Fibre naturelle
Utilisation industrielleEdit
D’une valeur industrielle, on trouve quatre fibres animales, la laine, la soie, le poil de chameau et l’angora, ainsi que quatre fibres végétales, le coton, le lin, le chanvre et le jute. Dominant en termes d’échelle de production et d’utilisation, le coton pour les textiles.
Modification des composites à base de fibres naturelles
Les fibres naturelles sont également utilisées dans les matériaux composites, un peu comme les fibres synthétiques ou de verre. Ces composites, appelés biocomposites, sont une fibre naturelle dans une matrice de polymères synthétiques. L’une des premières matières plastiques renforcées par des biofibres utilisées était une fibre de cellulose dans des phénoliques en 1908. L’utilisation comprend des applications où l’absorption d’énergie est importante, comme l’isolation, les panneaux d’absorption du bruit ou les zones rabattables dans les automobiles.
Les fibres naturelles peuvent présenter différents avantages par rapport aux fibres de renforcement synthétiques. Plus particulièrement, elles sont biodégradables et renouvelables. En outre, elles ont souvent de faibles densités et des coûts de traitement inférieurs à ceux des matériaux synthétiques. Les problèmes de conception des composites renforcés par des fibres naturelles comprennent une résistance médiocre (les fibres naturelles ne sont pas aussi solides que les fibres de verre) et la difficulté de lier réellement les fibres et la matrice. Les matrices polymères hydrophobes offrent une adhésion insuffisante aux fibres hydrophiles.
NanocompositesModifier
Les nanocomposites sont souhaitables pour leurs propriétés mécaniques. Lorsque les charges d’un composite sont à l’échelle du nanomètre, le rapport surface/volume du matériau de charge est élevé, ce qui influence davantage les propriétés de masse du composite par rapport aux composites traditionnels. Les propriétés de ces éléments nanométriques sont nettement différentes de celles de son constituant en vrac.
En ce qui concerne les fibres naturelles, certains des meilleurs exemples de nanocomposites apparaissent en biologie. L’os, la coquille d’ormeau, la nacre et l’émail des dents sont tous des nanocomposites. Depuis 2010, la plupart des nanocomposites polymères synthétiques présentent une ténacité et des propriétés mécaniques inférieures à celles des nanocomposites biologiques. Il existe des nanocomposites entièrement synthétiques, mais des biopolymères de taille nanométrique sont également testés dans des matrices synthétiques. Plusieurs types de fibres nanométriques à base de protéines sont utilisés dans les nanocomposites. Il s’agit notamment du collagène, de la cellulose, de la chitine et du tunican. Ces protéines structurelles doivent être traitées avant d’être utilisées dans les composites.
Pour utiliser la cellulose comme exemple, les microfibrilles semi-cristallines sont cisaillées dans la région amorphe, ce qui donne la cellulose microcristalline (MCC). Ces petites fibrilles de cellulose cristalline sont alors reclassées en tant que moustaches et peuvent avoir un diamètre de 2 à 20 nm avec des formes allant de sphériques à cylindriques. Les moustaches de collagène, de chitine et de cellulose ont toutes été utilisées pour fabriquer des nanocomposites biologiques. La matrice de ces composites sont généralement des polymères synthétiques hydrophobes tels que le polyéthylène, et le chlorure de polyvinyle et les copolymères de polystyrène et de polyacrylate.
Traditionnellement dans la science des composites, une interface forte entre la matrice et la charge est nécessaire pour obtenir des propriétés mécaniques favorables. Si ce n’est pas le cas, les phases ont tendance à se séparer le long de l’interface faible et fait pour des propriétés mécaniques très pauvres. Dans un composite MCC cependant, ce n’est pas le cas, si l’interaction entre la charge et la matrice est plus forte que l’interaction charge-charge, la résistance mécanique du composite est sensiblement diminuée.
Les difficultés des nanocomposites à base de fibres naturelles proviennent de la dispersité et de la tendance des petites fibres à s’agréger dans la matrice. En raison du rapport surface/volume élevé, les fibres ont tendance à s’agréger, davantage que dans les composites à micro-échelle. En outre, le traitement secondaire des sources de collagène pour obtenir des microfibrilles de collagène d’une pureté suffisante ajoute un degré de coût et de défi à la création d’un nanocomposite porteur à base de cellulose ou d’autres charges.
Biomatériau et biocompatibilitéModifier
Les fibres naturelles sont souvent prometteuses comme biomatériaux dans les applications médicales. La chitine est notable en particulier et a été incorporée dans une variété d’utilisations. Les matériaux à base de chitine ont également été utilisés pour éliminer les polluants industriels de l’eau, transformés en fibres et films, et utilisés comme biocapteurs dans l’industrie alimentaire. La chitine a également été utilisée dans plusieurs applications médicales. Elle a été incorporée comme matériau de remplissage osseux pour la régénération des tissus, comme support et excipient de médicaments et comme agent antitumoral. L’insertion de matériaux étrangers dans le corps déclenche souvent une réponse immunitaire, qui peut avoir une variété de résultats positifs ou négatifs selon la réponse du corps au matériau. L’implantation d’un matériau fabriqué à partir de protéines synthétisées naturellement, tel qu’un implant à base de kératine, a le potentiel d’être reconnu comme un tissu naturel par l’organisme. Cela peut conduire soit à une intégration dans de rares cas où la structure de l’implant favorise la repousse des tissus, l’implant formant une superstructure, soit à une dégradation de l’implant dans laquelle les squelettes des protéines sont reconnus pour être clivés par l’organisme.