Polímeros à Base de Fibras Naturais

Publicado por Materiais Júnior em outubro 18, 2022

Sabemos da imensidão do universo dos materiais poliméricos e a sua importância em diversas esferas na sociedade, de forma que se torna muito difícil conhecer profundamente cada uma de suas vertentes e as suas respectivas aplicações na sociedade. Porém, os resíduos dessa classe de material impacta diretamente no meio ambiente. Uma alternativa buscada por engenheiros e cientistas é a incorporação das fibras naturais aos polímeros.

O que são as fibras naturais?

De início, precisamos estabelecer uma diferença entre “polímeros naturais” e “polímeros com fibras naturais”. O primeiro termo, que pode ser substituído por “Biopolímeros”, refere-se à classe de materiais produzidos e incorporados em organismos vivos, como as proteínas (aminoácidos), açúcares (polissacarídeos), celulose, entre outros. O segundo termo, que também pode ser denominado como “Compósitos poliméricos com fibras naturais” , compromete-se em explicar a área dos  polímeros que foram produzidos a partir de compostos orgânicos naturais, como resíduos agrícolas, animais, minerais e, majoritariamente, compostos vegetais, os quais serão abordados com maior destaque neste texto devido à sua importância na sustentabilidade e na indústria.

As Fibras Vegetais, que podem ser obtidas através da madeira florestal, cascas de frutas, bagaços de cana-de-açúcar e plantas em geral , por exemplo, exercem um papel crucial em suprir eventuais carências de matérias primas e recursos para manufatura na cadeia produtiva, já que ela é obtida na forma de Celulose, um carboidrato muito presente nos vegetais que, devido à longa cadeia de glicose e oxigênios, tem fortes ligações secundárias (entre moléculas) importantes para aplicações industriais. Sendo assim, no Brasil, dada a intensa degradação de reservas naturais, seja por queimadas ou desmatamento, pode-se desenvolver mecanismos que utilizem esses resíduos na produção de Fibras Vegetais Naturais para serem incorporadas como modificadores de polímeros sintéticos termoplásticos.

Fibras naturais de celulose em flocos. Link

Apesar de parecer ambíguo o fato de Polímeros sustentáveis utilizarem compostos vegetais em sua composição, a obtenção das fibras celulósicas não ocorre por meio do desmatamento de biodiversidade, mas sim através da coleta de plantas residuais de práticas predatórias contra reservas naturais, de forma que a extração dessas fibras preserva a sustentabilidade do sistema que está sendo analisado.

Uma outra classe das fibras vegetais, além das celulósicas, é a das fibras “lignocelulósicas”, um composto encontrado em grande escala em cascas de árvores e de demais plantas terrestres na forma da macromolécula de lignina, que funciona como a base para impermeabilização, rigidez e resistência desses organismos. Por sua vez, na indústria, essas fibras podem não ser tão viáveis, porque o caráter higroscópico da lignina faz com que as fibras lignocelulósicas absorvam água através da umidade do ar, de tal maneira que a presença de água em dadas aplicações pode comprometer as propriedades mecânicas do produto final, bem como provocar a liberação de gases se forem aplicadas elevadas temperaturas no processo produtivo. Por outro lado, ainda há auxiliares de processamento que viabilizem o uso de fibras lignocelulósicas na indústria, tais como ceras poliméricas que introduzem certa polaridade no composto e dispersam essas fibras.

imagem em MEV de feixes de fibras lignocelulósicas refinadas: Link

Atualmente, peças poliméricas reforçadas com fibras naturais são muito requisitadas no mercado têxtil, automobilístico como parte do acabamento interno de veículos, devido à leveza, resistência e bom isolamento acústico, e também são utilizadas na absorção de metais pesados  no tratamento de resíduos industriais.

Quais as vantagens de se utilizar fibras vegetais em polímeros?

Além do caráter sustentável favorecido pela não biodegradabilidade, há diversos fatores que ressaltam o uso desses componentes, tais como:

• Fonte de matéria prima renovável e abundante, principalmente quando se pensa no território local;
• Notável versatilidade e abrangência para muitas necessidades industriais e tecnológicas, resultado da variabilidade de espécies vegetais no mundo e no Brasil;
• Polímeros à base dessas fibras e de matrizes biodegradáveis são menos danosos e agressivos ao meio ambiente, possibilitando que seu destino final seja em meios ecológicos, como em compostagens, por exemplo;
• Em termos econômicos, as fibras naturais ensejam uma nova fonte de renda para populações rurais, além de que o baixo custo, em comparação a outros recursos no mercado, favorece um fluxo comercial cada vez mais intenso e contínuo nesse setor; e
• Trazem características desejáveis para o mercado de materiais poliméricos, como a leveza e maleabilidade, oriundas da baixa densidade e alta deformabilidade, respectivamente.

Ademais, como grande destaque para esse ramo, a presença de fibras vegetais nos compósitos poliméricos é vista e estudada um pilar importante no processo de sequestro e fixação de compostos carbonatados, sendo que, em seu próprio processo de produção e incorporação, observa-se menores emissões de gás carbônico quando comparado a outros materiais de classes similares. 

E como produzir esses biopolímeros?

A princípio, é preciso esclarecer que há uma grande necessidade em adaptar técnicas de produção de materiais poliméricos já conhecidas para que seja possível incorporar fibras naturais em suas matrizes, que, como dito anteriormente, pode envolver a emissão de alguns voláteis a depender da fibra utilizada e requer certos cuidados especiais durante sua manufatura para que elas não sejam danificadas. Um dos processos mais adequados e consagrados para este fim é a Infusão, que tem elevada popularidade por ser um processo de baixo custo em instrumentação, seguro ambientalmente e envolve pouca interferência do operador, garantindo precisão e padronização do procedimento.

Esta técnica é fundamental para processos em que a fibra de vidro é substituída pela fibra natural em polímeros, de forma que o processamento de compósitos deva ser cautelosamente repensado, partindo da premissa de que diferem estruturalmente e quimicamente entre si e se relacionam de maneira diferente com a matriz. Assim, utiliza-se a Infusão à Vácuo, em que, em um molde fechado reforçado pela fibra desejada, há a injeção por ação do vácuo de um catalisador e da resina polimérica sob pressão, isto é, o ar no molde é retirado por pressão negativa para que o reforço seja impregnado com material polimérico, cujo processo esquemático está na figura abaixo. 

Esquema da execução da operação manual de laminação [adaptado Pires, 2012]. Link

• Utilizar resinas finas e de baixa viscosidade, de preferência líquidas;
• Materiais e tecidos permeáveis;
• Criar a maior diferença de pressão possível entre o molde e o meio externo;

cujas vantagens são:

• Produto final mais resistente, leve, relativamente barato e biodegradável, quando utilizadas as fibras naturais;
• Maior durabilidade nas peças fabricadas à vácuo;
• Redução da emissão de compostos orgânicos voláteis perigosos e poluentes à atmosfera, com destaque para o fato de que praticamente não há a exposição de resina ao ar.

Logo, a partir dessa técnica, é possível consolidar todo o planejamento em torno de polímeros biodegradáveis e revolucionar a indústria e o mercado dos materiais poliméricos, tanto no tocante às vantagens ecológicas quanto a aplicações versáteis e tecnológicas.