POLYMERIC BIONANOCOMPOSITES BASED ON MONTMORILLONITE – MATERIALS IN CONTINUOUS INTEREST

França, Denise B.; Alcântara, Ana C. S.; Silva-Filho, Edson C.; Fonseca, Maria G.

doi:10.21577/0100-4042.20170602

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Artigo • Quím. Nova 43 (10) • Dec 2020 • https://doi.org/10.21577/0100-4042.20170602 copy

POLYMERIC BIONANOCOMPOSITES BASED ON MONTMORILLONITE – MATERIALS IN CONTINUOUS INTEREST

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Polymeric bionanocomposites are versatile materials that have many practical applications. The wide use of these materials is mainly due to their structure and properties, which combine at nanometric scale, the functionality of biopolymers with the excellent stability of inorganic solids, such as the clay minerals family. Montmorillonite is the most widely employed clay mineral in the development of polymeric bionanocomposites. The resulting materials from the combination of biopolymers and montmorillonite clay can form different structures (layered, delaminated, and exfoliated phases) and morphologies (powder, films or beads), exhibiting new features and better chemical, mechanical, thermal, and gas barrier properties compared to the pristine matrices, owing to the synergistic effect between both organic and inorganic moieties. In this sense, this review addresses polymeric bionanocomposites originating from the interaction between montmorillonite and chitosan and cellulose biopolymers. The synthesis, characteristics, and main applications of polymeric bionanocomposites have been reported, and in some cases, the relationship between the formed structures and final properties of bionanocomposites is also highlighted.

Keywords:
bionanocomposite; clay minerals; montmorillonite; chitosan; cellulose

Amostra	Argila^a a Ca, Na-Mt e Na-Mt: Mt bruta e saturada com íons sódio;	Solução de CS^b b LC: CS de massa molar baixa (50,000-190,000 g mol-1); MC: CS de massa molar média (190,000‑310,000 g mol-1);	α^c c Percentual de protonação teórico dos grupos amino; (%)	T (ºC)	β^d d Percentual de CS adsorvida em relação CTC da Mt (76,4 cmol (+) kg-1) considerando todos os grupos -NH2 como protonados. (%)
1	Ca, Na-Mt	LC + CH₃COOH (30 mmol) + NaOH (30 mmol)	1000	25	47
2	Ca, Na-Mt	LC + CH₃COOH (30 mmol) + NaOH (30 mmol)	1000	60	48
3	Ca, Na-Mt	MC + CH₃COOH (30 mmol) + NaOH (30 mmol)	1000	25	42
4	Ca, Na-Mt	LC + CH₃COOH (3 mmol)	100	25	76
5	Na-Mt	LC + CH₃COOH (3 mmol)	100	25	106
6	Ca, Na-Mt	LC + HCl (0,3 mmol)	10	25	478
7	Ca, Na-Mt	CH₃COOH (30 mmol) + NaOH (30 mmol)	-	25	-
8	Ca, Na-Mt	CH₃COOH (3 mmol)	-	25	-
9	Ca, Na-Mt	HCl (0,3 mmol)	-	25	-

Argila	CTC (cmol(+) kg^-1)	GD (%)	MM_CS ^a a Massa molar da CS alta (342 500 g mol-1), média (190 000-310 000 g mol-1) e baixa (50 000-190 000 g mol-1). (g mol^-1)	t (h)	q_CS (cmol kg^-1)	d₀₀₁ (nm)	Referência
Na-Mt	76,4	75,0	alta	48	180,8	2,09	Darder et al.⁴⁶46 Darder, M.; Colilla, M.; Ruiz-Hitzky, E.; Chem. Mater . 2003, 15, 3774. ^, ⁷⁸78 Darder, M.; Colilla, M.; Ruiz-Hitzky, E.; Appl. Clay Sci . 2005, 28, 199.
Na-Mt					81,0
Ca,Na-Mt	82,0	74,0	alta	48	169,0	2,35 e 1,52	An e Dultz ¹³¹131 An, J. H.; Dultz, S. Appl. Clay Sci . 2007, 36, 256.
Na-Mt	100	82,5	baixa	24	102,4	2,21 e 1,36	Monvisade e Siriphannon ¹³⁵135 Monvisade, P.; Siriphannon, P.; Appl. Clay Sci . 2009, 42, 427.
Ca,Na-Mt	76,4	80,0	baixa	24	58,0	1,50	Celis et al .⁷⁷77 Celis, R.; Adelino, M. A.; Hermosín, M. C.; Cornejo, J.; J. Hazard. Mater . 2012, 209- 210, 67.
Na-Mt					81,0	1,50
Na-Mt	100	80,0	baixa	48		2,22	Joshi et al.¹³⁶136 Joshi, G. V.; Kevadiya, B. D.; Mody, H. M.; Bajaj, H. C.; J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem . 2012, 50, 423.
			média		113,6	1,80
	86,5	80,0	média	48	104,3	1,54	Bensalem et al. ⁶⁸68 Bensalem, S.; Hamdi, B.; Del Confetto, S.; Iguer-Ouada, M.; Chamayou, A.; Balard, H.; Calvet, R.; Colloids Surf., A 2017, 516, 336.
Mt	90	86,0	alta	6,0	-	1,42	Li et al. ⁴⁵45 Li, J.; Cai, J.; Zhong, L.; Cheng, H.; Wang, H.; Ma, Q.; Appl. Clay Sci . 2019, 167, 9.
Mt_(SAz-1)	129,3	>75,0	alta	48	~ 155,0	1,89 e 1,63	Koutsopoulou et al. ⁷⁶76 Koutsopoulou, E.; Koutselas, I.; Christidis, G. E.; Papagiannopoulos, A.; Appl. Clay Sci . 2020, 190, 105583.
Mt_(SWy-2)	75,9				~ 91,1	2,12

Forma física	Espécie ativa	Metodologia	Aplicação	Referência
Hidrogel	Vitamina B₁₂	in situ	Sistema de liberação	Liu et al. ¹⁴⁹149 Liu, K. H.; Liu, T. Y.; Chen, S. Y.; Liu, D. M.; Acta Biomater. 2008, 4, 1038.
Pó	Ácido 5-aminosalisílico	ex situ		Aguzzi et al. ¹⁵⁰150 Aguzzi, C.; Capra, P.; Bonferoni, C.; Cerezo, P.; Salcedo, I.; Sánchez, R.; Caramella, C.; Viseras, C.; Appl. Clay Sci . 2010, 50, 106.
Hidrogel	Ofloxacina	in situ		Hua et al. ¹³²132 Hua, S.; Yang, H.; Wang, W.; Wang, A.; Appl. Clay Sci . 2010, 50, 112.
Pó	Cloridrato de doxorrubicina	in situ		Yuan et al. ¹⁵¹151 Yuan, Q.; Shah, J.; Hein, S.; Misra, R. D. K.; Acta Biomater . 2010, 6, 1140.
Pó	5-fluorouracil	in situ		Kevadiya et al. ¹⁵²152 Kevadiya, B. D.; Patel, T. A.; Jhala, D. D.; Thumbar, R. P.; Brahmbhatt, H.; Pandya, M. P.; Rajkumar, S.; Jena, P. K.; Joshi, G. V.; Gadhia, P. K.; Tripathi, C. B.; Bajaj, H. C.; Eur. J. Pharm. Biopharm. 2012, 81, 91.
Pó	Quinina	ex situ		Joshi et al. ¹³⁶136 Joshi, G. V.; Kevadiya, B. D.; Mody, H. M.; Bajaj, H. C.; J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem . 2012, 50, 423.
Pó	Cloridrato de oxitetraciclina	ex situ	Sistema de liberação/Avaliação da biodisponibilidade oral do fármaco	Salcedo et al. ¹¹⁵115 Salcedo, I.; Sandri, G.; Aguzzi, C.; Bonferoni, C.; Cerezo, P.; Sánchez-Espejo, R.; Viseras, C.; Colloids Surf., B 2014, 117, 441.
Pó	Diclofenaco de sódio	in situ	Sistema de liberação/Atividade antibacteriana	Kevadiya et al. ¹⁵³153 Kevadiya, B. D.; Rajkumar, S.; Bajaj, H. C. Biocybern. Biomed. Eng. 2015, 35, 120.
Pó	Digluconato de clorexidina	ex situ		Onnainty et al. ⁹⁴94 Onnainty, R.; Onida, B.; Páez, P.; Longhi, M.; Barresi, A.; Granero, G.; Int. J. Pharm. (Amsterdam, Neth.) 2016, 509, 408.
Pó	Sulfadiazina de prata	in situ	Curativos para tratamento de feridas cutâneas/Atividade antibacteriana	Sandri et al. ⁹²92 Sandri, G.; Bonferoni, M. C.; Ferrari, F.; Rossi, S.; Aguzzi, C.; Mori, M.; Grisoli, P.; Cerezo, P.; Tenci, M.; Viseras, C.; Caramella, C.; Carbohydr. Polym . 2014, 102, 970.
Filme	Diacetato de clorexidina	in situ	Atividades antimicrobiana e antibiofilme	Ambrogi et al. ⁹¹91 Ambrogi, V.; Pietrella, D.; Nocchetti, M.; Casagrande, S.; Moretti, V.; Marco, S.; Ricci, M.; J. Colloid Interface Sci. 2017, 491, 265.
Microesferas	Tanshinona IIA	ex situ	Sistema de liberação	Luo et al. ⁹⁵95 Luo, C.; Yang, Q.; Lin, X.; Qi, C.; Li, G.; Int. J. Biol. Macromol . 2019, 125, 721.

Bionanocompósito polimérico	Referência
Filmes celulose nanofibrilada/Mt	Medina et al. ¹⁵⁸158 Medina, L.; Nishiyama, Y.; Daicho, K.; Saito, T.; Yan, M.; Berglund, L. A.; Macromolecules 2019, 52, 3131.
Filmes de celulose nanofibrilada oxidada/Mt	Ming et al. ⁷⁰70 Ming, S.; Chen, G.; He, J.; Kuang, Y.; Liu, Y.; Tao, R.; Ning, H.; Zhu, P.; Liu, Y.; Fang, Z.; Langmuir 2017, 33, 8455.
Bioplásticos de celulose/Mt	Wang et al. ⁴³43 Wang, Q.; Guo, J.; Xu, D.; Cai, J.; Qiu, Y.; Ren, J.; Zhang, L.; Cellulose 2015, 22, 3799.
Filmes celulose nanofibrilada/Mt	Carosio et al. ⁷²72 Carosio, F.; Kochumalayil, J.; Torino, P.; Site, A.; Michel, V. T.; ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 5847.
Filmes carboximetilcelulose/Mt	Das et al. ¹⁹19 Das, P.; Schipmann, S.; Malho, J.; Zhu, B.; Klemradt, U.; Walther, A.; ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 3738. e Liu e Berglund¹⁶²162 Liu, A.; Berglund, L. A.; Eur. Polym. J. 2013, 49, 940.
Nanopapéis de celulose nanofibrilada/Mt	Liu et al. ¹⁶³163 Liu, A.; Walther, A.; Ikkala, O.; Belova, L.; Berglund, L. A.; Biomacromolecules 2011, 12, 633.

Sistema	Aplicação	Referência
CMC/OMt^a	Adsorção de vermelho congo	Wang e Wang¹⁷⁴174 Wang, M.; Wang, L.; Water Sci. Eng. 2013, 6, 272.
CMC/Mt/curcumina	Sistema de liberação de curcumina	Madusanka et al. ¹⁷⁵175 Madusanka, N.; Silva, K. M. N. N.; Amaratunga, G.; Carbohydr. Polym . 2015, 134, 695.
CMC/OMt^b	Adsorção de pesticidas (atrazina, imidaclopride e tiametoxam)	Narayanan et al. ¹⁷³173 Narayanan, N.; Gupta, S.; Gajbhiye, V. T.; Manjaiah, K. M.; Chemosphere 2017, 173, 502.
Esferas CMC/Mt-PPN reticuladas com cloreto férrico	Sistema de liberação de propranolol (PPN)	Farhadnejad et al. ⁶⁶66 Farhadnejad, H.; Mortazavi, S. A.; Erfan, M.; Darbasizadeh, B.; Motasadizadeh, H.; Fatahi, Y.; Int. J. Biol. Macromol . 2018, 111, 696.

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