Study of pineapples leafs fibers (Ananas genus) and their use as reinforcements for biodegradable poly(latic acid) (PLA)-based composites

Este trabalho estudou fibras das folhas de diferentes variedades de abacaxis na utilização como reforço mecânico em compósitos poliméricos. Foram caracterizadas fibras de folhas (PALF) de 18 variedades de abacaxis. As fibras tiveram sua morfologia, arranjo estrutural (índice de cristalinidade da celulose (Ic) e ângulo microfibrilar), constituintes químicos (teores de extrativos, lignina, holocelulose, celulose e hemicelulose), propriedades mecânicas (resistência à tração, módulo elástico e alongamento na ruptura) e propriedades térmicas caracterizados. Os pequenos valores do ângulo microfibrilar e maiores valores de Ic indicam que PALF são promissores como reforço mecânico. Os valores do módulo elástico, resistência à tração e temperatura onset de degradação variam de 15 a 86GPa, 212 a 1309MPa, 240 a 272oC respectivamente, indicando que as dezoito variedades de fibras são aptas para aplicação como reforço mecânico em compósitos poliméricos. Foram observadas correlações diretamente proporcionais entre a celulose, holocelulose e Ic com as propriedades térmicas e mecânicas. Estas correlações fornecem indicadores para seleção direta e/ou programa de melhoramento genético do gênero Ananas, com intuito de se desenvolver plantas para utilização de suas fibras como reforço mecânico em compósitos poliméricos. Foi apresentada metodologia para seleção de fibras vegetais a serem utilizadas como reforço mecânico em compósitos. Foi selecionada a variedade denominada Potyra, para fornecer fibras, a fim de produzir compósitos biodegradáveis moldados por injeção, com uma matriz de poli(ácido lático) (PLA). O tratamento em solução com 1% (m/vol.) de NaOH demonstrou-se ser promissor em adequar as fibras para reforçamento de polímeros. Os resultados obtidos nesses compósitos apresentaram em comparação ao PLA puro, aumento no módulo elástico de 1,9 para 3,5GPa, incremento de 5C no HDT, a resistência ao impacto com entalhe aumentou de 2,57 para 4,26kJ/m2, e incremento na resistência a tração de 58,8 para 69,6MPa, confirmando o potencial destas fibras para uso como reforço mecânico em compósitos poliméricos.In this work natural fibers from new pineapple varieties were studied aiming at their application as mechanical reinforcement for green polymer composites. Eighteen varieties of pineapple leave fibers (PALFs) were then characterized in terms of their morphology, structural arrangement (cellulose crystallinity index (Ic) and microfibril angle), chemical composition (extractives, lignin, holocellulose, cellulose and hemicellulose contents), mechanical properties (tensile strength, elastic modulus and fracture strain) and thermal stability. The studied PALFs had low microfibril angles and high Ic. Their elastic modulus, tensile strength and degradation temperature onset ranged between 15GPa-86GPa, 212MPa-1309MPa, 240C272C, respectively. All these parameters enabled to nominate the eighteen PALFs as suitable reinforcements for polymers. Close relationships between cellulose, holocellulose and Ic values, and thermal and mechanical properties of PALFs were found out, what provided guidelines for direct selection and/or to support a genetic improvement program of the Ananas genus. An example of such a methodology was presented in this work. The fiber from the pineapple variety called "Potyra" was selected to produce biodegradable composites with poly(lactic acid) (PLA) through injection molding. The Potyra fibers were before hand treated with alkaline solution in order to improve their interfacial compatibility with PLA. The treated Potyra fibers-reinforced composite exhibited an increased elastic modulus from 1,9 GPa to 3,5GPa, tensile strength from 58,8 to 69,6MPa, and notched impact strength from 2,57kJ/m2 to 4,26kJ/m2 in comparison to the pure PLA matrix. The HDT of the PLA was also incremented by 10% due to the fiber incorporation. These findings confirmed the promising potential of Potyra fibers as reinforcements in green composite technologies