Bionanocomposites of thermoplastic starch reinforced with nanostructured cellulose for application in wound dressings

Authors

DOI:

https://doi.org/10.37779/nt.v25i2.5039

Keywords:

starch; nanocomposite; nanocellulose, wound dressing

Abstract

The choice of materials used in the production of wound dressings is important as it affects the well-being and recovery of patients. The selection of natural, renewable and biodegradable materials can also help reduce the environmental impact of these dressings. In this context, biopolymers such as starch and cellulose are promising raw materials. In this work, thermoplastic starch bionanocomposites reinforced with nanostructured cellulose (NC) and functionalized cellulose (NCf) through oxidation using TEMPO (N-oxyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidine) were developed, aiming for application in wound dressings. The bionanocomposites were prepared with 5wt% starch, 5wt% glycerol and 1wt% nanocellulose, and the films were processed using the tape casting technique, aiming for large-scale production. The raw materials and bionanocomposites were evaluated using FTIR, SEM, AFM, XRD, tensile tests and contact angle measurements. Homogeneous, continuous and transparent films with a thickness of 0.20 mm were obtained. It was observed that the bionanocomposites showed an increase of more than 94% in tensile strength and 150% in maximum deformation, compared to starch films without nanostructured cellulose. The Young’s modulus and maximum tensile strain values of the develop bionanocomposites are comparable to other results reported in the literature for films with potential application in dressings. Furthermore, significant increases in the mechanical properties of starch-based bionanocomposites were observed with the addition of only 1 wt% of nanostructured cellulose. These results suggest that the bionanocomposites developed in this work have potential for use in wound dressings, once their composition is optimized.

Author Biographies

Karen de Souza do Prado, Universidade Federal de São Carlos - UFSCar

Doutora em Nanociências e Materiais Avançados (2019) pela Universidade Federal do ABC (UFABC, Santo André-SP). Possui Graduação em Ciência e Tecnologia (2013), Química (2017) e Engenharia de Materiais (2017) também pela UFABC. Durante a Graduação, foi bolsista do Programa Ciência sem Fronteiras na University of Toronto (Canadá, 2014), onde trabalhou no grupo de Polímeros, Interfaces e Ciência dos Materiais. Foi premiada pelo Conselho Regional de Química (CRQ-IV) e pela Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais e Mineração (ABM) como melhor aluna dos cursos de Química e Engenharia de Materiais (2017), respectivamente. Durante o Doutorado, realizou estágio de pesquisa na Friedrich-Alexander Universität (Alemanha, 2018). Foi premiada pela Agência de Inovação da UFABC pela interação Universidade-Empresa (2019), pelos resultados alcançados em sua tese. Realizou Pós-Doutorado em Ciência dos Materiais na Universidade Federal de São Carlos (Sorocaba-SP, 2021). Possui experiência nas áreas de: síntese e modificação de nanopartículas (com ênfase em nanocelulose); processamento de compósitos e nanocompósitos poliméricos; reciclagem de polímeros e compósitos poliméricos; valorização de resíduos agroindustriais; na caracterização morfológica, química, estrutural, térmica e mecânica de materiais; e na aplicação de materiais poliméricos em diferentes áreas (biomédica, automotiva, embalagens, agroindustrial, dentre outras).

Maria Natalia Castanho, Universidade Federal de São Carlos - UFSCar

Possui graduação em Engenharia Química pela Universidade de Sorocaba (2016), Mestrado em Ciência dos Materiais (2020), Doutorado em andamento em Ciência dos Materiais no Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Materiais (PPGCM-So) na Universidade Federal de São Carlos - Campus Sorocaba (UFSCar-So). Atua na linha na linha de pesquisa de Materiais Funcionais e Polímeros de Fontes Renováveis com ênfase em Síntese e Caracterização de Materiais Poliméricos Biodegradáveis.

Jane M. F. Paiva, Universidade Federal de São Carlos - UFSCar

Graduada em Engenharia Química pela Faenquil, EEL/USP-Lorena; Mestre e Doutora em Ciência e Engenharia de Materiais pela USP/São Carlos. Realizou Pós-Doutorado em Materiais e Processos Aeronáuticos na Divisão de Materiais do Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial (DCTA/ITA) em São José dos Campos-SP. Atualmente é Professora Associada, nível 4, da UFSCar (Universidade Federal de São Carlos). Foi coordenadora do Programa de Mestrado e de Doutorado em Ciência dos Materiais (PPGCM-So) da UFSCar/Campus Sorocaba. É docente do curso de graduação e do Mestrado em Engenharia de Produção da UFSCar/Campus Sorocaba. Possui experiência nas áreas de Materiais, Processos Químicos Industriais e Compósitos, atuando principalmente em pesquisas com: polímeros naturais e sintéticos, propriedades térmicas e mecânicas de compósitos poliméricos, fibras de alto desempenho (carbono, aramida, vidro) e fibras naturais. Atua também em pesquisa e extensão universitária nas áreas de Reciclagem de polímeros e outros materiais, Aproveitamento de Resíduos Industriais e Agroindustriais, Biomassa e Bioenergia, Economia Circular e Produção mais Limpa (P+L). É líder do grupo de pesquisa intitulado "Reciclagem de Materiais, Aproveitamento de Resíduos e Produção Mais Limpa" da UFSCar, certificado pelo CNPq. É membro do grupo de pesquisa "Engenharia da Sustentabilidade" da UFSCar, certificado pelo CNPq.

Published

2025-01-06

How to Cite

do Prado, K. de S., Castanho, M. N., & Paiva, J. M. F. (2025). Bionanocomposites of thermoplastic starch reinforced with nanostructured cellulose for application in wound dressings. Disciplinarum Scientia | Naturais E Tecnológicas, 25(2), 315–330. https://doi.org/10.37779/nt.v25i2.5039

Issue

Section

Artigos