Synthesis of thermoplastic starch-bacterial cellulose nanocomposites via in situ fermentation

Abstract

In this paper, a nanocomposite based on thermoplastic starch (TPS) reinforced with bacterial cellulose (BC) nanoribbons was synthesized by in situ fermentation and chemical crosslinking. BC nanoribbons were produced by a Colombian native strain of Gluconacetobacter medellinensis; the nanocomposite was plasticized with glycerol and crosslinked with citric acid. The reinforcement percentage in the nanocomposites remained constant throughout the fermentation time because of the TPS absorption capability of the BC network. Nanocomposites produced after fermentation for seven days were characterized using thermogravimetric analysis (TGA); Fourier transformed infrared spectroscopy with attenuated total reflectance (FTIR-ATR), mechanical testing and scanning electron microscopy (SEM). The new TPS/BC nanocomposites exhibit strong interfacial adhesion, improved thermal behavior, water stability and enhanced mechanical properties. These findings support the applications of starch in the packaging industry.

Neste trabalho são apresentados os resultados da síntese de nanocompósitos baseados em amido termoplástico (TPS) reforçado com nanofitas de celulose bacteriana (BC). A síntese foi feita por fermentação in situ e formação de ligações cruzadas. A fermentação para a obtenção das nanofitas foi conduzida por sete dias empregando a bactéria colombiana nativa Gluconacetobacter medellinenses; os nanocompósitos foram plasticizados com glicerol e as ligações cruzadas foram formadas com ácido cítrico. Os nanocompósitos obtidos depois destes sete dias de fermentação foram caracterizados por análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier com refletância total atenuada (FTIR-ATR) e microscopia electrônica de varredura (SEM). Observou-se que, ao longo da fermentação, a porcentagem de reforço nos nanocompósitos permaneceu constante. Os novos nanocompósitos TPS/BC apresentaram uma forte adesão interfacial e uma maior estabilidade térmica e aquosa, assim como propriedades mecânicas melhoradas. Os resultados obtidos aumentam consideravelmente as possibilidades de aplicação do amido na indústria de embalagens.