Přírodní vlákno
Průmyslové využitíUpravit
Průmyslovou hodnotu mají čtyři živočišná vlákna, vlna, hedvábí, velbloudí srst a angora, a také čtyři rostlinná vlákna, bavlna, len, konopí a juta. Dominantní z hlediska rozsahu výroby a použití je bavlna pro textil.
Kompozity z přírodních vlákenEdit
Přírodní vlákna se také používají v kompozitních materiálech, podobně jako syntetická nebo skleněná vlákna. Tyto kompozity, nazývané biokompozity, představují přírodní vlákno v matrici ze syntetických polymerů. Jedním z prvních používaných plastů vyztužených biologickými vlákny byla v roce 1908 celulózová vlákna ve fenolech. Využití zahrnuje aplikace, kde je důležitá absorpce energie, například izolace, panely pohlcující hluk nebo skládací plochy v automobilech.
Přírodní vlákna mohou mít oproti syntetickým výztužným vláknům různé výhody. Především jsou biologicky odbouratelná a obnovitelná. Kromě toho mají často nízkou hustotu a nižší náklady na zpracování než syntetické materiály. Mezi konstrukční problémy kompozitů vyztužených přírodními vlákny patří nízká pevnost (přírodní vlákna nejsou tak pevná jako skleněná) a potíže se skutečným spojením vláken a matrice. Hydrofobní polymerní matrice nenabízejí dostatečnou přilnavost pro hydrofilní vlákna.
NanokompozityEdit
Nanokompozity jsou žádoucí pro své mechanické vlastnosti. Pokud jsou plniva v kompozitu na nanometrové délkové škále, je poměr povrchu k objemu materiálu plniva vysoký, což více ovlivňuje objemové vlastnosti kompozitu ve srovnání s tradičními kompozity. Vlastnosti těchto nanorozměrných prvků se výrazně liší od vlastností jejich objemové složky.
Co se týče přírodních vláken, jedny z nejlepších příkladů nanokompozitů se objevují v biologii. Kost, skořápka abalona, perleť a zubní sklovina jsou nanokompozity. Od roku 2010 vykazuje většina syntetických polymerních nanokompozitů horší houževnatost a mechanické vlastnosti ve srovnání s biologickými nanokompozity. Zcela syntetické nanokompozity sice existují, nicméně v syntetických matricích se testují i nanopolymery. V nanokompozitech se používá několik typů nanorozměrných vláken na bázi proteinů. Patří mezi ně kolagen, celulóza, chitin a tunikan. Tyto strukturní bílkoviny musí být před použitím v kompozitech zpracovány.
Použijeme-li jako příklad celulózu, semikrystalické mikrofibrily se stříhají v amorfní oblasti, čímž vzniká mikrokrystalická celulóza (MCC). Tato malá krystalická celulózová vlákna jsou v těchto okamžicích překlasifikována na whiskery a mohou mít průměr 2 až 20 nm a tvar od kulovitého po válcovitý. Whiskery kolagenu, chitinu a celulózy se používají k výrobě biologických nanokompozitů. Matricí těchto kompozitů jsou běžně hydrofobní syntetické polymery, jako je polyethylen a polyvinylchlorid a kopolymery polystyrenu a polyakrylátu.
Tradičně se ve vědě o kompozitech k dosažení příznivých mechanických vlastností vyžaduje pevné rozhraní mezi matricí a plnivem. Pokud tomu tak není, mají fáze tendenci se oddělovat podél slabého rozhraní a vytváří velmi špatné mechanické vlastnosti. V kompozitu MCC to však neplatí, pokud je interakce mezi plnivem a matricí silnější než interakce mezi plnivem a plnivem, mechanická pevnost kompozitu se znatelně snižuje.
Problémy v nanokompozitech z přírodních vláken vyplývají z disperzity a tendence malých vláken k agregaci v matrici. Vzhledem k vysokému poměru povrchu k objemu mají vlákna tendenci agregovat, a to více než u kompozitů v mikroměřítku. Navíc sekundární zpracování kolagenových zdrojů za účelem získání dostatečně čistých kolagenových mikrovláken zvyšuje náklady a představuje určitou výzvu pro vytvoření nosného nanokompozitu na bázi celulózy nebo jiného plniva.
Biomateriál a biokompatibilitaEdit
Přírodní vlákna se často ukazují jako slibné biomateriály pro lékařské aplikace. Pozoruhodný je zejména chitin, který byl začleněn do různých způsobů použití. Materiály na bázi chitinu se také používají k odstraňování průmyslových škodlivin z vody, zpracovávají se na vlákna a filmy a používají se jako biosenzory v potravinářském průmyslu. Chitin byl také použit v několika lékařských aplikacích. Byl začleněn jako kostní výplňový materiál pro regeneraci tkání, nosič a pomocná látka pro léčiva a jako protinádorová látka. Vložení cizorodých materiálů do těla často vyvolává imunitní reakci, která může mít různé pozitivní nebo negativní důsledky v závislosti na reakci těla na materiál. Implantace něčeho, co je vyrobeno z přirozeně syntetizovaných proteinů, jako je implantát na bázi keratinu, má potenciál být tělem rozpoznán jako přirozená tkáň. To může vést buď k integraci ve vzácných případech, kdy struktura implantátu podporuje dorůstání tkáně s implantátem tvořícím nadstavbu, nebo k degradaci implantátu, kdy jsou páteře proteinů rozpoznány pro štěpení tělem.