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

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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

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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 rayanasq@ipt.br