Fibra natural
Uso industrialEditar
De valor industrial são quatro fibras animais, lã, seda, pêlo de camelo e angorá, assim como quatro fibras vegetais, algodão, linho, cânhamo e juta. Dominante em termos de escala de produção e uso é o algodão para têxteis.
Compostos de fibras naturaisEdit
Fibras naturais também são usadas em materiais compostos, muito parecidos com fibras sintéticas ou de vidro. Estes compósitos, chamados biocompósitos, são uma fibra natural em uma matriz de polímeros sintéticos. Um dos primeiros plásticos reforçados com biofibras em uso foi uma fibra de celulose em fenólica, em 1908. O uso inclui aplicações onde a absorção de energia é importante, tais como isolamento, painéis de absorção de ruído, ou áreas colapsáveis em automóveis.
Fibras naturais podem ter diferentes vantagens sobre as fibras sintéticas de reforço. São, sobretudo, biodegradáveis e renováveis. Além disso, frequentemente têm densidades baixas e custos de processamento mais baixos do que os materiais sintéticos. Os problemas de design com compósitos reforçados com fibras naturais incluem baixa resistência (as fibras naturais não são tão fortes quanto as fibras de vidro) e dificuldade em realmente unir as fibras e a matriz. As matrizes de polímeros hidrofóbicos oferecem adesão insuficiente para fibras hidrofílicas.
NanocompósitosEditar
Nanocompósitos são desejáveis pelas suas propriedades mecânicas. Quando as cargas de um compósito estão na escala de comprimento do nanômetro, a relação superfície/volume do material de carga é alta, o que influencia mais as propriedades de massa do compósito em comparação com os compósitos tradicionais. As propriedades destes elementos nanosized são marcadamente diferentes das do seu constituinte a granel.
Em relação às fibras naturais, alguns dos melhores exemplos de nanocompósitos aparecem na biologia. Osso, concha de abalone, nácar e esmalte dentário são todos nanocompósitos. A partir de 2010, a maioria dos nanocompósitos de polímeros sintéticos apresenta uma tenacidade e propriedades mecânicas inferiores às dos nanocompósitos biológicos. Existem nanocompósitos totalmente sintéticos, mas os biopolímeros nanosized também estão sendo testados em matrizes sintéticas. Vários tipos de fibras nanocompósitas à base de proteínas estão sendo usadas em nanocompósitos. Estes incluem colágeno, celulose, quitina e tunicano. Estas proteínas estruturais devem ser processadas antes do uso em compósitos.
Para usar a celulose como exemplo, as microfibrilas semicristalinas são tosquiadas na região amorfa, resultando em celulose microcristalina (CCM). Estas pequenas fibrilas de celulose cristalina são neste ponto reclassificadas como um bigode e podem ter de 2 a 20 nm de diâmetro com formas que vão desde esféricas a cilíndricas. Os bigodes de colagénio, quitina e celulose têm sido utilizados para a produção de nanocompósitos biológicos. A matriz destes compósitos são comumente polímeros sintéticos hidrofóbicos como polietileno, e cloreto de polivinil e copolímeros de poliestireno e poliacrilato.
Tradicionalmente na ciência dos compósitos é necessária uma forte interface entre a matriz e o filler para se obter propriedades mecânicas favoráveis. Se este não for o caso, as fases tendem a se separar ao longo da interface fraca e faz com que as propriedades mecânicas sejam muito pobres. Em um compósito de CCM, no entanto, este não é o caso, se a interação entre o filler e a matriz for mais forte do que a interação filler-filler, a resistência mecânica do compósito é notavelmente reduzida.
Dificuldades nos nanocompósitos de fibras naturais surgem da dispersibilidade e da tendência de agregação de pequenas fibras na matriz. Devido à alta relação superfície/volume, as fibras têm tendência a agregar, mais do que nos compósitos em microescala. Além disso, o processamento secundário de fontes de colágeno para obter microfibrilas de colágeno de pureza suficiente adiciona um grau de custo e desafio à criação de uma celulose de suporte de carga ou outro nanocomposto à base de enchimento.
Biomaterial e biocompatibilidadeEditar
Fibras naturais muitas vezes se mostram promissoras como biomateriais em aplicações médicas. A quitina é notável em particular e tem sido incorporada em uma variedade de usos. Materiais à base de quitina também têm sido usados para remover poluentes industriais da água, processados em fibras e filmes, e usados como biossensores na indústria alimentícia. A quitina também tem sido utilizada em várias aplicações médicas. Tem sido incorporada como material de enchimento ósseo para regeneração de tecidos, como excipiente e transportador de drogas, e como agente antitumoral. A inserção de materiais estranhos no corpo muitas vezes desencadeia uma resposta imunológica, que pode ter uma variedade de resultados positivos ou negativos, dependendo da resposta do corpo ao material. O implante de algo feito de proteínas sintetizadas naturalmente, como um implante à base de queratina, tem o potencial de ser reconhecido como tecido natural pelo organismo. Isto pode levar ou à integração em casos raros onde a estrutura do implante promove o crescimento de tecido com o implante formando uma superestrutura ou degradação do implante em que as espinhas dorsais das proteínas são reconhecidas para clivagem pelo corpo.