram boa compatibilidade entre os grupos funcionais da quitosana/montmorilonita/óxidos metálicos por meio do deslocamento de bandas. A distribuição das Np-ZnO se tornou mais uniforme com a argila na quitosana, sendo assim, a argila compatibiliza as Np-ZnO com a quitosana aumentando as propriedades mecânicas e não afetando a atividade antimicrobiana dos filmes. A temperatura de decomposição (Tdc) não mudou significativamente com a adição das Np-A, porém alterou-se significativamente com a adição de Np-ZnO (p < 0,05). No teste antimicrobiano foi descoberto que a quitosana e as Np-ZnO mostraram um efeito sinérgico na atividade antimicrobiana contra Escherichia Coli e Staphylococcus aureus, tornando-se atrativo para embalagens de alimentos.

Abstract : Bentonite clay nanoparticles, sodium montmorillonite, organophilically modified by octadecylammonium (Np-A) and zinc oxide nanoparticles (Np-ZnO) were incorporated into chitosan (C) matrix in different proportions to evaluate its mechanical, physical-chemical and antimicrobial properties. The nanocomposites were obtained by polymer intercalation method by solution using acetic acid (1% v/v) as solvent to enhance these properties. The functional groups, thermic behavior and surface morphology of the chitosan film and nanocomposites CClay (2% clay), CZnO (6,5% ZnO), C1 (5% ZnO + 1% clay), C2 (5% ZnO + 3% clay), C3 (8% ZnO + 1% clay), C4 (8% ZnO + 3% clay), C5 (4,4% ZnO + 2% clay), C6 (8,6% ZnO + 2% clay), C7 (6,5% ZnO + 0,59% clay), C8 (6,5% ZnO + 3,4% clay), C9/C10 (6,5% ZnO + 2% clay) were characterized through Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC) and scanning electron microscopy (SEM). The results showed that the combined effect of clay and zinc oxide increases significantly the mechanical properties of pure chitosan (p < 0,05). FTIR results confirmed good compatibility among functional groups of chitosan, montmorillonite/metallic oxides by bands shift. The distribution of Np- ZnO became more uniform with the clay in the chitosan, thus, the clay compatibilizes the Np-ZnO with the chitosan increasing the mechanical properties and not affecting the antimicrobial activity of the films. The decomposition temperature (Tdc) did not change significantly with addition of clay, but changes significantly with addition of Np-ZnO (p < 0,05). In the antimicrobial test was found that the chitosan and the Np- ZnO showed a synergistic effect in the antimicrobial activity against to Escherichia Coli and Staphylococcus aureus, being attractive to food packaging.