Objetos inspirados no mundo natural: folhas de conteira como biocompósitos

A vida terá tido origem na Terra há cerca de 3600 milhões de anos. Desde então, as várias formas de vida aprenderam a reproduzir-se e a adaptar-se a condições, por vezes, de extrema adversidade. A natureza é o laboratório mais experiente alguma vez testado, capaz de originar materiais sofisticados, de transformar energia de diferentes formas, de auto-reparar-se e de armazenar informação de um modo incrivelmente eficiente.

Ao longo da História tem-se tentado controlar a natureza, mas negligenciou-se, do ponto de vista da ciência & tecnologia, os milhares de exemplos de materiais compósitos naturais. Na era dos materiais sustentáveis e protetores do ambiente, olha-se a natureza, deixando que os seus milhões de anos de evolução nos inspirem.

O fio da teia de aranha é um biocompósito de excelente desempenho mecânico. A sua estrutura combina uma matriz polimérica (facilmente deformável) reforçada por nanocristais (rígidos) orientados. A matriz polimérica confere-lhe excecionais propriedades de absorção de energia, e o reforço, uma elevada resistência mecânica.

O fio da teia de aranha inicia-se com a secreção de uma proteína líquida, que é depois puxada através de um canal (à medida que a aranha recua), promovendo o alinhamento molecular na fibra proteica. O produto final é uma fibra alinhada, insolúvel em água e com surpreendentes propriedades mecânicas.

A fibra da teia de aranha tem servido de modelo a compósitos sintéticos. O reforço de elastómeros de poliuretano com nanopartículas de aluminossilicatos é um desses exemplos. Membranas de baixo peso, filmes finos de elevada resistência mecânica e dispositivos biomédicos são algumas das potenciais aplicações.

Muitas outras estruturas naturais têm inspirado a engenharia. O osso é um material biológico complexo formado por uma matriz orgânica de colagénio, reforçada por fibras também de colagénio, por sua vez reforçadas por nanocristais de apatite. A propriedade notável que resulta desta hierarquia é a capacidade de o osso suportar carga e absorver energia sem se fragmentar. A interface entre a matriz e as fibras de colagénio tem a capacidade de partir e reformular sob carga, promovendo um mecanismo de reparação à escala molecular.

Para além de vários objetos já fabricados e inspirados no mundo natural, a possibilidade de novas estruturas e a sua hierarquização são limitadas, somente, pela imaginação humana.

A década de 50 do séc. XX marcou o início da utilização descomunal dos polímeros (plásticos) sintéticos, feitos à base de átomos de carbono, oriundos do petróleo, em particular, para a produção de embalagens. As longas cadeias de átomos, dispostos em unidades de repetição produzem polímeros resistentes e, ao mesmo tempo, flexíveis. Estas propriedades tornam estes materiais extremamente versáteis, mas também muito difíceis de reciclar e, portanto, um problema sério para o ambiente. Além disso, o esgotamento estimado, nos próximos 100 anos, dos combustíveis fósseis, exige uma intensa procura por alternativas aos plásticos sintéticos. Compósitos naturais, com base nas folhas de plantas, podem oferecer benefícios alternativos às embalagens de plásticos, nomeadamente por serem biodegradáveis ​​e, por conseguinte, promoverem o crescimento sustentável.

Na Universidade dos Açores investiga-se uma geração de produtos naturais feitos a partir de matérias-primas renováveis, tais como folhas de plantas, para substituir as atuais embalagens de plástico em polipropileno, espumas de poliestireno, etc. Tendo em conta que até 2020 decorrerá a eliminação progressiva do uso de sacos de plástico descartável, incluindo também a proibição dos que contêm metais pesados, as folhas da Conteira (Hedychium Gardnerianum), planta nativa dos Himalaias mas introduzida há vários anos nos Açores, têm um grande potencial no desenvolvimento de biocompósitos e de produtos reciclados. Depois de um processamento adequado, as folhas de Conteira aumentam a sua resistência mecânica e adquirirem a forma final do objeto. Alguns protótipos estão representados na Fig. 1.

O potencial desta planta na obtenção de papel também foi avaliado. Um resultado preliminar é mostrado na Fig. 2.

A 2ª edição da Conferência Internacional em Fibras Naturais (ICNF2015) decorrerá entre os dias 27 e 29 de abril na ilha de São Miguel (Teatro Micaelense), Açores.
Cristina Vasconcelos, da Universidade dos Açores (DCTD), membro da comissão científica do ICNF2015 e orador convidado, apresentará uma comunicação intitulada “CONTEIRA LEAVES AS NATURAL COMPOSITES”. O trabalho desenvolvido foi realizado em co-autoria com M.G. Meirelles (DCTD) e R. Amorim, Empresário (S. Miguel, Açores).