Production and evaluation of the properties of composites made of pullulan and bacterial cellulose

O desenvolvimento de novos materiais poliméricos baseados em fontes renováveis vem sendo motivado pela crescente preocupação com a sustentabilidade. Uma série de materiais e produtos com conotação renovável, incluindo celulose, amido, proteínas, óleos e açúcares, tem recebido grande atenção recentemente. Neste contexto pode-se mencionar também os exopolissacarídeos de origem microbiana, principalmente por suas propriedades físico-químicas e pureza, em que se destacam: celulose bacteriana, com diversas aplicações já consolidadas na área biomédica e pululana, produzida por leveduras e com grande potencial de aplicação nas indústrias química, farmacêutica, e de alimentos. O presente trabalho está relacionado à utilização de polímeros unicamente obtidos de fontes renováveis (pululana e celulose bacteriana) para produção de compósitos. Para isso, diferentes materiais foram preparados por casting, baseados em (i) pululana e celulose bacteriana nativa (BC), e (ii) pululana e nanocristais de celulose bacteriana (NCC), em diferentes concentrações. Celulose bacteriana e seus nanocristais foram produzidos e caracterizados por espectroscopia de infravermelho, por difratometria de raios-x e por microscopia eletrônica de varredura, que confirmaram as características esperadas do material. Os compósitos foram confeccionados por casting e foram analisados quanto a permeabilidade ao vapor de água, propriedades óticas e mecânicas e espectroscopia de infravermelho. Com base nos resultados obtidos, foi possível averiguar a influência do reforço celulósico adicionado, constando-se impacto na proporção de BC quanto à mudança de cor e melhores propriedades mecânicas dos compósitos reforçados com NCC. Os ensaios mecânicos constataram limiar de percolação para reforços de celulose de 10% para BC e 1% para NCC. O acréscimo de BC e NCC também obtiveram diminuição de permeabilidade a vapor de água e aumento da hidrofobicidade, em que compósitos com BC superaram ângulos de contato de 100°. Adicionalmente, os compósitos foram submetidos a um processo de hidrofobização por reação sólido-gás com triclorometilsilano, e caracterizados por meio de espectroscopia de infravermelho, microscopia eletrônica de varredura e ângulo de contato, de modo que os compósitos com altos reforços de BC obtiveram resultados mais significativos em relação à hidrofobização em diferentes condições.The development of new polymeric materials based on renewable sources has been motivated by the growing concern with sustainability. A number of renewable materials and products, including cellulose, starch, proteins, oils and sugars, have received wide attention recently. In this context we can mention exopolysaccharides of microbial origin, mainly for their physicochemical properties and purity, in which stand out: bacterial cellulose, with several applications already consolidated in the biomedical area and pullulan, produced by yeasts and with great potential of application in the chemical, pharmaceutical, and food industries. The present work is related to the use of polymers from renewable sources (pullulan and bacterial cellulose) for composites production. In this sense, different materials were prepared by casting, based on (i) pullulan and native bacterial cellulose (BC), and (ii) pullulan and bacterial cellulose nanocrystals (NCC), in different concentrations. Bacterial cellulose and its nanocrystals were produced and characterized by infrared spectroscopy, x-ray diffraction and scanning electron microscopy, which confirmed the expected characteristics of the material. The composites were made by casting and were analyzed for water vapor permeability, optical and mechanical properties and infrared spectrometry. Based on the results obtained, it was possible to ascertain the influence of the added cellulosic reinforcement, with an impact on the ratio of BC to color change and better mechanical properties of NCC reinforced composites. Mechanical tests found percolation threshold for cellulosic reinforcements of 10% for BC and 1% for NCC. The addition of BC and NCC also obtained decreased water vapor permeability and increased hydrophobicity, where BC composites exceeded 100° contact angles. Additionally, the composites were subjected to a solid-gas reaction hydrophobization process with trichloromethylsilane, and characterized by infrared spectroscopy, scanning electron microscopy and contact angle, so that the composites with high BC reinforcement obtained better hydrophobization results under different conditions