Bebiana Rocha
Investigadores do Imperial College London desenvolveram um processo que permite transformar diretamente fibras de seda natural em materiais sólidos, resistentes e multifuncionais, recorrendo apenas a calor e pressão. A tecnologia poderá abrir novas possibilidades para a valorização da seda e de resíduos têxteis, nomeadamente através da transformação de fibras curtas ou danificadas em componentes de maior valor acrescentado.
Publicado na Nature Sustainability, o estudo apresenta uma alternativa aos processos convencionais de transformação da seda, que normalmente implicam a dissolução das fibras com recurso a grandes quantidades de água e produtos químicos. A nova abordagem preserva a estrutura natural da fibra e permite obter materiais com propriedades mecânicas, óticas e biológicas avançadas.
Para o setor têxtil e vestuário, um dos aspetos mais relevantes está na possibilidade de dar uma nova utilização a fibras curtas, danificadas ou provenientes de têxteis em fim de vida, que apresentam atualmente limitações à reciclagem quando se pretende preservar as propriedades da seda.
“O nosso método pode transformar até pequenas fibras em materiais sólidos, abrindo caminho a uma utilização mais sustentável da seda ao longo de todo o seu ciclo de vida”, explica Emiliano Bilotti, professor associado no Departamento de Aeronáutica do Imperial College London.
Fusão das fibras sem tratamentos químicos
A equipa desenvolveu um processo termomecânico no qual fibras de seda alinhadas e desengomadas são submetidas a uma combinação controlada de temperatura e pressão.
O tratamento torna móveis determinadas regiões amorfas das proteínas da seda, permitindo que estas atravessem as fronteiras entre as fibras e criem ligações entre elas. O resultado é a união das fibras vizinhas, mantendo-se, em grande medida, intactas as regiões cristalinas ordenadas que contribuem para a resistência do material.
Ao contrário dos processos que dissolvem completamente a seda para depois a regenerar, a nova técnica procura preservar a organização natural da fibra.
“Este é um processo exclusivamente físico. Ao controlar cuidadosamente a temperatura e a pressão, conseguimos consolidar as fibras de seda em materiais sólidos, densos e transparentes, sem aditivos ou solventes e sem destruir a arquitetura interna que torna a seda tão resistente”, afirma Bilotti.
A possibilidade de evitar solventes poderá ser particularmente relevante para empresas que trabalham com fibras naturais e procuram soluções de transformação com menor dependência de produtos químicos.
Desempenho mecânico próximo do Kevlar
Os resultados obtidos em laboratório são igualmente significativos do ponto de vista do desempenho. Os materiais produzidos apresentaram uma resistência à flexão de até 510 MPa e um módulo de flexão de 21,5 GPa. Quando submetido a tração, o material alcançou uma tenacidade próxima da registada nas fibras de Kevlar.
Nos testes de impacto, a seda fundida conseguiu ainda absorver mais energia por unidade de massa do que um compósito convencional reforçado com fibra de carbono.
“Estes resultados são extraordinários para um material de origem biológica processado sem solventes”, destaca Nicholas A. Kotov, professor da University of Michigan. “A chave está no facto de as regiões cristalinas e as estruturas secundárias das proteínas no interior das fibras de seda serem, em grande medida, preservadas, permitindo uma transferência eficiente das tensões através do material.”
O desempenho alcançado coloca a seda natural num território que ultrapassa a sua utilização tradicional em vestuário e têxteis-lar, aproximando-a de aplicações de engenharia e de outros produtos técnicos.
Da fibra têxtil ao material técnico
A investigação demonstrou ainda que as propriedades naturais da seda podem ser mantidas e, em alguns casos, reforçadas após o processo de fusão.
Os materiais são transparentes à luz visível e conseguem alterar significativamente a direção da vibração da luz, mesmo quando apresentam uma espessura reduzida. Estas características poderão ser exploradas em aplicações na gama dos terahertz, incluindo futuras tecnologias de comunicação e sistemas de imagiologia.
“É muito raro encontrar um material que seja simultaneamente transparente e capaz de rodar a luz na gama dos terahertz com tanta intensidade”, afirma Kotov. “Isto poderá permitir desenvolver novos tipos de componentes para ótica de terahertz e, potencialmente, para futuros sistemas de comunicação 6G.”
A área médica é outra das aplicações em estudo, avança a publicação. Ensaios realizados em ratos mostraram que as características dos implantes de seda podem ser ajustadas através das condições de processamento. Temperaturas mais baixas produziram materiais que permitiram maior infiltração celular e uma biodegradação mais rápida, enquanto temperaturas superiores originaram implantes mais estáveis e de degradação mais lenta.
“Este nível de controlo é muito atrativo para aplicações médicas. Dependendo da forma como processamos a seda, podemos conceber materiais que se integrem gradualmente nos tecidos ou que permaneçam estáveis para proporcionar suporte a longo prazo”, explica Chunmei Li, professora assistente de investigação na Tufts University.
Uma nova oportunidade para a circularidade da seda
De acordo com os investigadores, fibras de seda curtas ou danificadas são frequentemente consideradas difíceis de reciclar sem recorrer à dissolução. O novo processo poderá permitir consolidá-las diretamente e transformá-las em novos materiais sólidos, criando uma via de valorização diferente da reciclagem convencional fibra-a-fibra.
“Atualmente, as fibras de seda curtas ou danificadas são frequentemente consideradas não recicláveis sem serem dissolvidas. O nosso método pode transformar até pequenas fibras em materiais sólidos, abrindo caminho a uma utilização mais sustentável da seda ao longo de todo o seu ciclo de vida”, salienta Bilotti.
A tecnologia encontra-se ainda em fase de desenvolvimento. A equipa está a estudar formas de aumentar a escala do processo e produzir componentes maiores e com geometrias mais complexas, enquanto desenvolve avaliações de ciclo de vida para quantificar os benefícios ambientais.
Os investigadores procuram já parceiros industriais e comerciais para ajudar a escalar o processo e levar os materiais de seda fundida ao mercado. Paralelamente, estão a investigar estratégias de funcionalização que poderão transformar a seda fundida numa plataforma para sensores e outras aplicações avançadas.