Improvement in the dispersion of TiO2 particles inside Chitosan-Methyl cellulose films by the use of silane coupling agent

  • Enrique Delgado Alvarado Universidad Autónoma de San Luis Potosí
  • Mariana Gisela Peña Juárez Instituto Tecnológico de Orizaba
  • Cristina Perez Perez Instituto Tecnológico de Celaya
  • Elias Perez Universidad Autónoma de San Luis Potosí
  • Jose Amir Gonzalez CONACYT - Instituto de Física, Universidad Autónoma de San Luis Potosí
Keywords: Silanization, Chitosan, Biopolymers, Films, Materials.

Abstract

Abstract. This work is focused on obtaining composite films based on biopolymer of chitosan and on TiO2 superficially modified through a silanization method, using (3-aminopropyl)-trimethoxysilane (APTMS). This method helped solve specific problems of titanium dioxide, such as the formation of agglomerates, since modified films have a better dispersion. The inclusion of particles in the biopolymer films helped to improve color properties, obtaining luminescence results up to 20% higher than the unmodified particles, which indicates a better dispersion of particles. In addition, there were improvements in the electrostatic repulsion, studied as Z potential, with values of 10 mV for TiO2 and 27 mV for S-TiO2. Finally, better results were obtained in the mechanical properties of the silanized particles, with an improvement of around 28% in low percentages, rising the percentage by increasing S-TiO2.

Resumen. Este trabajo está enfocado en obtener películas compuestas basadas en el biopopolímero quitosan y en TiO2 modificado superficialmente mediante un método de silanización, utilizando (3-aminopropil) trimetoxisilano (APTMS). Este método ayudó a resolver problemas particulares del dióxido de titanio, como lo son la formación de aglomerados, ya que las películas modificadas tienen una mejor dispersión. La inclusión de partículas en las películas de biopolímeros ayudó a mejorar las propiedades de color, obteniendo resultados de luminiscencia hasta en un 20% mayor que las partículas no modificadas, lo cual es indicador de una mejor dispersión de partículas. También se tuvieron mejoras en la repulsión electrostática, estudiada como potencial Z, con valores desde 10 mV para TiO2 a 27 mV para S-TiO2. Finalmente, también se tuvieron mejores resultados en las propiedades mecánicas de las partículas silanizadas, con una mejora de alrededor del 28% a bajos porcentajes, incrementando valores al aumentar el porcentaje de S-TiO2.

 

Author Biography

Jose Amir Gonzalez, CONACYT - Instituto de Física, Universidad Autónoma de San Luis Potosí
Instituto de Física

References

Bucci, D.Z.; Tavares, L.B.B.; Sell I. Polym. Test. 2005, 24, 564-571 DOI: 10.1016/j.Polymertesting.2005.02.008.

Rhim, J.W.; Ng P.K.W. Crit.Rev.Food Sci.Nutr. 2007, 47, 411-33 DOI: 10.1080/10408390600846366.

Sudhakar, M.; Trishul A.; Doble M.; Jahan, K.S.; Inbakanda D.; Viduthalai, R.R., Umadevi, V.R.; Murthy, P.S.; Venkatesan, R Polym. Degrad. Stab. 2007, 92, 1743-1752 DOI: 10.1016/j.Polymdegradstab.2007.03.029.

Tang, X.Z.; Kumar, P.; Alavi, S.; Sandeep K.P. Crit. Rev. Food. Nutr. 2012, 52 426-442 DOI: 10.1080/10408398.2010.500508.

Lian, Z.; Zhang, Y.; Zhao Y. Innov. Food Sci. Emerg. Technol. 2016, 33, 145-153 DOI: 10.1016/j.ifset.2015.10.008.

Dang Q.F.; Zou, S.H.; Chen, X.G.; Liu, C.S.; Li, J.J. J. Appl. Polym. Sci. 2012, 125(S2), E88-E98 DOI: https://doi.org/10.1002/app.36681.

Ã, M.R. Prog. Polym. Sci. 2006, 31, 603-632 DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2006.06.001.

Zhang, W.; Chen, J.; Chen, Y.; Xia, W.; Xiong, Y.L.; Wang, H. Carbohydr. Polym. 2016, 138, 59-65 DOI: 10.1016/j.carbpol.2015.11.031.

Zhang, X.; Xiao, G.; Wang, Y.; Zhao Y.; Su, H.; Tan T. Carbohydr. Polym. 2017, 169, 101-107 DOI: 10.1016/j.carbpol.2017.03.073.

Tripathi, S.; Mehrotra, G.K., Dutta, P.K. Int. J. Biol. Macromol. 2009, 45, 372-376 DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2009.07.006.

Kim, K.M.; Son, J.H.; Kim, S.; Weller, C.L.; Hanna, M. J. Food Scince and Food Eng. Phys. Prop. 2006, 71, 119-124 DOI: 10.1111/j.1365-2621.2006.tb15624.x.

Caner, C.; Vergano, P.J., Wiles, J.L. J. Food Sci. 1998, 63, 1049-1053 DOI: 10.1111/j.1365-2621.1998.tb15852.x.

Rao, M.S.; Kanatt, S.R., Chawla, S.P.; Sharma, A. Carbohydr. Polym. 2010, 82, 1243-1247 DOI: 10.1016/j.carbpol.2010.06.058.

Pinotti, A.; García, M.A.; Martino, M.N.; Zaritzky, N.E. Food Hydrocolloids. 2007, 21, 66-72 DOI: 10.1016/j.foodhyd.2006.02.001.

Niroomand, F.; Khosravani, A.; Younesi H. Cellulose. 2016, 23, 1311-1324 DOI: 10.1007/s10570-016-0872-7.

Diebold, U. Appl. Surf. Sci. 2003, 48, 53-229 DOI: 10.1016/S0167-5729(02)00100-0.

Bonhôte, P.; Gogniat, E.; Grätzel, M.; Ashrit, P.V. Thin Solid Films. 1999, 350, 269-275 DOI: 10.1016/S0040-6090(99)00229-1.

Solis-Gomez, A.; Neira-Velazquez, M.G.; Morales, J.; Sanchez-Castillo, M.A.; Perez, E. Colloids Surf., A. 2014, 451, 66-74 DOI: 10.1016/j.colsurfa.2014.03.021.

Site, W. Pigment/Dispersant Interactions in Water-based Coatings. Surf. Coat. Int. 1997, 80, 414-420.

Kulkarni, S.A.; Ogale, S.B.; Vijayamohanan, K.P. J. Colloid Interface Sci. 2008, 318, 372-379 DOI: 10.1016/j.jcis.2007.11.012.

Han, X.; Wang, L.; Li, J.; Zhan, X.; Chen, J.; Yang, J. Appl. Surf. Sci. 2011, 257, 9525-9531. DOI: 10.1016/j.apsusc.2011.06.054.

Kulkarni, S.A.; Ogale, S.B.; Vijayamohan, K.P. J. Colloid Interface Sci. 2008, 372-379.

Sahin, S.; Sumnu, S.G. Propiedades fisicas de los alimentos. Editorial Acriba, S.A. España. 2006.

Wrolstad, R.E.; Smith D.E. Color analysis. Food analysis. Springer. EUA. 2010.

Bourlieu, C.; Guillard, V.; Valles-Pamies, B.; Guilbert, S. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2009, 474-499.

Chien-Hsien, C.; Lih-Shiuh, L. Food Hydrocolloids. 2008, 1584-1595.

Gordon, L.R. Food Packaging: Principles and Practice. Third Edition. Taylor & Francis Group. Boca Raton, FL; USA. 2013; pp 93-95.

Kulkarni, S.A.; Ogale, S.B.; Vijayamohanan, K.P. J. Colloid Interface Sci. 2008, 318, 372-379.

Wang, C.; Mao, H.; Wang, C.; Fu, S. Ind. Eng. Chem. Res. 2011, 11930-11934.

Verwey, E.J.W.; Overbeek, J.; Th. G. Theory of the stability of colloid. Elsevier publishing company, London. 1984.

Rao, M.S.; Kanatt, S.R.; Chawla, S.P.; Sharma, A. Carbohydr. Polym. 2010, 1243-1247.

Pinotti, A.; Garcia, M.A.; Martino, M.N.; Zaritzky, N.E. Food Hydrocolloids. 2007, 66-72.

Alvarado, J.D.; Almeida, A.; Arancibia, M.; Aparecida de Carvalho, R.; Sobrail, P.J.; Habitante, A.M.Q.B.; Monterrey-Quintero, E.S.; Sereno, A. Afinidad. 2007, 605-611.

Henrique, C.M.; Teofilo, R.F.; Sabino, L.; Ferreira, M.M.C.; Cereda, M.P. J. Food Sci. 2007, 184-189.

Kim, K.M.; Son, J.H.; Kim, Sung-Koo. J. Food Sci. 2006, 119-124.

Zamudio-Flores, B.; Ochoa-Reyes, E.; Ornelaz-Paz, J.J.; Tirado-Gallegos, J.M.; Bello-Pérez, L.A.; Rubio-Rios, A.; Cardenas-Felix. R.G. Agrociencia. 2015, 483-498.

Tripathi, S.; Mehrotra, G.K.; Dutta, P.K. Int. J. Biol. Macromol. 2009, 372-376

Casey, L.S.; Wilson, L.D. Journal of Geoscience and environment protection. 2015, 78-84.

El-Hefian, E.A; Elgannoudi, E.S; Mainal, A; Yamaya, A.H Turk. J. Chem. 2010, 47-46.

Zhu, H.-Y.; Fu, Y.-Q.; Jiang, R.; Yao, J.; Xiao, L.; Zeng. G.-M. Bioresour. Technol. 2012, 105, 24-30.

Hosseini, S.F.; Rezaei, M.; Zandi, M.; Farahmandghavi, F. J. Food Process Eng. 2015, 39, 521-529.

Khairul A.M. Polymers. 2012, 4, 590-599.

Published
06-12-2019