Estrutura e composição química das fibras vegetais

A Figura 2.21 representa, de uma forma esquemática e generalizada, a estrutura e constituição de uma fibra vegetal. A parede celular de cada fibra elementar é constituída por um lúmen, canal aberto localizado no centro da fibra elementar, por uma parede primária e por uma parede secundária, que se deposita sobre a anterior depois de esta ter completado o seu processo de crescimento em extensão. As camadas que constituem a parede celular estão representadas esquematicamente na Figura 2.22. A parede secundária é constituída no máximo por três camadas S1, S2 e S3 (S3 pode estar ausente), que diferem em espessura,

orientação das fibrilas e composição química. As fibras elementares são unidas umas às outras por intermédio de uma substância intercelular designada de lamela média, constituída essencialmente por pectina e lenhina. A parede celular de cada fibra elementar é formada por uma trama de fibrilas de celulose (também designadas de macrofibrilas), que constituem a sua armação fundamental, embebidas numa matriz amorfa, numa estrutura idêntica à dos compósitos reforçados com fibras sintéticas. Cada macrofibrila é formada pela agregação de aproximadamente 250 microfibrilas (de 4 a 20 nm de diâmetro). Cada microfibrila é formada por um pequeno número de feixes de moléculas de celulose (fibrilas elementares), onde cada

molécula de celulose é formada por milhares de monómeros de glicose (

C

₆

H

₁₀

O

₅), interligados por pontes de oxigénio através de ligações glicosídicas β (1 → 4). As fibrilas elementares são constituídas por regiões cristalinas, designadas de micelas, que se dispõem alternadamente com regiões amorfas. Este tipo de estrutura é designado de modelo da micela franjada, sendo que as micelas constituem a maior parte da celulose total existente nas fibras. A maioria das fibras possui uma percentagem mássica de aproximadamente 45 a 50% de celulose. Contudo, esta percentagem pode variar desde um máximo de aproximadamente 90%, para as fibras de algodão, a um mínimo de aproximadamente 30%, para as fibras de bambu. Entre as fibrilas, microfibrilas e fibrilas elementares ocorrem outras substâncias, nomeadamente, polissacarídeos não celulósicos (essencialmente hemicelulose e pectina), substâncias orgânicas (lenhina, proteínas, cutina, suberina, ceras, entre outras), substâncias minerais (sílica, carbonato de cálcio, entre outras) e água. A lenhina, polímero de

alto teor de carbono que confe

que pode estar ausente. A proporção com que cada um depende do tipo de fibra.

Figura 2.21: Estrutura das paredes celulares das fibras elementares: A, feixe de fibras; B, corte transversal das fibras

secundária; C, fragmento da camada secundária média

espaços entre macrofibrilas (preto) ocupados por material não celulósico; D, fragmento de uma macrofibrila mostrando microfibrilas (branco) e o espaço entre microfibrilas (preto) ocupado por material não celulósico; E, estrutura de microfibrilas

ordenadamente formam as micelas; F, fragmento de uma micela, fragmentos de moléculas celulósicas em cadeia, dispostas de forma tridimensional; G, dois monómeros de glicose, ligados por um átomo de oxigénio – fragmento de uma

Todos os componentes químicos estão distribuídos ao longo das paredes celulares, com variações apenas da sua proporção relativa e da orientação das microfibrilas de celulose. A resistência à tração e à compressão e o módul

com o teor de celulose e inversamente com o ângulo de orientação das fibrilas (ângulo entre o eixo da fibra e as fibrilas de celulose). Por outro lado, a extensão na rotura aumenta com o ângulo de orientação das fibrilas. Tipicamente, os valores indicativos para o ângulo de orientação das fibrilas são de 50

camada S3, dependendo do tipo de fibra

plantas é a celulose, razão pela qual as fibras são usualmente referenciadas como fibras alto teor de carbono que confere rigidez e resistência às paredes celulares,

que pode estar ausente. A proporção com que cada uma das substâncias está presente

utura das paredes celulares das fibras elementares:

A, feixe de fibras; B, corte transversal das fibras – lamela média, parede primária e parede secundária; C, fragmento da camada secundária média – macrofibrilas de celulose (branco) e fibrilas (preto) ocupados por material não celulósico; D, fragmento de uma macrofibrila mostrando microfibrilas (branco) e o espaço entre microfibrilas (preto) ocupado por material não celulósico; E, estrutura de microfibrilas - moléculas de celulose, quan

ordenadamente formam as micelas; F, fragmento de uma micela, fragmentos de moléculas celulósicas em cadeia, dispostas de forma tridimensional; G, dois monómeros de glicose, ligados por

fragmento de uma molécula de celulose [10].

Todos os componentes químicos estão distribuídos ao longo das paredes celulares, com variações apenas da sua proporção relativa e da orientação das microfibrilas de celulose. A resistência à tração e à compressão e o módulo de elasticidade das fibras variam diretamente com o teor de celulose e inversamente com o ângulo de orientação das fibrilas (ângulo entre o eixo da fibra e as fibrilas de celulose). Por outro lado, a extensão na rotura aumenta com o das fibrilas. Tipicamente, os valores indicativos para o ângulo de orientação das fibrilas são de 50 - 70° na camada S1, 5°- 30° na camada S

, dependendo do tipo de fibra [50]. De facto, o componente químico principal das plantas é a celulose, razão pela qual as fibras são usualmente referenciadas como fibras re rigidez e resistência às paredes celulares, é uma substância a das substâncias está presente

lamela média, parede primária e parede macrofibrilas de celulose (branco) e fibrilas (preto) ocupados por material não celulósico; D, fragmento de uma macrofibrila mostrando microfibrilas (branco) e o espaço entre microfibrilas (preto) ocupado por moléculas de celulose, quando dispostas ordenadamente formam as micelas; F, fragmento de uma micela, fragmentos de moléculas celulósicas em cadeia, dispostas de forma tridimensional; G, dois monómeros de glicose, ligados por

Todos os componentes químicos estão distribuídos ao longo das paredes celulares, com variações apenas da sua proporção relativa e da orientação das microfibrilas de celulose. A o de elasticidade das fibras variam diretamente com o teor de celulose e inversamente com o ângulo de orientação das fibrilas (ângulo entre o eixo da fibra e as fibrilas de celulose). Por outro lado, a extensão na rotura aumenta com o das fibrilas. Tipicamente, os valores indicativos para o ângulo de na camada S2 e 60° - 90° na

De facto, o componente químico principal das plantas é a celulose, razão pela qual as fibras são usualmente referenciadas como fibras

Compósitos de matriz termoplástica de baixa viscosidade reforçados com fibras

celulósicas. A influência dos constituintes químicos Figura 2.23.

Figura 2.22: Estrutura esquemática da parede celular de uma fibra elementar. Ângulo de deposição

Figura 2.23: Influência da composição química na resistência mecânica das

Na Tabela 2.4. é apresentada a composição química das principais fibras comercializadas. De salientar que as percentagens dadas são meramente indicativas, já que estes valores dependem de diversos fatores, nomea

laboratório, da origem geográfica e do grau de maturidade da planta, das condições do solo e dos fertilizantes aplicados, da humidade, da temperatura, da parte da planta de onde foi extraída a fibra e como foi extraída, dos tratamentos a que foi submetida a fibra, entre outros [82, 83].

ósitos de matriz termoplástica de baixa viscosidade reforçados com fibras naturais de origem vegetal

os constituintes químicos na resistência das fibras é indica

Estrutura esquemática da parede celular de uma fibra elementar. Ângulo de deposição das fibrilas [10].

Influência da composição química na resistência mecânica das

. é apresentada a composição química das principais fibras comercializadas. De salientar que as percentagens dadas são meramente indicativas, já que estes valores dependem de diversos fatores, nomeadamente dos procedimentos analíticos de cada laboratório, da origem geográfica e do grau de maturidade da planta, das condições do solo e dos fertilizantes aplicados, da humidade, da temperatura, da parte da planta de onde foi xtraída, dos tratamentos a que foi submetida a fibra, entre outros ósitos de matriz termoplástica de baixa viscosidade reforçados com fibras naturais de origem vegetal

Revisão da literatura na resistência das fibras é indicada na

Estrutura esquemática da parede celular de uma fibra elementar. Ângulo de deposição

Influência da composição química na resistência mecânica das fibras [81].

. é apresentada a composição química das principais fibras comercializadas. De salientar que as percentagens dadas são meramente indicativas, já que estes valores damente dos procedimentos analíticos de cada laboratório, da origem geográfica e do grau de maturidade da planta, das condições do solo e dos fertilizantes aplicados, da humidade, da temperatura, da parte da planta de onde foi xtraída, dos tratamentos a que foi submetida a fibra, entre outros

Tabela 2.4: Composição química (%), conteúdo de humidade e ângulo das fibrilas das principais fibras vegetais [84, 85].

Fibra Celulose Hemicelulose Lenhina Pectina Ceras

Ângulo das fibrilas [graus] Absorção humidade 65 % H.R. [%] FIBRAS DO FLOEMA Linho 71-78.5 18.6-20.6 2.2 2.2 1.7 5-10 8-12 Cânhamo 70.2-74.4 17.9-22.4 3.7-5.7 0.9 0.8 2-6.2 6.2-12 Juta 61.1-71.5 13.6-20.4 12-13 0.2 0.5 8 12.5-13.7 Kenaf 45-57 21.5 8-13 3-5 - - - Rami 68.6-76.2 13.1-16.7 0.6-0.7 1.9 0.3 7.5 7.5-17

FIBRAS DAS FOLHAS

Sisal 66-78 10-14 10-14 10 2 10-22 10-22

Abacá 56-63 - 12-13 1 - - 5-10

FIBRAS DA SEMENTE/FRUTO

Algodão 85-90 5.7 - 0-1 0.6 30 7.85-8.5

Coco 32-43 0.15-0.25 40-45 3-4 - 30-49 8

No documento Compósitos de Matriz Termoplástica de Baixa Viscosidade Reforçados com Fibras Naturais de Origem Vegetal (páginas 68-71)