Fibra natural
Uso industrialEditar
De valor industrial son cuatro fibras animales, lana, seda, pelo de camello y angora, así como cuatro fibras vegetales, algodón, lino, cáñamo y yute. El algodón es el material textil dominante en términos de escala de producción y uso.
Compuestos de fibras naturalesEditar
Las fibras naturales también se utilizan en materiales compuestos, al igual que las fibras sintéticas o de vidrio. Estos materiales compuestos, llamados biocomposites, son una fibra natural en una matriz de polímeros sintéticos. Uno de los primeros plásticos reforzados con biofibras que se utilizó fue una fibra de celulosa en fenólicos en 1908. Su uso incluye aplicaciones en las que la absorción de energía es importante, como el aislamiento, los paneles que absorben el ruido o las zonas colapsables en los automóviles.
Las fibras naturales pueden tener diferentes ventajas sobre las fibras sintéticas de refuerzo. La más notable es que son biodegradables y renovables. Además, suelen tener bajas densidades y menores costes de procesamiento que los materiales sintéticos. Los problemas de diseño de los materiales compuestos reforzados con fibras naturales son, entre otros, la escasa resistencia (las fibras naturales no son tan fuertes como las de vidrio) y la dificultad para unir realmente las fibras y la matriz. Las matrices poliméricas hidrofóbicas ofrecen una adhesión insuficiente para las fibras hidrofílicas.
NanocompuestosEditar
Los nanocomposites son deseables por sus propiedades mecánicas. Cuando los rellenos de un composite se encuentran en la escala de longitudes nanométricas, la relación superficie/volumen del material de relleno es alta, lo que influye más en las propiedades del volumen del composite en comparación con los composites tradicionales. Las propiedades de estos elementos de tamaño nanométrico son notablemente diferentes a las de su componente a granel.
En cuanto a las fibras naturales, algunos de los mejores ejemplos de nanocompuestos aparecen en la biología. El hueso, la concha de abulón, el nácar y el esmalte dental son todos nanocompuestos. Desde 2010, la mayoría de los nanocompuestos de polímeros sintéticos presentan una tenacidad y unas propiedades mecánicas inferiores a las de los nanocompuestos biológicos. Aunque existen nanocompuestos completamente sintéticos, también se están probando biopolímeros de tamaño nanométrico en matrices sintéticas. En los nanocompuestos se están utilizando varios tipos de fibras nanoscópicas basadas en proteínas. Entre ellas se encuentran el colágeno, la celulosa, la quitina y el tunican. Estas proteínas estructurales deben ser procesadas antes de su uso en los composites.
Para utilizar la celulosa como ejemplo, las microfibrillas semicristalinas se cizallan en la región amorfa, dando lugar a la celulosa microcristalina (MCC). Estas pequeñas fibrillas de celulosa cristalina se reclasifican en estos puntos como bigotes y pueden tener de 2 a 20 nm de diámetro con formas que van de esféricas a cilíndricas. Los bigotes de colágeno, quitina y celulosa se han utilizado para hacer nanocompuestos biológicos. La matriz de estos composites son comúnmente polímeros sintéticos hidrofóbicos como el polietileno y el cloruro de polivinilo y copolímeros de poliestireno y poliacrilato.
Tradicionalmente en la ciencia de los composites se requiere una fuerte interfaz entre la matriz y el relleno para lograr propiedades mecánicas favorables. Si este no es el caso, las fases tienden a separarse a lo largo de la interfaz débil y hace que las propiedades mecánicas sean muy pobres. Sin embargo, en un compuesto MCC esto no es así, si la interacción entre el relleno y la matriz es más fuerte que la interacción relleno-relleno, la resistencia mecánica del compuesto disminuye notablemente.
Las dificultades en los nanocompuestos de fibra natural surgen de la dispersión y la tendencia de las fibras pequeñas a agregarse en la matriz. Debido a la elevada relación superficie/volumen, las fibras tienen tendencia a agregarse, más que en los composites a microescala. Además, el procesamiento secundario de las fuentes de colágeno para obtener microfibrillas de colágeno de suficiente pureza añade un grado de coste y desafío a la creación de un nanocompuesto basado en celulosa u otro relleno.
Biomaterial y biocompatibilidadEditar
Las fibras naturales suelen ser prometedoras como biomateriales en aplicaciones médicas. La quitina es notable en particular y ha sido incorporada en una variedad de usos. Los materiales basados en la quitina también se han utilizado para eliminar contaminantes industriales del agua, se han procesado en fibras y películas y se han utilizado como biosensores en la industria alimentaria. La quitina también se ha utilizado en varias aplicaciones médicas. Se ha incorporado como material de relleno óseo para la regeneración de tejidos, como portador y excipiente de medicamentos y como agente antitumoral. La inserción de materiales extraños en el cuerpo suele desencadenar una respuesta inmunitaria, que puede tener diversos resultados positivos o negativos en función de la respuesta del organismo al material. Implantar algo hecho de proteínas sintetizadas naturalmente, como un implante basado en queratina, tiene el potencial de ser reconocido como tejido natural por el cuerpo. Esto puede conducir a la integración en casos raros en los que la estructura del implante promueve el recrecimiento del tejido con el implante formando una superestructura o la degradación del implante en el que las espinas dorsales de las proteínas son reconocidas para la escisión por el cuerpo.