Fibre naturale
Utilizare industrialăEdit
De valoare industrială sunt patru fibre animale, lâna, mătasea, părul de cămilă și angora, precum și patru fibre vegetale, bumbacul, inul, cânepa și iuta. Dominant în ceea ce privește scara de producție și utilizare este bumbacul pentru textile.
Compozite din fibre naturaleEdit
Fibrele naturale sunt, de asemenea, utilizate în materialele compozite, la fel ca și fibrele sintetice sau de sticlă. Aceste materiale compozite, numite biocompozite, sunt formate dintr-o fibră naturală într-o matrice de polimeri sintetici. Unul dintre primele materiale plastice ranforsate cu biofibre în uz a fost o fibră de celuloză în fenolice în 1908. Utilizarea include aplicații în care absorbția de energie este importantă, cum ar fi izolația, panourile de absorbție a zgomotului sau zonele pliabile din automobile.
Fibrele naturale pot avea diferite avantaje față de fibrele de armare sintetice. Cel mai important este faptul că sunt biodegradabile și regenerabile. În plus, ele au adesea densități scăzute și costuri de prelucrare mai mici decât materialele sintetice. Problemele de proiectare a materialelor compozite ranforsate cu fibre naturale includ rezistența slabă (fibrele naturale nu sunt la fel de rezistente ca și fibrele de sticlă) și dificultatea de a lega efectiv fibrele și matricea. Matricile polimerice hidrofobe oferă o aderență insuficientă pentru fibrele hidrofile.
NanocompoziteEdit
Nanocompozitele sunt de dorit pentru proprietățile lor mecanice. Atunci când materialele de umplutură dintr-un compozit sunt la scara nanometrică, raportul dintre suprafața și volumul materialului de umplutură este ridicat, ceea ce influențează mai mult proprietățile aparente ale compozitului în comparație cu compozitele tradiționale. Proprietățile acestor elemente de dimensiuni nanometrice sunt net diferite de cele ale constituentului său în vrac.
În ceea ce privește fibrele naturale, unele dintre cele mai bune exemple de nanocompozite apar în biologie. Osul, cochilia de abalone, nacre și smalțul dentar sunt toate nanocompozite. Începând cu 2010, majoritatea nanocompozitelor polimerice sintetice prezintă o tenacitate și proprietăți mecanice inferioare în comparație cu nanocompozitele biologice. Există nanocompozite complet sintetice, însă biopolimerii nanometrici sunt, de asemenea, testați în matrici sintetice. Mai multe tipuri de fibre nanometrice pe bază de proteine sunt utilizate în nanocompozite. Printre acestea se numără colagenul, celuloza, chitina și tunicanul. Aceste proteine structurale trebuie prelucrate înainte de a fi utilizate în compozite.
Pentru a utiliza celuloza ca exemplu, microfibrilele semicristaline sunt forfecate în regiunea amorfă, rezultând celuloza microcristalină (MCC). Aceste fibrile mici, cristaline de celuloză sunt în aceste puncte reclasificate drept mustăți și pot avea un diametru cuprins între 2 și 20 nm, cu forme care variază de la sferice la cilindrice. Mustățile de colagen, chitină și celuloză au fost toate folosite pentru a realiza nanocompozite biologice. Matricea acestor compozite este în mod obișnuit formată din polimeri sintetici hidrofobi, cum ar fi polietilena și clorura de polivinil și copolimerii de polistiren și poliacrilat.
În mod tradițional, în știința compozitelor este necesară o interfață puternică între matrice și materialul de umplutură pentru a obține proprietăți mecanice favorabile. Dacă nu este cazul, fazele tind să se separe de-a lungul interfeței slabe și face ca proprietățile mecanice să fie foarte slabe. Cu toate acestea, într-un compozit MCC nu este cazul, dacă interacțiunea dintre umplutură și matrice este mai puternică decât interacțiunea dintre umplutură și umplutură, rezistența mecanică a compozitului este redusă în mod vizibil.
Dificultățile în nanocompozitele din fibre naturale apar din cauza dispersiei și a tendinței fibrelor mici de a se agrega în matrice. Din cauza raportului mare dintre suprafață și volum, fibrele au tendința de a se agrega, mai mult decât în compozitele la scară micro. În plus, prelucrarea secundară a surselor de colagen pentru a obține microfibrile de colagen de puritate suficientă adaugă un grad de cost și o provocare la crearea unui nanocompozit pe bază de celuloză sau de alte materiale de umplutură care să suporte sarcini.
Biomateriale și biocompatibilitateEdit
Fibrele naturale se arată adesea promițătoare ca biomateriale în aplicații medicale. Chitina este notabilă în special și a fost încorporată într-o varietate de utilizări. Materialele pe bază de chitină au fost, de asemenea, folosite pentru a elimina poluanții industriali din apă, prelucrate în fibre și filme și utilizate ca biosenzori în industria alimentară. Chitina a fost, de asemenea, utilizată mai multe de aplicații medicale. A fost încorporată ca material de umplere a oaselor pentru regenerarea țesuturilor, ca suport și excipient pentru medicamente și ca agent antitumoral. Inserarea de materiale străine în organism declanșează adesea un răspuns imunitar, care poate avea o varietate de rezultate pozitive sau negative, în funcție de răspunsul organismului la material. Implantarea a ceva realizat din proteine sintetizate în mod natural, cum ar fi un implant pe bază de cheratină, are potențialul de a fi recunoscut ca țesut natural de către organism. Acest lucru poate duce fie la integrare, în cazuri rare în care structura implantului favorizează regenerarea țesutului cu implantul formând o suprastructură, fie la degradarea implantului în care coloanele vertebrale ale proteinelor sunt recunoscute pentru a fi scindate de către organism.