Membranas nanoestructuradas de celulosa /quitosana reforzadas con nanotubos de carbono de pared múltiple

Abstract

As natural and biodegradable polymers, cellulose and chitosan show promise for various applications such as drug delivery and tissue engineering. However, their mechanical properties often fall short of required standards, limiting their potential uses. In contrast, materials like multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) exhibit exceptional mechanical reinforcement capabilities. This study focuses on the fabrication of composite membranes, designated as Cell/Ch/PVA/MWCNTs, which incorporate cellulose, chitosan, poly (vinyl alcohol) (PVA), and MWCNTs as reinforcing agents, utilizing the electrospinning technique. Using a recycled precursor, MWCNTs were synthesized via chemical vapor deposition (CVD). Before electrospinning, thorough dissolution and homogeneous mixing of all polymers and MWCNTs (at concentrations of 3% and 1%wt, respectively) were conducted under constant agitation. Characterization of the composites included molecular structure analysis using FTIR, nanofiber linearity and homogeneity assessment via SEM-EDS, and evaluation of hardness, electrical conductivity, and thickness. FTIR analysis affirmed the affinity potential of Cell/Ch/PVA/MWCNTs, revealing associations among functional groups such as CH2, CH3, -OH, and CO within the composite. Incorporating MWCNTs as reinforcement notably enhanced the hardness and morphology of Cell/Ch/PVA composite membranes. Furthermore, the mean fiber thickness of the composites significantly increased with MWCNTs incorporation, highlighting the potential of MWCNTs in bolstering the mechanical properties and structural integrity of cellulose-chitosan-based composite membranes.

La celulosa y el quitosano son biopolímeros naturales con potencial para diversas aplicaciones, como en la administración de fármacos y la ingeniería de tejidos. Sin embargo, sus propiedades mecánicas no suelen cumplir los estándares requeridos, lo que limita su aplicación. Por otro lado, los materiales como los nanotubos de carbono multipared (MWCNTs) presentan características únicas y han demostrado su potencial como refuerzo mecánico. Este estudio se centra en la fabricación de membranas compuestas, por celulosa, quitosana, poli (alcohol vinílico) (PVA) y MWCNTs Cell/Qt/PVA/MWCNTs, utilizando la técnica de electrohilado. Los MWCNTs se sintetizaron mediante deposición química de vapor (CVD) utilizando un precursor reciclado. Luego, se llevó a cabo una disolución y mezcla homogénea de los polímeros y los MWCNTs (en concentraciones del 3% y 1% p/p, respectivamente) bajo agitación constante. La caracterización de los compuestos incluyó el análisis de la estructura molecular mediante FTIR, la evaluación de la linealidad y homogeneidad de las nanofibras mediante MEB-EDS, y la evaluación de la dureza, la conductividad eléctrica y el grosor de las membranas obtenidas. El análisis FTIR afirmó el potencial de afinidad de Cell/Qt/PVA/MWCNTs, revelando interacciones entre grupos funcionales como CH2, CH3, -OH, y CO dentro del compósito. La incorporación de MWCNTs como refuerzo mejoró notablemente la dureza y morfología de las membranas compuestas Cell/Qt/PVA. Además, el grosor medio de las fibras de los materiales compuestos aumentó significativamente con la incorporación de los MWCNTs, destacando el potencial de los MWCNTs para reforzar mecánicamente y mejorar la integridad estructural de las membranas compuestas a base de celulosa y quitosana.