RO131882B1 - Composition and process for preparing nanocomposites from polyhydroxyalkanoates and bacterial cellulose nanofibres - Google Patents

Composition and process for preparing nanocomposites from polyhydroxyalkanoates and bacterial cellulose nanofibres Download PDF

Info

Publication number
RO131882B1
RO131882B1 RO201500861A RO201500861A RO131882B1 RO 131882 B1 RO131882 B1 RO 131882B1 RO 201500861 A RO201500861 A RO 201500861A RO 201500861 A RO201500861 A RO 201500861A RO 131882 B1 RO131882 B1 RO 131882B1
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
bacterial cellulose
nanofibers
polyhydroxyalkanoates
cellulose
polyhydroxyalkanoate
Prior art date
Application number
RO201500861A
Other languages
Romanian (ro)
Other versions
RO131882A2 (en
Inventor
Denis Mihaela Panaitescu
Adriana Nicoleta Frone
Ioana Chiulan
Zina Vuluga
Michaela Doina Iorga
Paul Stănescu
Original Assignee
Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Chimie Şi Petrochimie - Icechim
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Chimie Şi Petrochimie - Icechim filed Critical Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Pentru Chimie Şi Petrochimie - Icechim
Priority to RO201500861A priority Critical patent/RO131882B1/en
Publication of RO131882A2 publication Critical patent/RO131882A2/en
Publication of RO131882B1 publication Critical patent/RO131882B1/en

Links

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F8/00Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof
    • D01F8/02Conjugated, i.e. bi- or multicomponent, artificial filaments or the like; Manufacture thereof from cellulose, cellulose derivatives, or proteins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B37/00Preparation of polysaccharides not provided for in groups C08B1/00 - C08B35/00; Derivatives thereof

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Description

Invenția se referă la nanocompozite din polihidroxialcanoați și nanofibre de celuloză bacteriană și la procedeul de obținere al acestora, care sunt folosite în aplicații biomedicale la obținerea dispozitivelor medicale biodegradabile dar și în alte domenii precum la obținerea de ambalaje și repere auto. Nanofibrele de celuloză bacteriană și compozitele din polihidroxialcanoați și nanofibre de celuloză bacteriană sunt materiale din resurse regenerabile, 100% biodegradabile și biocompatibile. Realizarea acestor materiale se încadrează în efortul de înlocuire a materialelor pe bază de polimeri sintetici, care se obțin din materii prime provenite din petrol, în scopul protejării mediului înconjurător și folosirii resurselor naturale, teoretic nelimitate, ca surse de materii prime. Compozitele din polihidroxialcanoați și celuloză bacteriană nu sunt toxice, sunt biodegradabile și au proprietăți mecanice bune, fiind indicate în diverse domenii, de la; domeniul biomedical, ambalaje până la domenii tehnice ca auto și electronică. Compozitele din polihidroxialcanoați și 0,2 - 20% nanofibre din celuloză bacteriană se obțin pe instalațiile de prelucrare în topitură specifice polimerilor termoplastici și prezintă proprietăți mecanice mai bune decât polimerii folosiți ca matrice.The invention relates to nanocomposites of polyhydroxyalkanoates and bacterial cellulose nanofibers and to the process for obtaining them, which are used in biomedical applications to obtain biodegradable medical devices but also in other fields such as obtaining packaging and automotive parts. Bacterial cellulose nanofibers and composites made of polyhydroxyalkanoates and bacterial cellulose nanofibers are materials from renewable resources, 100% biodegradable and biocompatible. The realization of these materials is part of the effort to replace materials based on synthetic polymers, which are obtained from petroleum raw materials, in order to protect the environment and use natural resources, theoretically unlimited, as sources of raw materials. The compounds of polyhydroxyalkanoates and bacterial cellulose are non-toxic, biodegradable and have good mechanical properties, being indicated in various fields, from; biomedical field, packaging up to technical fields such as automotive and electronics. Composites made of polyhydroxyalkanoates and 0.2 - 20% nanofibers from bacterial cellulose are obtained on melt processing plants specific to thermoplastic polymers and have better mechanical properties than polymers used as matrices.

Problemele actuale legate de mediu au condus la intensificarea cercetărilor pentru înlocuirea parțială sau totală a materialelor provenite din resurse fosile, epuizabile în viitorul apropiat și a căror prelucrare este nocivă pentru mediul înconjurător, cu materiale din resurse naturale.Current environmental problems have led to an intensification of research for the partial or total replacement of materials from fossil resources, which are depletable in the near future and whose processing is harmful to the environment, with materials from natural resources.

Polihidroxialcanoații (PHA) sunt poliesteri alifatici naturali, biosintetizați de bacterii și care se acumulează ca rezerve de energie intracelulare. Proprietățile plastice și biodegradabilitatea PHA au determinat cercetarea acestora ca potențiali înlocuitori de polietilenă și polipropilenă nebiodegradabile, dar și ca biomateriale biodegradabile și biocompatibile pentru implanturi și alte dispozitive medicale. Dintre PHA, cei mai avansați ca cercetare și producție sunt po I i - (3-h i d rox i b u t i r at) (PHB) și poli-(3-hidroxibutirat-co-3-hidroxivalerat) (PHBV). Folosirea PHB și PHBVîn aplicații practice este, însă, împiedicată de faptul ca sunt casanți și au stabilitate termică scăzută la temperaturi înalte de prelucrare, intervalul de topire suprapunându-se peste începutul degradării lor termice. Spre deosebire de PHB, PHBV are o elasticitate mai mare și un domeniu mai scăzut al temperaturilor de prelucrare, ceea ce permite evitarea doar parțială a degradării în timpul prelucrării. S-au încercat mai multe metode pentru a depăși aceste dezavantaje ale PHA comerciali. Una dintre acestea propune amestecarea PHB și PHBV cu alți polimeri biodegradabili, cum ar fi poli (ε-caprolactona) (PCL) sau acidul polilactic (PLA), pentru reducerea casanței. Alte căi propun folosirea unor materiale de umplutură de tipul fibrelor de lemn, a fibrelor de in, a fibrelor de celuloză reciclată sau a altor tipuri de fibre celulozice pentru realizarea de materiale compozite. Un poliester alifatic obținut pe cale sintetică dintr-un glicol și un acid carboxilic a fost amestecat cu pulbere de nucă de cocos și negru de fum și amestecul a fost prelucrat în topitură (extrudere, injecție sau alt procedeu) pentru obținerea de diverse articole, fiind descris în US 6380282 B1. Deși printre variantele de poliesteri ce pot fi utilizateîn aceste amestecuri se numără și PHB, singurele exemple din US 6380282 B1 se referă numai la Bionore, un polibutilsuccinat produs pe cale sintetică de Showa Kobunshi (Japonia) și la o polipropilenă nebiodegradabilă. Umplutura propusă în această invenție pentru a fi folosită în compozit este de dimensiuni micronice și are ca scop doar mărirea biodegradabilității, niciun indiciu asupra proprietăților mecanice sau termice nefiind dat în US 6380282 B1.Polyhydroxyalkanoates (PHA) are natural aliphatic polyesters, biosynthesized by bacteria and which accumulate as intracellular energy reserves. The plastic properties and biodegradability of PHA have led to their research as potential substitutes for non-biodegradable polyethylene and polypropylene, but also as biodegradable and biocompatible biomaterials for implants and other medical devices. Among PHA, the most advanced in terms of research and production are po I i - (3-h i d rox i b u t i r at) (PHB) and poly- (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV). The use of PHB and PHBV in practical applications is, however, hindered by the fact that they are brittle and have low thermal stability at high processing temperatures, the melting range overlapping over the beginning of their thermal degradation. Unlike PHB, PHBV has a higher elasticity and a lower range of processing temperatures, which allows only partial avoidance of degradation during processing. Several methods have been tried to overcome these disadvantages of commercial PHA. One of them proposes mixing PHB and PHBV with other biodegradable polymers, such as poly (ε-caprolactone) (PCL) or polylactic acid (PLA), to reduce scarring. Other ways suggest the use of fillers such as wood fibers, flax fibers, recycled cellulose fibers or other types of cellulose fibers to make composite materials. An aliphatic polyester obtained synthetically from a glycol and a carboxylic acid was mixed with coconut powder and carbon black and the mixture was processed in the melt (extrusion, injection or other process) to obtain various articles, being described in US 6380282 B1. Although among the polyester variants that can be used in these blends is PHB, the only examples in US 6380282 B1 refer only to Bionore, a polybutylsuccinate synthetically produced by Showa Kobunshi (Japan) and a non-biodegradable polypropylene. The filler proposed in this invention for use in composite is of micron size and aims only to increase biodegradability, no indication of mechanical or thermal properties being given in US 6380282 B1.

Pot fi consemnate și câteva încercări de folosire a nanoumpluturilor celulozice în PH B sau PHBV și de realizare a bionanocompozitelor (Jiang și colab., 2008). Toate aceste nanocompozite au însă la bază celuloză nanocristalină din plante, care necesită faze deSeveral attempts to use cellulose nanofillers in PH B or PHBV and to make bionanocomposites can also be recorded (Jiang et al., 2008). However, all these nanocomposites are based on plant nanocrystalline cellulose, which requires

RO 131882 Β1 lucru intermediare laborioase pentru a fi adusă în starea de nanofibre 100% celulozice, cu 1 rezistență mecanică mare. în plus, bionanocompozitele PHBV/celuloză nanocristalina s-au realizat prin metoda depunerii din soluție, folosind N, N-dimetilformamida ca solvent, și s-a 3 observat o ușoară creștere a rezistenței la tracțiune și a modulului Young. Când s-a încercat metoda compoundării în topitură pentru obținerea nanocompozitelor nu s-a putut realiza o 5 dispersie bună a nanoumpluturii care s-a aglomerat în agregate de dimensiuni micronice și, drept consecință, compozitele obținute au prezentat proprietăți mai slabe decât matricea 7 polimerică de la care s-a pornit (Jiang și colab., 2008). Trebuie consemnat faptul că metoda depunerii din soluție, folosită în această referință, nu poate fi aplicată industrial și poate ridica 9 unele probleme de mediu.EN 131882 Β1 laborious intermediate work to be brought to the state of 100% cellulose nanofibers, with 1 high mechanical strength. In addition, PHBV / nanocrystalline cellulose bionanocomposites were made by the deposition method using N, N-dimethylformamide as solvent, and a slight increase in tensile strength and Young's modulus was observed. When the melt compounding method was tried to obtain the nanocomposites, a good dispersion of the nanofill could not be achieved, which agglomerated into micron-sized aggregates and, as a consequence, the obtained composites showed weaker properties than the polymeric matrix from which it was started ( Jiang et al., 2008). It should be noted that the solution deposition method used in this reference cannot be applied industrially and may raise some environmental issues.

O metodă diferită este propusă în CN102493021 B și constă în obținerea de 11 nanofibre compozite din PHBV și celuloză nanocristale din soluție. Nanocristalele de celuloză au fost dispersate în N, N- dimetilformamidă și adăugate încet intr-o soluție de 13 PHBV în cloroform. Deși se specifică rezultate mecanice bune pentru astfel de fibre compozite, metoda folosește cantități mari de solvenți, unii dintre ei fiind foarte toxici. 15A different method is proposed in CN102493021 B and consists in obtaining 11 nanofibers composed of PHBV and cellulose nanocrystals from the solution. The cellulose nanocrystals were dispersed in N, N-dimethylformamide and slowly added to a solution of 13 PHBV in chloroform. Although good mechanical results are specified for such composite fibers, the method uses large amounts of solvents, some of which are very toxic. 15

Celuloza bacteriană are avantaje nete față de celuloza din plante deoarece este pură și, deci, nu este nevoie să se aplice proceduri costisitoare pentru separarea hemicelulozelor, 17 ligninei, proteinelor, cerurilor și a altor impurități ca în cazul obținerii fibrelor celulozice din plante. De aceea, s-a încercat realizarea nanobiocompozitelor din PHA și nanowhiskeri de 19 celuloză bacteriană prin metoda turnării din soluție, dar nu s-a obținut nici o îmbunătățire a proprietăților mecanice (Martinez-Sanz și colab., 2014). O altă cale care a fost încercată 21 a constat în imersarea peliculei integrale de celuloză bacteriană într-o soluție de PHB în cloroform și îndepărtarea solventului prin liofilizare obtinandu-se un stratificat. Deși corn- 23 pozitul obținută prezentat proprietăți mecanice mai bune decât polimerul matrice, totuși, prin această metodă se pot obține numai stratificate cu suprafața neregulată și compoziție greu 25 de definit și de reprodus.Bacterial cellulose has clear advantages over plant cellulose because it is pure and therefore does not require expensive procedures to separate hemicelluloses, lignin, proteins, waxes and other impurities as in the case of plant cellulose fibers. Therefore, attempts were made to make nanobiocomposites from PHA and bacterial cellulose nanowiscers by the method of pouring from the solution, but no improvement of the mechanical properties was obtained (Martinez-Sanz et al., 2014). Another pathway that was tried 21 was to immerse the whole bacterial cellulose film in a solution of PHB in chloroform and remove the solvent by lyophilization to obtain a layer. Although the obtained cornice presented better mechanical properties than the matrix polymer, however, by this method can only be obtained laminates with irregular surface and composition difficult to define and reproduce.

Obținerea nanocompozitelor prin turnare din soluție nu este o metodă viabilă pentru 27 fabricarea la scara industrială a bio-nanocompozitelor, din cauza folosirii unor cantități imense de solvenți toxici care trebuie purificați, recirculați și a efectelor nocive pe care 29 aceștia le au asupra sănătății personalului care manevrează acești solvenți și a mediului înconjurător. Doar tehnicile de prelucrare în topitură precum amestecarea în topitură, extru- 31 derea sau injecția pot fi eficiente la scara industrială, și nedăunătoare mediului înconjurător și sănătății personalului. Prin aceste metode este posibilă obținerea unor materiale noi cu 33 modul de elasticitate și rezistentă mecanică mai mari, precum și o stabilitate termică mai bună. 35Obtaining nanocomposites by casting from solution is not a viable method for the industrial scale manufacture of bio-nanocomposites, due to the use of huge amounts of toxic solvents to be purified, recirculated and the harmful effects they have on the health of personnel who handle these solvents and the environment. Only melt processing techniques such as melt mixing, extrusion or injection can be effective on an industrial scale, and not harmful to the environment and staff health. With these methods it is possible to obtain new materials with 33 modulus of higher elasticity and mechanical strength, as well as better thermal stability. 35

Sunt puține încercări de obținere a unor compozite pe bază de polimeri biodegradabili, în care se specifică că matricea polimerică poate fi obținută pe cale microbiană, 37 de sinteză sau poate fi un polimer natural precum amidonul, iar umplutura este celuloză bacteriană defibrilată, aceste încercări fiind descriese în US 6410618; US 6274652; 39There are few attempts to obtain composites based on biodegradable polymers, which specify that the polymer matrix can be obtained microbially, synthetically or can be a natural polymer such as starch, and the filling is defibrillated bacterial cellulose, these tests being described in US 6410618; US 6274652; 39

PCT/JP99/00847. Aceste compozite biodegrabile sunt destinate obținerii prin injecție a carcaselor pentru aparatura video și acustică. Celuloza bacteriană defibrilată a fost obținută 41 prin macerarea peliculei apoase de celuloză bacteriană cu un amestecator rotativ, presare și dispersare în solvent organic (acetonă) pentru deshidratare si, apoi, schimbarea solven- 43 tului organic acetona cu ciclohexan. Uscarea prin liofilizare a celulozei bacteriene deshidratate a condus la obținerea celulozei bacteriene uscate. Se stipulează în aceste invenții 45 că celuloza obținută este sub forma de pulbere, dar nu se specifică dimensiunile acesteia. Se menționează, de asemenea, în aceste invenții ca materialul compozit se obține prin 47 amestecarea în topitură a polimerului biodegradabil și a celulozei „pulbere, de preferința înPCT / JP99 / 00847. These biodegradable composites are intended for injection molding of video and acoustic equipment. Defibrillated bacterial cellulose was obtained by macerating the aqueous bacterial cellulose film with a rotary mixer, pressing and dispersing in organic solvent (acetone) for dehydration and then changing the organic solvent acetone with cyclohexane. Freeze-drying of dehydrated bacterial cellulose resulted in dry bacterial cellulose. It is stipulated in these inventions 45 that the cellulose obtained is in powder form, but its dimensions are not specified. It is also mentioned in these inventions that the composite material is obtained by melting the biodegradable polymer and cellulose 'powder', preferably in

RO 131882 Β1 concentrație de peste 30%, intr-un dispozitiv cu șnec. Nu se specifică dimensiunile „pulberii de celuloză bacteriană și nu se dau indicații asupra procedeului de amestecare. Corelând cu datele de literatură, se poate presupune că celuloza bacteriană obținută prin acest procedeu are dimensiuni micronice. în cele două exemple ale acestor invenții se specifica drept polimeri-matrice biodegradabili doar acidul polilactic și un poliester de tip Bionore, care este un poliester de sinteza (nu microbian) de tip polibutilensuccinat și nu un polihidroxialcanoat.RO 131882 Β1 concentration above 30% in a screw device. The dimensions of the 'bacterial cellulose powder' are not specified and no indication is given as to the mixing process. Correlating with the literature data, it can be assumed that the bacterial cellulose obtained by this process has micron dimensions. In the two examples of these inventions, only polylactic acid and a Bionore-type polyester are specified as biodegradable matrix polymers, which is a synthetic polyester (not microbial) of the polybutylene succinate type and not a polyhydroxyalkanoate.

O compoziție pentru piese auto de interior, conținând poliester alifatic și celuloză bacteriană, este descrisa de JP 2007112859. Compoziția conține doua tipuri diferite de polihidroxialcanoați și celuloză bacteriană. Tipul de polihidroxialcanoați folosiți nu este precizat, dar, probabil, diferă prin numărul de atomi de carbon din catena laterală. Forma celulozei bacteriene folosite în amestec (uscată sau umedă) nu este specificată ci doar că ea este sub forma de micro/nanofibre cu diametrul de până la 1000 nm și factorul de formă între 1 și 1000 și că este folosită în proporție de 0,1% pana la 50%, ca agent de nucleere. Nu este menționat nimic referitor la funcția de ranforsare a celulozei bacteriene în aceasta invenție.A composition for interior car parts, containing aliphatic polyester and bacterial cellulose, is described by JP 2007112859. The composition contains two different types of polyhydroxyalkanoates and bacterial cellulose. The type of polyhydroxyalkanoates used is not specified, but probably differs in the number of carbon atoms in the side chain. The form of bacterial cellulose used in the mixture (dry or wet) is not specified but only that it is in the form of micro / nanofibers with a diameter of up to 1000 nm and a form factor between 1 and 1000 and that it is used in a proportion of 0.1 % to 50%, as a nucleating agent. Nothing is mentioned regarding the strengthening function of bacterial cellulose in this invention.

C. Zhijiang, H. Chengwei, Y. Guang au publicat un studiu, Poly (3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate)/bacterial cellulose composite porous scaffold: Preparation, characterization and biocompatibility evaluation, în Carbohydrate polymers, 2012, referitor la prepararea prin liofilizare, caracterizarea și evaluarea biocompatibilității compozitelor pe bază de poli(3-hidroxibutirat-co-4-hidroxibutirat) și celuloză bacteriană folosite pentru prepararea scaffold-urilor, folosind acid trifluoracetic drept cosolvent; au fost evaluate caracteristicile scaffold-urilor obținute din compozitul poli(3hidroxibutirat-co-4-hidroxibutirat) și celuloză bacteriană, capacitatea de biodegradare dar și activitatea biologică, compozitul fiind evaluat prin studii de adeziune celulară care au dovedit o biocompatibilitate mai bună a compozitului analizat decât a scaffold-urilor obținute doar din poli(3-hidroxibutirat-co-4-hidroxibutirat). De asemenea, C. J. Brigham, A. J. Sinskey au arătat în “Applications of polyhydroxyalcanoates in the medical industry”, publicat în International Journal of Biotechnology for Wellness Industries, 1,53-60, rezultatele unor studii de biodegradabilitate și biocompatibilitate ale unor polihidroxialcanoați în sistemele de culturi celulare sau animale gazdă, care sugerează faptul că polihidroxialcanoații sunt materiale adecvate pentru fabricarea unor dispozitive medicale resorbabile.C. Zhijiang, H. Chengwei, Y. Guang published a study, Poly (3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) / bacterial cellulose composite porous scaffold: Preparation, characterization and biocompatibility evaluation, in Carbohydrate polymers, 2012, on lyophilization preparation, characterization and evaluation of biocompatibility of compounds based on poly (3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) and bacterial cellulose used for the preparation of scaffolds, using trifluoroacetic acid as cosolvent; the characteristics of the scaffolds obtained from the poly composite (3hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) and bacterial cellulose were evaluated, the biodegradation capacity but also the biological activity, the composite being evaluated by cell adhesion studies that proved a better biocompatibility of the composite than scaffolds obtained only from poly (3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate). Also, CJ Brigham, AJ Sinskey showed in “Applications of polyhydroxyalcanoates in the medical industry”, published in the International Journal of Biotechnology for Wellness Industries, 1.53-60, the results of studies of biodegradability and biocompatibility of polyhydroxyalkanoates in cell cultures or host animals, which suggest that polyhydroxyalkanoates are suitable materials for the manufacture of resorbable medical devices.

Cererea de brevet JP 2012087207 descrie o compoziție de rășină din biomasă, biodegradabilă și cu rezistență termică și mecanică suficient de mare încât să substituie polimerii de sinteză pentru diferite aplicații, pe bază de acid lactic și acid 3-hidroxibutiric sau 3-hidroxivaleric.Patent application JP 2012087207 describes a biomass resin composition, biodegradable and with sufficient thermal and mechanical strength to replace synthetic polymers for various applications, based on lactic acid and 3-hydroxybutyric or 3-hydroxyvaleric acid.

F. Torres și colab., în articolul “ Biocompatibility of bacteria! cellulose based biomaterials”, publicat în J. Funct. Biomater. 2012,3(4); 864-878 se referă la posibilitatea utilizării celulozei bacteriene în nanocompozite alături de alte materiale pentru aplicații specifice; studiile in vivo și in vitro au arătat că celuloza bacteriană poate fi folosită în diferite aplicații medicale ca tratamentul plăgilor, arsurilor, ca piele artificială, obținerea de vase artificiale, scaffold-uri.F. Torres et al., In the article “Biocompatibility of bacteria! cellulose based biomaterials ”, published in J. Funct. Biomater. 2012.3 (4); 864-878 refers to the possibility of using bacterial cellulose in nanocomposites along with other materials for specific applications; In vivo and in vitro studies have shown that bacterial cellulose can be used in various medical applications as the treatment of wounds, burns, as artificial skin, obtaining artificial vessels, scaffolds.

Soluțiile cunoscute prezintă o serie de dezavantaje legate de toxicitatea și corozivitatea ridicată a solvenților utilizați sau de lipsa biodegradabilității componentelor polimerice din materialele compozite rezultate.Known solutions have a number of disadvantages due to the high toxicity and corrosivity of the solvents used or the lack of biodegradability of the polymeric components in the resulting composite materials.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în valorificarea resurselor naturale regenerabile pentru obținerea unor materiale compozite utilizabile în aplicații biomedicale.The technical problem solved by the invention consists in the capitalization of renewable natural resources for obtaining composite materials usable in biomedical applications.

RO 131882 Β1RO 131882 Β1

Nanocompozitul pe bază de polihidroxialcanoați și celuloză bacteriană conform 1 invenției, înlătură dezavantajele menționate prin aceea că, este constituit din 0,2 până la 20 părți nanofibre de celuloză bacteriană, până la 20 părți plastifiant și 60 până la 99,8 părți 3 polihidroxialcanoat, care poate fi poli-(3-hidroxibutirat) sau poli(3-hidroxibutirat-co-3-hidroxivalerat). 5The nanocomposite based on polyhydroxyalkanoates and bacterial cellulose according to 1 of the invention eliminates the disadvantages mentioned in that it consists of 0.2 to 20 parts nanofibers of bacterial cellulose, up to 20 parts plasticizer and 60 to 99.8 parts 3 polyhydroxyalkanoate, which may be poly- (3-hydroxybutyrate) or poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate). 5

Procedeul de obținere a nanocompozitului conform invenției constă în amestecarea componentelor într-un malaxor cu rotori sigma, cu rotire în contrasens, la o viteză cuprinsă 7 între 20 și 60 min'1, timp de 3 până la 15 min, la o temperatură cuprinsă între 140 și 200°C, în funcție de polihidroxialcanoat și cantitatea de plastifiant, materialul rezultat fiind profilat pe 9 valț și în final, mărunții într-o moară cu cuțite rotative sau într-un amestecător rotativ timp de 10 până la 30 min la o temperatură cuprinsă între 20 și 35°C, urmată de extrudare pe un 11 extruder cu dublu-șnec cu L/D 20-30, la o temperatură variind între 140 și 200°C în funcție de tipul de polihidroxialcanoat și cantitatea de plastifiant, materialul rezultat fiind în final 13 granulat.The process for obtaining the nanocomposite according to the invention consists in mixing the components in a sigma rotor mixer, with counterclockwise rotation, at a speed of 7 to 20 to 60 min ' 1 , for 3 to 15 min, at a temperature of 140 and 200 ° C, depending on the polyhydroxyalkanoate and the amount of plasticizer, the resulting material being profiled on 9 rolls and finally the grains in a mill with rotary knives or in a rotary mixer for 10 to 30 minutes at a temperature between 20 and 35 ° C, followed by extrusion on an 11 twin-screw extruder with L / D 20-30, at a temperature ranging between 140 and 200 ° C depending on the type of polyhydroxyalkanoate and the amount of plasticizer, the resulting material being finally 13 granulated.

într-o variantă de realizare a procedeului, nanofibrele de celuloză bacteriană în formă 15 pulverulentă uscată se obțin prin defibrilarea peliculelor umede de celuloză bacteriană, într-o cantitate de maximum 20% raportat la pelicula udă, într-un blender de mare putere timp de 17 15...60 min, suspensia de celuloză defibrilată fiind ulterior trecută printr-o moară coloidală, într-un număr de până la 5 treceri, apoi liofilizată și măcinată folosind o moară centrifugală 19 la o viteză de minimum 5000 min'1.In one embodiment of the process, the dry powdered bacterial cellulose nanofibers are obtained by defibrillating wet bacterial cellulose films in an amount of up to 20% relative to the wet film in a high power blender for 17 15 ... 60 min, the suspension of defibrillated cellulose being subsequently passed through a colloidal mill, in a number of up to 5 passes, then lyophilized and ground using a centrifugal mill 19 at a speed of at least 5000 min ' 1 .

Conform invenției, materialele nanocompozite se obțin folosind atât polimerul matrice 21 (polihidroxialcanoați) cât și materialul de ranforsare (nanofibre de celuloză bacteriană) din resurse naturale regenerabile, care pot fi folosite, atât ca înlocuitori ai materialelor compozite 23 cu fibre de sticlă, negru de fum și alte umpluturi nocive mediului dar și în aplicații biomedicale pentru obținerea de scafolduri și dispozitive medicale. Aceste materiale nanocompozite se 25 pot obține pe instalații de prelucrare în topitură, specifice polimerilor termoplastici, care permit obținerea cu buna productivitate a unor forme de mare complexitate. Nanofibrele de 27 celuloză bacteriană se obțin sub formă pulverulentă, uscată pornind de la pelicule umede de celuloză bacteriană, fără să se folosească nici un fel de solvenți organici, toxici. Prin ames- 29 tecare în topitură folosind procedeele de malaxare, extrudere, presare sau injecție a polihidroxialcanoaților sub formă de pulbere sau granule cu nanofibre de celuloză bacteriană 31 sub formă pulverulentă, uscată, având sau nu agenți de tratare superficiali, se obțin materiale nanocompozite noi, 100% biodegradabile, caracterizate prin proprietăți mecanice mai bune 33 comparativ cu polimerul de la care s-a plecat. Materialul nanocompozit se poate obține sub formă de plăci, fire sau granule fiind posibilă folosirea lui la obținerea diverselor repere pentru 35 domeniul biomedical sau industrie.According to the invention, the nanocomposite materials are obtained using both matrix polymer 21 (polyhydroxyalkanoates) and the reinforcing material (bacterial cellulose nanofibers) from renewable natural resources, which can be used both as substitutes for composite materials 23 with glass fibers, black smoke and other fillers harmful to the environment but also in biomedical applications for obtaining scaffolding and medical devices. These nanocomposite materials can be obtained on melt processing plants, specific to thermoplastic polymers, which allow to obtain with good productivity some forms of high complexity. The nanofibers of bacterial cellulose are obtained in powdery, dry form starting from wet bacterial cellulose films, without using any organic, toxic solvents. By mixing in the melt using the processes of kneading, extrusion, pressing or injection of polyhydroxyalkanoates in powder form or granules with bacterial cellulose nanofibers 31 in powder, dry form, whether or not having surface treatment agents, new nanocomposite materials are obtained. , 100% biodegradable, characterized by better mechanical properties 33 compared to the polymer from which it started. The nanocomposite material can be obtained in the form of plates, wires or granules, being possible to use it to obtain various benchmarks for the biomedical field or industry.

Conform celor prezentate mai sus, nu există procedee care să permită obținerea 37 nanofibrelor de celuloză bacteriană sub formă pulverulentă, uscată pornind de la pelicule umede de celuloză bacteriană și nici a nanocompozitelor polimerice cu nanofibre de celuloză 39 bacteriană.According to the above, there are no processes for obtaining bacterial cellulose nanofibers in powder form, dried from wet bacterial cellulose films or bacterial cellulose nanofiber polymer nanocomposites 39.

Procedeele de obținere conform invenției permit obținerea nanofibrelor de celuloză 41 bacteriană sub formă pulverulentă, uscată pornind de la pelicule umede de celuloză bacteriană și a unor nanocompozite cu caracteristici controlate, caracterizate printr-o dispersie 43 uniformă a nanofibrelor de celuloză bacteriană în matricea de polihidroxialcanoat.The production processes according to the invention make it possible to obtain bacterial cellulose nanofibers 41 in powder form, dried starting from wet bacterial cellulose films and nanocomposites with controlled characteristics, characterized by a uniform dispersion 43 of the bacterial cellulose nanofibers in the polyhedral matrix.

Procedeul de obținere a nanofibrelor de celuloză bacteriană sub formă pulverulentă, 45 uscată, cu dimensiunile secțiunii între 10 și 200 nm, conform invenției, pornește de la pelicule umede de celuloză bacteriană care sunt defibrilate în cantitate mică de apă, de maximum 47 20% raportat la pelicula udă, folosind un blender de mare putere, timp de 10 până la 60 min,The process for obtaining bacterial cellulose nanofibers in powder form, 45 dry, with a section size between 10 and 200 nm, according to the invention, starts from wet bacterial cellulose films which are defibrillated in a small amount of water, of maximum 47 20% reported to wet film, using a high-power blender, for 10 to 60 minutes,

RO 131882 Β1 suspensia de celuloză defribrilată cu ajutorul blenderului fiind trecută printr-o moară coloidală (0...5 treceri), apoi liofilizată și măcinată folosind o moară centrifugală (la o turație de minimum 5000 min'1).RO 131882 Β1 the suspension of cellulose defribiled with the help of a blender being passed through a colloidal mill (0 ... 5 passes), then lyophilized and ground using a centrifugal mill (at a speed of at least 5000 min ' 1 ).

Procedeul de obținere a nanocompozitelor polimerice cu nanofibre de celuloză bacteriană sub formă pulverulentă conform invenției constă în aceea ca 0,2...20 părți nanofibre de celuloză bacteriană tratată sau nu cu organosilani, 0...20 părți plastifiant și 60...99,8 părți polihidroxialcanoat se amestecă 1) directîntr-un malaxor dotat cu rotori sigma, cu rotire în contrasens, cu viteza cuprinsă între 20 și 80 min'1 timp de 3...15 min, la o temperatură cuprinsă între 140 și 200°C, în funcție de tipul de polihidroxialcanoat folosit ca matrice polimerică și cantitatea de plastifiant, fiind apoi profilat pe valț în foaie, care se mărunțește într-o moară cu cuțite rotative, rezultând materialul nanocompozit A sau 2) mai întâi într-un amestecator rotativ timp de 10.. .30 min la o temperatură cuprinsă între 20 și 35°C și apoi întrun extruder dublu-șnec cu L/D = 20...30 la o temperatură variind între 140 și 200°C, în funcție de tipul de polihidroxialcanoat folosit ca matrice polimerică și cantitatea de plastifiant, fiind apoi granulat și rezultând granule de material nanocompozit B.The process for obtaining polymeric nanocomposites with bacterial cellulose nanofibers in powder form according to the invention consists in that 0.2 ... 20 parts of bacterial cellulose nanofibers or not treated with organosilanes, 0 ... 20 parts plasticizer and 60 ... 99.8 parts of polyhydroxyalkanoate are mixed 1) directly in a mixer equipped with sigma rotors, with counterclockwise rotation, with a speed between 20 and 80 min ' 1 for 3 ... 15 min, at a temperature between 140 and 200 ° C, depending on the type of polyhydroxyalkanoate used as the polymer matrix and the amount of plasticizer, then profiled on a roller in the sheet, which is crushed in a mill with rotating knives, resulting in nanocomposite A or 2) first in a mixer rotary for 10 .. .30 min at a temperature between 20 and 35 ° C and then in a double-screw extruder with L / D = 20 ... 30 at a temperature ranging between 140 and 200 ° C, depending on the type of polyhydroxyalkanoate used as the polymer matrix and edges plasticizer, then granulated and resulting in granules of nanocomposite B.

Nanocompozitele din polihidroxialcanoați și celuloză bacteriană sunt extrem de utile pentru multe domenii de aplicare deoarece sunt 100% biodegradabile și biocompatibile fiind utile atât în domeniul biomedical cât și în alte domenii, ca de exemplu cel al ambalajelor și al reperelor auto. Celuloza bacteriană este celuloza pură care nu necesită procedee suplimentare de îndepărtare a hemicelulozelor, ligninei, proteinelor, cerurilor și a altor impurități, care se aplică de regulă pentru obținerea nanocelulozei din plante. în plus ambele componente ale materialului compozit (celuloza și polihidroxialcanoatul) se obțin din resurse regenerabile și nu sunt dăunătoare mediului înconjurător. Nanocompozitele din polihidroxialcanoați și nanofibre de celuloză bacteriană se obțin pe instalațiile de prelucrare în topitură specifice polimerilor termoplastici ceea ce elimină problemele ridicate de folosirea solvenților toxici, specifice procedeului de obținere a compozitelor prin turnare din soluție sau ale procedeului de schimbare de solvent pentru obținerea celulozei uscate. în plus, procedeele de compoundare în topitură sunt extrem de avantajoase ca productivitate, impact asupra mediului și posibilității largi de obținere de forme extrem de complexe cu timp de prelucrare foarte scurt. Trebuie menționat faptul că obiectele din nanocompozite polihidroxialcanoați/nanofibre de celuloză bacteriană nu sunt nocive mediului la terminarea duratei lor de viață, deoarece, așa cum s-a specificat, sunt din materiale 100% biodegradabile.Nanocomposites made of polyhydroxyalkanoates and bacterial cellulose are extremely useful for many fields of application because they are 100% biodegradable and biocompatible, being useful both in the biomedical field and in other fields, such as packaging and automotive parts. Bacterial cellulose is pure cellulose that does not require additional processes to remove hemicelluloses, lignin, proteins, waxes and other impurities, which is usually applied to obtain plant nanocellulose. in addition both components of the composite material (cellulose and polyhydroxyalkanoate) are obtained from renewable resources and are not harmful to the environment. Nanocomposites made of polyhydroxyalkanoates and bacterial cellulose nanofibers are obtained on melt processing plants specific to thermoplastic polymers, which eliminates the problems posed by the use of toxic solvents, specific to the process of obtaining composites by pouring from solution or the process of changing the solvent. . In addition, melt compounding processes are extremely advantageous in terms of productivity, environmental impact and the wide possibility of obtaining extremely complex shapes with very short processing time. It should be noted that objects made of polyhydroxyalkanoate nanocomposites / bacterial cellulose nanofibers are not harmful to the environment at the end of their life, because, as specified, they are made of 100% biodegradable materials.

Invenția are următoarele avantaje:The invention has the following advantages:

- eliminarea consumului de materii prime derivând din prelucrarea petrolului, prin utilizarea atât a matricei polimerice cât și a nano-umpluturilor din resurse regenerabile; evitarea obținerii de produse secundare și deșeuri, care pun probleme de separare, recuperare sau distrugere;- elimination of the consumption of raw materials deriving from oil processing, by using both the polymer matrix and the nano-fillers from renewable resources; avoidance of by-products and waste, which pose problems of separation, recovery or destruction;

- realizarea unor materiale cu caracteristici noi prin operații de prelucrare pe instalații de mare productivitate, specifice polimerilor termoplastici;- making materials with new characteristics through processing operations on high productivity installations, specific to thermoplastic polymers;

- materialele din polihidroxialcanoați și nanofibre de celuloză bacteriană conform invenției pot fi folosite la obținerea de scafolduri și dispozitive medicale dar și ca înlocuitori ai compozitelor tradiționale, cu fibre de sticlă, dăunătoare mediului, în aplicațiile tehnice în care aceste compozite polimerice se folosesc în prezent.- The materials of polyhydroxyalkanoates and bacterial cellulose nanofibers according to the invention can be used to obtain scaffolds and medical devices but also as substitutes for traditional composites, with glass fibers, harmful to the environment, in technical applications in which these polymeric composites are currently used.

Nanofibrele de celuloză bacteriană obținute conform procedeului invenției, precum și pelicula de celuloză bacteriană de la care s-a plecat, au fost caracterizate prin microscopie de forță atomică AFM pentru determinarea dimensiunilor f i bri lei or și a gradului de defibrilare folosind un microscop Mul ti Mode 8 dotat cu un convertor Nanoscope V și un cantilever de siliciu netratat, la temperatura camerei cu viteza de scanare de 1 Hz.The bacterial cellulose nanofibers obtained according to the process of the invention, as well as the bacterial cellulose film from which it was derived, were characterized by AFM atomic force microscopy to determine the fiber size and the degree of defibrillation using a Multi Mode 8 microscope equipped with a Nanoscope V converter and an untreated silicon cantilever at room temperature with a scanning speed of 1 Hz.

RO 131882 Β1RO 131882 Β1

Compozitele polimerice cu nanofibre de celuloză bacteriană obținute conform 1 invenției au fost caracterizate prin:The polymeric composites with bacterial cellulose nanofibers obtained according to 1 invention were characterized by:

- rezistență maximă la tracțiune și modulul de elasticitate utilizând o mașină 3 universală Instron 3382 cu extensiometru video, celula de forță de 2KN, viteza de încercare de 2 mm/min, epruvete tip 5A conform SR EN ISO 527; 5- maximum tensile strength and elasticity module using a 3 universal Instron 3382 machine with video extensiometer, 2KN force cell, test speed of 2 mm / min, type 5A specimens according to SR EN ISO 527; 5

- microscopie de forță atomică AFM pentru determinarea dimensiunilor și dispersiei nanofibrelorîn matricea de polimer folosind un microscop MultiMode 8 dotat cu un convertor 7 Nanoscope V și un cantileverde siliciu netratat la temperatura camerei cu viteza de scanare de 1 Hz. 9- AFM atomic force microscopy to determine the size and dispersion of nanofibers in the polymer matrix using a MultiMode 8 microscope equipped with a 7 Nanoscope V converter and an untreated silicon green cantilever at room temperature with a scanning speed of 1 Hz. 9

Se dau în continuare 10 exemple nelimitative de realizare a invenției.The following are 10 non-limiting examples of the invention.

Exemplul 1 11Example 1 11

200-300 g pelicule de celuloză bacteriană obținute prin biosinteză în cultură statică, ca de exemplu conform invenției R0126940, se introduc într-un vas și se clătesc cu cantități 13 suficiente de apă distilată pentru îndepărtarea eventualelor impurități din biosinteză sau de la post-tratare. Cu ajutorul unui blender de mare putere (minimum 600 W) și turație de 15 minimum 15000 min'1, peliculele de celuloză bacteriană la care se adaugă o cantitate de maximum 20% apă distilată, raportat la pelicula udă, sunt defibrilate un timp total de 15 min 17 la temperatura camerei în cicluri de 4-5 min fiecare. Celuloza defibrilată este liofilizată folosind un liofilizator FreeZone de 2,5 L. Celuloza obținută sub formă de spumă este apoi mărunțită 19 într-o moară centrifugală de tip ZM 200 (Retsch), rezultând nanofibrile de celuloză uscată sub formă pulverulentă. Defibrilarea peliculei de celuloză bacteriană a fost pusă în evidență prin 21 AFM comparativ cu pelicula inițială (fig. 1 a - imaginea AFM a peliculei de celuloză bacteriană; fig. 1b - imaginea AFM a peliculei defibrilate conform exemplului 1). 23200-300 g of films of bacterial cellulose obtained by biosynthesis in static culture, such as according to the invention R0126940, are placed in a vessel and rinsed with sufficient quantities of distilled water to remove any impurities from biosynthesis or post-treatment . With the help of a high power blender (minimum 600 W) and a speed of 15 minimum 15000 min ' 1 , the bacterial cellulose films to which a maximum amount of 20% distilled water is added, compared to the wet film, are defibrillated a total time of 15 min 17 at room temperature in cycles of 4-5 min each. The defibrillated cellulose is lyophilized using a 2.5 L FreeZone lyophilizer. The cellulose obtained in the form of foam is then crushed 19 in a ZM 200 type centrifugal mill (Retsch), resulting in dry cellulose nanofibrils in powder form. Defibrillation of the bacterial cellulose film was highlighted by 21 AFM compared to the initial film (Fig. 1 a - AFM image of the bacterial cellulose film; Fig. 1b - AFM image of the defibrillated film according to Example 1). 2. 3

Exemplul 2Example 2

Se lucrează ca la exemplul 1 cu deosebirea că timpul total de defibrilare cu ajutorul 25 blenderului este de 30 min. Imaginea AFM a fibrelor (fig. 1 c) confirmă defibrarea mai avansată și dimensiunea mai mică a acestora. 27We work as in Example 1 with the difference that the total defibrillation time with the blender is 30 min. The AFM image of the fibers (fig. 1 c) confirms the more advanced defibration and their smaller size. 27

Exemplul 3Example 3

Se lucrează ca la exemplul 1 cu deosebirea că, între defibrilarea peliculelor de 29 celuloză bacteriană cu ajutorul blenderului și liofilizare se interpune o fază suplimentară de omogenizare folosind o moară coloidală (1 trecere). 31We work as in Example 1 with the difference that between the defibrillation of the bacterial cellulose films with the help of the blender and lyophilization, an additional phase of homogenization is interposed using a colloidal mill (1 pass). 31

Exemplul 4Example 4

Se lucrează ca la exemplul 3 cu deosebirea că celuloza bacteriană defibrilată cu 33 ajutorul blenderului este trecută de 5 ori prin moara coloidală. Investigarea microscopică a fibrelor confirmă o defibrarea mai avansată. 35We work as in Example 3 with the difference that the defibrillated bacterial cellulose with the help of a blender is passed 5 times through the colloidal mill. Microscopic investigation of the fibers confirms a more advanced defibrillation. 35

Exemplul 5Example 5

O cantitate de 0,25 g nanofibre de celuloză bacteriană sub formă pulverulentă, uscată, 37 obținute conform exemplului 2, se amestecă cu 49,75 g PHB pulbere într-un malaxor dotat cu rotori sigma la temperatura de 170°C cu viteza de 40 rpm timp de 10 min. Compozitul 39 obținut (CI) se profilează pe valț. Pentru caracterizare se presează plăci cu dimensiunile 150 x 150 x 2 mm din care se ștanțează epruvete pentru încercări mecanice la tracțiune 41 având dimensiuni conform SR EN ISO 527. Rezultatele obținute sunt prezentate în tabelul 1 comparativ cu PHB simplu, prelucrat în aceleași condiții (M1). 43A quantity of 0.25 g of dry powdered bacterial cellulose nanofibers, 37 obtained according to Example 2, is mixed with 49.75 g of PHB powder in a mixer equipped with sigma rotors at 170 ° C at a rate of 40 ° C. rpm for 10 min. The obtained composite 39 (CI) is profiled on the roller. For characterization, plates with dimensions of 150 x 150 x 2 mm are pressed, from which specimens for mechanical tensile tests 41 with dimensions according to SR EN ISO 527 are stamped. The results obtained are presented in table 1 compared to simple PHB, processed under the same conditions (M1 ). 43

Exemplul 6Example 6

Se lucrează ca la exemplul 5 cu deosebirea ca 1,00 g nanofibre de celuloză 45 bacteriană sub formă pulverulentă, uscată, obținute conform exemplului 2, se amestecă cu 49,00 g PHB pulbere, obținându-se compozitul C2 cu caracteristicile mecanice din tabelul 1. 47Work as in Example 5 with the difference of 1.00 g of bacterial cellulose 45 nanofibers in powdered, dry form, obtained according to Example 2, mixed with 49.00 g of PHB powder, obtaining composite C2 with the mechanical characteristics in Table 1. 47

RO 131882 Β1RO 131882 Β1

Exemplul 7Example 7

Se lucrează ca la exemplul 5 cu deosebirea ca 2,50 g nanofibre de celuloză bacteriană sub formă pulverulentă, uscată, obținute conform exemplului 2, se amestecă cu 47,50 g PHB pulbere, obținându-se compozitul C3 cu caracteristicile mecanice din tabelul 1.Work as in Example 5, with the difference of 2.50 g of dry powdered bacterial cellulose nanofibers, obtained according to Example 2, mixed with 47.50 g of PHB powder, obtaining composite C3 with the mechanical characteristics in Table 1.

Exemplul 8Example 8

O cantitate de 1,00 g nanofibre de celuloză bacteriană sub formă pulverulentă, uscată, obținute conform exemplului 1, se amestecă cu 49,00 g PHBV (12% polihidroxivalerat) conținând 10% plastifiant tributilacetilcitrat într-un malaxor dotat cu rotori sigma la temperatura de 160°C cu viteza de 40 rpm timp de 8 min. Compozitul obținut (C4) se profilează pe valț, se presează în plăci, din care se ștanțează epruvete pentru încercări mecanice la tracțiune. Rezultatele obținute sunt prezentate în tabelul 1 comparativ cu PHBV fără fibre de celuloză bacteriană, prelucrat în aceleași condiții (M2).A quantity of 1.00 g of dry powdered bacterial cellulose nanofibers, obtained according to Example 1, is mixed with 49.00 g of PHBV (12% polyhydroxyvalerate) containing 10% of tributylacetyl citrate plasticizer in a mixer equipped with sigma rotors at temperature of 160 ° C with a speed of 40 rpm for 8 min. The composite obtained (C4) is profiled on a roller, pressed into plates, from which specimens for mechanical tensile tests are stamped. The results obtained are presented in Table 1 compared to PHBV without bacterial cellulose fibers, processed under the same conditions (M2).

Exemplul 9Example 9

O cantitate de 1,00 g nanofibre de celuloză bacteriană sub formă pulverulentă, obținute conform exemplului 1, se dispersează în 50 g soluție 10% aminopropiltrietoxisilan în amestec 90:10 etanol:apă, se amestecă la temperatura camerei timp de 2 h, se lasă în vas descoperit timp de 24 h la temperatura camerei și, apoi, într-o etuvă la temperatura de 110°C timp de 1 h, rezultând nanofibre de celuloză bacteriană tratate cu aminosilan care se amestecă cu 49,00 g PHBV (12% polihidroxivalerat) conținând 10% plastifiant tributilacetilcitrat într-un malaxor dotat cu rotori sigma la temperatura de 160°C cu viteza de 40 rpm timp de 8 min. Compozitul obținut (C5) se profilează pe valț, se presează în plăci, din care se ștanțează epruvete pentru încercări mecanice la tracțiune (tabelul 1).A quantity of 1.00 g of bacterial cellulose nanofibers in powder form, obtained according to Example 1, is dispersed in 50 g of a 10% solution of aminopropyltriethoxysilane in a mixture of 90:10 ethanol: water, stirred at room temperature for 2 h, leave in a vessel uncovered for 24 h at room temperature and then in an oven at 110 ° C for 1 h, resulting in bacterial cellulose nanofibers treated with aminosilane mixed with 49.00 g PHBV (12% polyhydroxyvalerate ) containing 10% tributylacetylcitrate plasticizer in a mixer equipped with sigma rotors at 160 ° C at 40 rpm for 8 min. The composite obtained (C5) is profiled on a roller, pressed into plates, from which specimens for mechanical tensile tests are stamped (Table 1).

Exemplul 10Example 10

O cantitate de 5,50 g nanofibre celulozice sub formă pulverulentă, uscată, obținute conform exemplului 1, se amestecă cu 269,50 g PHB pulbere într-un amestecator rotativ timp de 20 min la temperatura camerei și apoi într-un extruder dublu șnec cu L/D = 20 la o temperatură variind între 140 și 170°C de la alimentare în capul de extrudere, firele obținute fiind granulate și rezultând granule de material compozit. Materialul compozit obținut nu prezintă semne de degradare.A quantity of 5.50 g of cellulose nanofibers in powdered, dry form, obtained according to Example 1, is mixed with 269.50 g PHB powder in a rotary mixer for 20 min at room temperature and then in a double screw extruder with L / D = 20 at a temperature varying between 140 and 170 ° C from the feed in the extrusion head, the obtained wires being granulated and resulting granules of composite material. The composite material obtained shows no signs of degradation.

Tabelul 1Table 1

Compozit Composite Rezistența maximă la tracțiune MPa Maximum tensile strength MPa Modulul de elasticitate la tracțiune MPa Tensile modulus of traction MPa M1 M1 264 264 2301 2301 C1 C1 281 281 2538 2538 C2 C2 29,9 29.9 2715 2715 C3 3 258 258 2638 2638 M2 M2 22,8 22.8 1560 1560 C4 4 239 239 1758 1758 C5 C5 245 245 1651 1651

Claims (3)

1. Nanocompozit pe bază de polihidroxialcanoați și celuloză bacteriană, caracterizat 3 prin aceea că, este constituit din 0,2 până la 20 părți nanofibre de celuloză bacteriană, până la 20 părți plastifiant și 60 până la 99,8 părți polihidroxialcanoat, care poate fi poli-(3- 5 hidroxibutirat) sau poli(3-hidroxibutirat-co-3-hidroxivalerat).1. Nanocomposite based on polyhydroxyalkanoates and bacterial cellulose, characterized in that it consists of 0.2 to 20 parts nanofibers of bacterial cellulose, up to 20 parts plasticizer and 60 to 99.8 parts polyhydroxyalkanoate, which can be poly- (3- 5 hydroxybutyrate) or poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate). 2. Procedeu de obținere a nanocompozitului polimeric conform revendicării 1, 7 caracterizat prin aceea că, acesta constă în amestecarea componentelor fie într-un malaxor cu rotori sigma, cu rotire în contrasens, la o viteză cuprinsă între 20 și 60 min1, timp 9 de 3 până la 15 min, la o temperatură cuprinsă între 140 și 200°C, în funcție de polihidroxialcanoat și cantitatea de plastifiant, materialul rezultat fiind profilat pe valț și în 11 final, mărunții într-o moară cu cuțite rotative, fie într-un amestecător rotativ timp de 10 până la 30 min la o temperatură cuprinsă între 20 și 35°C, urmată de extrudare pe un extruder cu 13 dublu-șnec cu L/D 20-30, la o temperatură variind între 140 și 200°C în funcție de tipul de polihidroxialcanoat și cantitatea de plastifiant, materialul rezultat fiind în final granulat. 15Process for obtaining the polymeric nanocomposite according to claim 1, 7, characterized in that it consists in mixing the components either in a sigma rotor mixer, with rotation in the opposite direction, at a speed of between 20 and 60 min 1 , time 9 3 to 15 min, at a temperature between 140 and 200 ° C, depending on the polyhydroxyalkanoate and the amount of plasticizer, the resulting material being profiled on a roller and in the final 11, the grains in a mill with rotating knives, either in a rotary mixer for 10 to 30 minutes at a temperature between 20 and 35 ° C, followed by extrusion on a 13-screw twin-screw extruder with L / D 20-30, at a temperature ranging from 140 to 200 ° C depending on the type of polyhydroxyalkanoate and the amount of plasticizer, the resulting material being finally granulated. 15 3. Procedeu de obținere a nanocompozitului polimeric conform revendicării 2, caracterizat prin aceea că, nanofibrele de celuloză bacteriană în formă pulverulentă uscată 17 se obțin prin defibrilarea peliculelor umede de celuloză bacteriană, într-o cantitate de maximum 20% raportat la pelicula udă, într-un blender de mare putere timp de 15.. .60 min, 19 suspensia de celuloză defibrilată fiind ulterior trecută printr-o moară coloidală, într-un număr de până la 5 treceri, apoi liofilizată și măcinată folosind o moară centrifugală la o viteză de 21 minimum 5000 min'1.Process for obtaining the polymeric nanocomposite according to claim 2, characterized in that the bacterial cellulose nanofibers in dry powder form 17 are obtained by defibrillating the wet bacterial cellulose films in an amount of maximum 20% relative to the wet film, in -a high power blender for 15 .. .60 min, 19 the defibrillated cellulose suspension being subsequently passed through a colloidal mill, in a number of up to 5 passes, then lyophilized and ground using a centrifugal mill at a speed of 21 minimum 5000 min ' 1 .
RO201500861A 2015-11-18 2015-11-18 Composition and process for preparing nanocomposites from polyhydroxyalkanoates and bacterial cellulose nanofibres RO131882B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO201500861A RO131882B1 (en) 2015-11-18 2015-11-18 Composition and process for preparing nanocomposites from polyhydroxyalkanoates and bacterial cellulose nanofibres

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RO201500861A RO131882B1 (en) 2015-11-18 2015-11-18 Composition and process for preparing nanocomposites from polyhydroxyalkanoates and bacterial cellulose nanofibres

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RO131882A2 RO131882A2 (en) 2017-05-30
RO131882B1 true RO131882B1 (en) 2021-04-29

Family

ID=58746744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RO201500861A RO131882B1 (en) 2015-11-18 2015-11-18 Composition and process for preparing nanocomposites from polyhydroxyalkanoates and bacterial cellulose nanofibres

Country Status (1)

Country Link
RO (1) RO131882B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110844939B (en) * 2019-11-12 2022-03-01 杭州电子科技大学 Molybdenum sulfide carbon nanosphere carbon nanofiber composite electrode material and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
RO131882A2 (en) 2017-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ferreira et al. How do cellulose nanocrystals affect the overall properties of biodegradable polymer nanocomposites: A comprehensive review
Wei et al. Performance of high lignin content cellulose nanocrystals in poly (lactic acid)
Vinod et al. Renewable and sustainable biobased materials: An assessment on biofibers, biofilms, biopolymers and biocomposites
Muiruri et al. Highly biodegradable and tough polylactic acid–cellulose nanocrystal composite
Joseph et al. Cellulose nanocomposites: Fabrication and biomedical applications
Li et al. Natural biodegradable poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) nanocomposites with multifunctional cellulose nanocrystals/graphene oxide hybrids for high-performance food packaging
El Achaby et al. Processing and properties of eco-friendly bio-nanocomposite films filled with cellulose nanocrystals from sugarcane bagasse
Scaffaro et al. Polysaccharide nanocrystals as fillers for PLA based nanocomposites
Nakayama et al. Biodegradable composites developed from PBAT/PLA binary blends and silk powder: compatibilization and performance evaluation
Mohamed et al. A review on the recent research of polycaprolactone (PCL)
Panaitescu et al. Nanostructured biocomposites from aliphatic polyesters and bacterial cellulose
He et al. Uniaxially aligned electrospun all-cellulose nanocomposite nanofibers reinforced with cellulose nanocrystals: scaffold for tissue engineering
Mincea et al. Preparation, modification, and applications of chitin nanowhiskers: a review
Shi et al. Mechanical properties and in vitro degradation of electrospun bio-nanocomposite mats from PLA and cellulose nanocrystals
Dai et al. Enhanced performances of polyvinyl alcohol films by introducing tannic acid and pineapple peel-derived cellulose nanocrystals
Kumar et al. Blends and composites of polyhydroxyalkanoates (PHAs) and their applications
Wang et al. Thermal, mechanical, and degradation properties of nanocomposites prepared using lignin-cellulose nanofibers and poly (lactic acid)
Yang et al. Thermomechanical, antioxidant and moisture behaviour of PVA films in presence of citric acid esterified cellulose nanocrystals
Rahman et al. Preparation and characterization of jute cellulose crystals-reinforced poly (l-lactic acid) biocomposite for biomedical applications
Orasugh et al. Nanofiber-reinforced biocomposites
dos Santos Rosa et al. Biocomposites: Influence of matrix nature and additives on the properties and biodegradation behaviour
Ten et al. Mechanical performance of polyhydroxyalkanoate (PHA)-based biocomposites
Saba et al. An overview on polylactic acid, its cellulosic composites and applications
Bezerra et al. Processing and properties of PCL/cotton linter compounds
Adeosun et al. Mechanical and Microstructural Characteristics of Rice Husk Reinforced Polylactide Nano Composite.