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COMUNICAÇÃO TÉCNICA ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Nº 175664
Aplicabilidade de fibras naturais vegetais na produção de materiais têxteis Rayana Santiago de Queiroz
Palestra apresentada na BELAS ARTES DESIGNS WEEK, 2018, São Paulo. Palestra... 33 slides.
A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. ___________________________________________________________________________________________________
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Aplicabilidade de fibras naturais vegetais na produção de materiais têxteis BADW RAYANA SANTIAGO DE QUEIROZ
FIBRAS NATURAIS Contexto histórico
Pri
mó
rdio
s d
a ci
viliz
ação
(7
00
0ac
)
Fibras eram obtidas exclusivamente de plantas e animais
(KOSLOWSKI; BARANIECKI; BARRIGA-BEDOYA, 2010)
Até
19
20
As fibras mais importantes no mundo eram a lã, seda, algodão e linho
(HALL et al, 1995)
19
50
– 1
98
0
Significativos avanços no desenvolvimento de fibras manufaturadas
(SHISHOO, 2012)
Crescimento demográfico e de consumo
Progressivo deslocamento do mercado de fibras naturais em função das manufaturadas
Últ
imo
s an
os
Fibras sintéticas lideram o mercado, predominando o poliéster
(TEXTILE EXCHANGE, 2016)
Figura 2 – Evolução do consumo mundial de fibras no setor de vestuário (mi tons) (Fonte: SHUI; PLASTINA, 2013)
Figura 3 – Consumo mundial de fibras têxteis em 2015 (Fonte: PCI WOOD MACKENZIE apud TEXTILE EXCHAGE, 2016)
FIBRAS NATURAIS Contexto atual
Cenário mundial
Aumento da preocupação com os aspectos socioambientais: redução deimpactos ambientais e responsabilidade social
Políticas internacionais de desenvolvimento: 2009 foi eleito o Ano Internacional das Fibras Naturais pela FAO
Pesquisa e desenvolvimento:
• matérias primas naturais, biodegradáveis e de fontes renováveis em evidência
• diversas plantas fibrosas vêm sendo estudadas para o desenvolvimento de novos materiais como alternativa aos materiais sintéticos
FIBRAS NATURAIS Contexto atual
Cenário mundial
Megatendências (Copenhagen Institute for Futures Studies – CIFS 2014): “Desenvolvimento demográfico”, “Sustentabilidade”, “Foco na saúde” e “Imaterialização”
[...]cada vez mais as pessoas concentram seu consumo na autenticidade através de uma consideração de design, estética, moda, cultura, narração, valores e experiências [...] as associações simbólicas ou os valores imateriais dos bens materiais consumidos estão mudando e tornando-se mais importantes.
FIBRAS NATURAIS Contexto atual
Cenário nacional
Brasil está entre os 17 países megadiversos. Juntos concentram de 60 a 70 % da diversidade biológica do mundo (PRIMACK e RODRIGUES, 2001; LEITE; CORADIN, 2011)
Brasil tem dois biomas considerados hotspots: Cerrado e Mata Atlântica (PRIMACK; RODRIGUES, 2001; LEITE; CORADIN, 2011)
Biodiversidade brasileira permanece ainda subutilizada (DIAS, 2011), predominando o cultivo de poucas espécies exóticas domesticadas (LEITE; CORADIN, 2011)
FIBRAS NATURAIS Principais características e vantagens
Propriedades mecânicas:
• Boa resistência à tração e alongamento
• Boa resistência à abrasão
Saúde e conforto:
• Toque macio
• Boa permeabilidade ao ar e ao vapor de água
• Não apresentam efeito alérgico
• São mais seguras em condições de fogo em comparação com fibras sintéticas ou artificiais
FIBRAS NATURAIS Principais características e vantagens
Aspectos socioambientais
• Recursos de fontes renováveis
• Biodegradáveis
• Boas práticas de cultivo, geralmente, não geram danos aos ecossistemas
• Desenvolver em diferentes climas e são capazes de reciclar o dióxido de carbono (CO2).
• A cultura de algumas espécies podem melhorar a sua estrutura e controlando a erosão (FLETCHER, 2008) ou serem utilizadas na descontaminação de solos contaminados por metais pesados (KOZLOWSKI e MACKIEWICZ-TALARCZYK, 2012).
• Conservação e valorização dos patrimônios natural e cultural
• Desenvolvimento socioeconômico de populações rurais
Aspectos tecnológicos
• Desenvolvimento de novos materiais com desempenho diferenciado
São as unidades primárias de tecidos e outras estruturas têxteis e definem-se por ter comprimento no mínimo cem vezes maior que o seu diâmetro e caracterizadas pela flexibilidade e finura (AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS, 2017; MCINTYRE; DANIELS, 1995).
Fibras naturais
Extraídas de recursos
Vegetais
Animais
Minerais
Fibras manufaturadas
Produzidas a partir de matérias primas diversas
Polímeros sintéticos
Polímeros naturais
Materiais de base inorgânica
FIBRAS TÊXTEIS Definição e classificação
FIBRAS NATURAIS VEGETAIS Definição e origem
São células vegetais, de natureza lignocelulósica, encontradas em diferentes partes de plantas, que se caracterizam pela forma alongada, tendo seu comprimento igual a muitas vezes a largura (Medina, 1959).
Fibras vegetais
Sementes e frutos
Líber
Folha
Raiz
PLANTAS FIBROSAS
Estima-se a existência de cerca de 2.300 espécies fibrosas em todo o planeta (Schiling, 1924)
Maior abundância entre as angiospermas
Monocotiledôneas: fornecem fibras de folhas (conhecidas por fibras duras, fibras vasculares ou fibras estruturais)
Dicotiledôneas: fornecem fibras de entrecasca (conhecidas por fibras macias, fibras liberianas)
Fibras de semente e frutos são classificados pelos uni ou multicelulares e correm nos dois grupos
PLANTAS FIBROSAS
An
gio
sper
mas
Monocotiledôneas
Amaryllidaceae
Bromeliaceae
Liliaceae
Arecaceae
Poaceae
Cyperaceae
Dicotiledôneas
Malvaceae
Urticaceae
Bombacaceae
Tiliaceae
Moraceae
Thymelaeaceae
PLANTAS FIBROSAS Monocotiledôneas
PLANTAS FIBROSAS Dicotiledôneas
PLANTAS FIBROSAS Pelos uni ou multicelulares
PLANTAS FIBROSAS DO BRASIL
Levantamento realizado
(QUEIROZ, 2018)
Foram catalogadas 169 espécies fibrosas nativas do Brasil
Famílias de maior abundância: Arecaceas (palmeiras), Malvaceas e Bombacaceas
Bromeliaceas e Tiliaceas se destacam qualitativamente para a aplicação têxtil
Graph 1 – Native fibrous species distribution by
botanic family
12
9
55
14
1
6 4
10
30
25
3 Poaceae
Cyperaceae
Arecaceae
Bromeliaceae
Amaryllidaceae
Moraceae
Urticaceae
Tiliaceae
Malvaceae
Bombacaceae
Thymelaeaceae
PLANTAS FIBROSAS DO BRASIL
Levantamento realizado
(QUEIROZ, 2018)
A ocorrência das espécies predomina nos biomas Mata Atlântica, Amazônia e Cerrado
Quase 30 % da espécies catalogadas são endêmicas, ou seja, ocorrem exclusivamente no Brasil
Graph 2 – Native fibrous species distribution by
phytogeographic domain
0
20
40
60
80
100
120
Amazonia
Caatinga
Cerrado
Atlantic forest
Pampa
Pantanal
73%
27%
Natives
Endemic native
Graph 3 – Endemism of native fibrous species
PLANTAS FIBROSAS DO BRASIL Principais espécies fibrosas
Família botânica Nome científico Origem Domínio fitogeográfico Parte da planta
Palmae Acrocomia aculeata Native AM, CA, CE, AF Leaf Palmae Astrocaryum vulgare Native AM, CE Leaf Palmae Bactris setosa Endemic CE, AF Leaf Palmae Bactris glaucescens Native AM, CE Leaf Palmae Bactris caryotifolia Endemic AF Leaf Palmae Mauritia flexuosa Native AM, CA, CE Leaf Bromeliaceae Ananas bracteatus Endemic CE, AF Leaf Bromeliaceae Ananas ananassoides Native AM, CA, CE, AF Leaf Bromeliaceae Ananas lucidus Native AM, AF Leaf Bromeliaceae Neoglaziovia variegata Endemic CA Leaf
Bromeliaceae Pseudananas sagenarius
Endemic CE, AF Leaf
Moraceae Cecropia peltata Native AM Bast Moraceae Cecropia pachystachya Native AM, CA, CE, AF, PA Bast Moraceae Ficus andhatodifolia Native CA, CE, AF, PA Bast Moraceae Trophis caucana Native AM Bast Urticaceae Boehmeria caudadta Native CE, AF, PA Bast Urticaceae Urera caracasana Native AM, CA, CE, AF Bast
Família botânica Nome científico Origem Domínio fitogeográfico Parte da planta
Tiliaceae Corchorus olitorius Native AF Bast Tiliaceae Triumfetta semitriloba Native AM, CA, CE, AF Bast Tiliaceae Triumfetta althaeoides Native AM, CA, CE, AF Bast Tiliaceae Triumfetta lappula Native AM Bast Malvaceae Abutillon ramiflorum Native CE, AF, PA Bast Malvaceae Herissantia crispa Native CA, CE Bast Malvaceae Callianthe bedfordiana Endemic AF Bast Malvaceae Hibiscus bifurcatus Native AM, AF Bast Malvaceae Malachra alceifolia Native AM Bast Malvaceae Malachra fasciata Native AM, CE, AF Bast Malvaceae Pavonia corymbosa Native AM, AF Bast Malvaceae Pavonia fruticosa Native AM, AF Bast Malvaceae Pavonia hastata Native AF Bast Malvaceae Briquetia spicata Native AM, CA, CE, AF, PA Bast Malvaceae Sida urens Native AM, CE, AF, PAM, PA Bast
Malvaceae Urena lobata Native AM, CA, CE, AF, PAM, PA
Bast
PLANTAS FIBROSAS DO BRASIL Principais espécies fibrosas
Família botânica Nome científico Origem Domínio fitogeográfico Parte da planta
Malvaceae Wissadula periplocifolia Native AM, CA, AF, PA Bast Malvaceae Wissadula amplissima Endemic CA, CE, AF, PA Bast Malvaceae Wissadula hernandióides Native AM, CE, AF, PA Bast Bombacaceae Pseudbombax munguba Native AM Bast, Fruits
Bombacaceae Eriotheca pubescens Native CE Bast, Fruits
Bombacaceae Cavanillesia umbellata Native AM, CA, AF Bast Bombacaceae Ceiba pentandra Native AM Fruits
Bombacaceae Ceiba samauma Native AM, CE Fruits
Bombacaceae Quararibea guianensis Native AM Bast Bombacaceae Septotheca tessmannii Native AM Bast Thymelaeaceae Daphnopsis brasiliensis Endemic CE, AF Bast Thymelaeaceae Funifera brasiliensis Endemic AF Bast
AM – Amazonia CA – Caatinga CE – Cerrado
AF – Atlantic Forest PA – Pantanal PAM – Pampa
PLANTAS FIBROSAS DO BRASIL Principais espécies fibrosas
EXTRAÇÃO DAS FIBRAS
As fibras vegetais estão agregadas nas paredes celulares de plantas, unidas por um “cimento” vegetal (gomas e ceras)
Nas folhas formam filamentos contínuos em todo o sentido do comprimento
Nos caules localizam-se no tecido celular do floema e formam uma rede em que os feixes não têm identidade individual
A extração consiste na separação dos feixes de fibra destes elementos, por ação mecânica ou pela decomposição do “cimento” vegetal
MÉTODOS DE EXTRAÇÃO
O método adequado depende da parte da planta, suas características morfológicas e físico-químicas
Principais métodos:
Método mecânico
Método microbiológico
Método enzimático
Método químico
Método físico
MÉTODO MECÂNICO
Usado principalmente para extração de fibras de folha
Se dá pela remoção ou raspagem (manual ou em desfibradeira) da epiderme da folha fresca
Pode ser combinado com o método microbiológico antes ou depois
MÉTODO MICROBIOLÓGICO Maceração
Se dá pela decomposição da “cola” vegetal (especialmente a pectina) que une as fibras, por ação de microorganismos (fungos ou bactérias)
Tipos: maceração em orvalho, maceração em água
MÉTODO ENZIMÁTICO
Processo se dá como a maceração, porém enzimas específicas são adicionadas ao banho para acelerar/otimizar a decomposição
A enzima mais conhecida é a pectinase
MÉTODOS FÍSICOS
Métodos mais modernos, requerem equipamentos mais sofisticados, muitos ainda em desenvolvimento
Se dão por processos que usam radiação eletromagnética, alta pressão e temperatura
Explosão de vapor, método hidrotérmico, desengomagem osmótica
MÉTODO QUÍMICO
Se dá por processo de alcalinização, removendo principalmente as hemiceluloses
Em geral usa-se hidróxido de sódio (NaOH), mas pode combinar outras bases para minimizar a agressão das fibras
NOVAS APLICAÇÕES
Materiais têxteis nos mais diferentes tipos de estrutura e composição,
com aplicações que exigem desempenho específico
“NOVOS” MATERIAIS TÊXTEIS
Kapok (paina) fabric – Samotoa Lotus Textiles Lotus fabric – Samotoa Lotus Textiles
“NOVOS” MATERIAIS TÊXTEIS
Nettle (urtiga) fabric – Himalayan Wild Fibers
Piñatex fabric (folha do abacaxi) – Ananas Anam Ltd
CONTATO
INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLÓGICAS DO ESTADO DE SÃO PAULO Centro de Química e Manufaturados – CQuiM Laboratório de Tecnologia Têxtil – LTT [email protected]
