Fibra naturale
Uso industrialeModifica
Di valore industriale sono quattro fibre animali, lana, seta, pelo di cammello e angora e quattro fibre vegetali, cotone, lino, canapa e iuta. Dominante in termini di scala di produzione e uso è il cotone per i tessuti.
Compositi di fibre naturaliModifica
Le fibre naturali sono anche usate in materiali compositi, proprio come le fibre sintetiche o di vetro. Questi compositi, chiamati biocompositi, sono una fibra naturale in una matrice di polimeri sintetici. Una delle prime plastiche rinforzate con biofibre in uso fu una fibra di cellulosa in fenoli nel 1908. L’uso include applicazioni in cui l’assorbimento di energia è importante, come l’isolamento, i pannelli fonoassorbenti o le aree collassabili nelle automobili.
Le fibre naturali possono avere diversi vantaggi rispetto alle fibre sintetiche di rinforzo. In particolare, sono biodegradabili e rinnovabili. Inoltre, spesso hanno basse densità e costi di lavorazione inferiori rispetto ai materiali sintetici. I problemi di progettazione dei compositi rinforzati con fibre naturali includono una scarsa resistenza (le fibre naturali non sono forti come le fibre di vetro) e la difficoltà di legare effettivamente le fibre alla matrice. Le matrici polimeriche idrofobiche offrono un’adesione insufficiente per le fibre idrofile.
NanocompositiModifica
I nanocompositi sono desiderabili per le loro proprietà meccaniche. Quando i riempitivi in un composito sono sulla scala di lunghezza nanometrica, il rapporto superficie/volume del materiale di riempimento è elevato, il che influenza maggiormente le proprietà di massa del composito rispetto ai compositi tradizionali. Le proprietà di questi elementi nanometrici sono marcatamente diverse da quelle dei loro costituenti di massa.
Per quanto riguarda le fibre naturali, alcuni dei migliori esempi di nanocompositi appaiono in biologia. L’osso, il guscio dell’abalone, la madreperla e lo smalto dei denti sono tutti nanocompositi. A partire dal 2010, la maggior parte dei nanocompositi polimerici sintetici mostrano una durezza e proprietà meccaniche inferiori rispetto ai nanocompositi biologici. Esistono nanocompositi completamente sintetici, ma si stanno testando anche biopolimeri nanometrici in matrici sintetiche. Diversi tipi di fibre nanometriche a base di proteine vengono utilizzate nei nanocompositi. Queste includono collagene, cellulosa, chitina e tunicano. Queste proteine strutturali devono essere elaborate prima dell’uso nei compositi.
Per usare la cellulosa come esempio, le microfibrille semicristalline sono tosate nella regione amorfa, ottenendo la cellulosa microcristallina (MCC). Queste piccole fibrille cristalline di cellulosa sono a questo punto riclassificate come baffi e possono avere un diametro da 2 a 20 nm con forme che vanno dalla sferica alla cilindrica. I baffi di collagene, chitina e cellulosa sono stati tutti usati per fare nanocompositi biologici. La matrice di questi compositi sono comunemente polimeri sintetici idrofobici come il polietilene, il cloruro di polivinile e i copolimeri di polistirene e poliacrilato.
Tradizionalmente nella scienza dei compositi è richiesta una forte interfaccia tra la matrice e il riempitivo per ottenere proprietà meccaniche favorevoli. Se questo non è il caso, le fasi tendono a separarsi lungo l’interfaccia debole e rende le proprietà meccaniche molto scarse. In un composito MCC tuttavia questo non è il caso, se l’interazione tra il filler e la matrice è più forte dell’interazione filler-filler, la forza meccanica del composito è notevolmente diminuita.
Le difficoltà nei nanocompositi in fibra naturale derivano dalla dispersione e dalla tendenza delle piccole fibre ad aggregarsi nella matrice. A causa dell’alto rapporto tra superficie e volume, le fibre hanno la tendenza ad aggregarsi, più che nei compositi su microscala. Inoltre, l’elaborazione secondaria delle fonti di collagene per ottenere microfibrille di collagene di purezza sufficiente aggiunge un certo grado di costo e di sfida alla creazione di un nanocomposito di cellulosa portante o di altro materiale di riempimento.
Biomaterial and biocompatibilityEdit
Le fibre naturali mostrano spesso promesse come biomateriali in applicazioni mediche. La chitina è notevole in particolare ed è stata incorporata in una varietà di usi. I materiali a base di chitina sono stati anche utilizzati per rimuovere gli inquinanti industriali dall’acqua, trasformati in fibre e film, e usati come biosensori nell’industria alimentare. La chitina è stata usata anche per diverse applicazioni mediche. È stata incorporata come materiale di riempimento osseo per la rigenerazione dei tessuti, come vettore ed eccipiente di farmaci e come agente antitumorale. L’inserimento di materiali estranei nel corpo spesso scatena una risposta immunitaria, che può avere una varietà di risultati positivi o negativi a seconda della risposta del corpo al materiale. L’impianto di qualcosa fatto di proteine sintetizzate naturalmente, come un impianto a base di cheratina, ha il potenziale per essere riconosciuto come tessuto naturale dal corpo. Questo può portare sia all’integrazione, in rari casi in cui la struttura dell’impianto promuove la ricrescita del tessuto con l’impianto che forma una sovrastruttura, sia alla degradazione dell’impianto in cui le ossa delle proteine sono riconosciute per essere scisse dal corpo.