POTENCIAL TECNOLÓGICO DA FIBRA DE COCO COMO MATÉRIA PRIMA ALTERNATIVA AO DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS SUSTENTÁVEIS

 

TECHNOLOGICAL POTENTIAL OF RAW MATERIAL AS ALTERNATIVE COCO FIBER TO SUSTAINABLE PRODUCT DEVELOPMENT

 

 

Tatyane CATUNDA^1*

Marcela AMAZONAS²

Thiago MATOS³

 

 

¹ Mestranda no Programa de Pós Graduação em Ciências Florestais e Ambientais, Universidade Federal do Amazonas; Manaus, Amazonas, Brasil. Tatyanecatunda@gmail.com, (92) 98213-5090

 

² Pesquisadora Msc.da Coordenação de Tecnologia e Inovação, Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia; Manaus, Amazonas, Brasil. Mac@inpa.gov.br,

 

³ Mestrando no Programa de Pós Graduação em Ciências Florestais e Ambientais, Universidade Federal do Amazonas, Manaus, Amazonas, Brasil. Thiagomatoss@gmail.com, (92) 98213-4889

 

 

 

 

RESUMO: Esta pesquisa objetivou determinar a viabilidade técnica da fibra de Cocos nucifera L. evidenciando seu potencial uso como matéria prima alternativa para composição e concepção de produtos sustentáveis. Foram realizadas análises das características físicas de densidade e umidade, anatomia estrutural e propriedades químicas com base na Norma Brasileira 8112 e na terminologia IAWA- 1989; IBAMA-1992. A fibra de Cocos nucifera L. possui densidade de 0,1657 g/cm³ e umidade em torno de 66,26%; 900 µm de comprimento, diâmetro estreito (< 24 µm), espessura da parede em torno de 0,0025 µm., e lume de 0,0210 µm. Cerca de 20,6% de sua composição química é referente à quantidade de extrativos totais (ácidos graxos, algumas resinas, taninos, gomas, açúcares, amido e corantes), 54% Lignina e 25,4% cinza (matéria inorgânica como cálcio e potássio). Estas características evidenciam seu potencial tecnológico, favorecendo sua reutilização como matéria prima alternativa na composição de novos produtos.

 

 

Palavras-chave: Fibras naturais, Novos produtos, Desenvolvimento Sustentável.

 

 

ABSTRACT: This research objectified to determine the technical feasibility the fiber  Cocos nucifera L. showing its potential use as alternative raw material for composition and conception  of sustainable products. Analyzes were conducted on the physical characteristics of density and humidity, structural anatomy and chemical properties based on the Brazilian Standard 8112 and terminology IAWA- 1989; IBAMA-1992. The fiber Cocos nucifera L. has density of 0.1657 g/cm³ and humidity around to 66.26%; 900 µm in length, narrow diameter (<24 µm), thickness to wall around 0.0025 µm., and 0.0210 micrometers to lume. Around to 20.6% of this chemical composition refers to the amount of extractives (fatty acids, some resins, tannins, gums, sugars, starches and dyes), 54% lignin and 25.4% ash (inorganic matter such as calcium and potassium). These characteristics evidence its technological potential, favoring your reuse as alternative raw material. in the composition of new products.

 

 

 

1. INTRODUÇÃO

 

O aproveitamento racional dos recursos naturais para suprimento de todas as operações humanas contribui com o gerenciamento das atividades antrópicas na biosfera. Em especial, no caso de países tropicais como o Brasil, que detém o privilégio de possuir recursos naturais suficientes para transformar oportunidades em sustentabilidade (SACH, 2013).

No Brasil, o bioma Amazônico abriga potencialidades naturais que, dispostas de maneira responsável, certamente induzirão ao desenvolvimento regional de forma sustentável. Entretanto, ainda é pouco significativa a contribuição de produtos não madeireiros na macroeconomia regional, sobretudo no Estado do Amazonas. O uso de resíduos agroflorestais na Amazônia se tornou uma alternativa de melhoria de qualidade de vida, seja através da geração de renda e emprego ou na redução de resíduos no ambiente. Representa não apenas valores positivos já relatados, mas oportunidade concreta de manter a floresta viva e capaz de ser usada sustentavelmente (SILVA, 2013). Atualmente na Amazônia uma das alternativas de reutilização atuais trata-se do emprego das fibras naturais oriundas de produtos florestais não madeireiros.

 O interesse tanto da indústria como da comunidade científica em inserir as fibras naturais como matéria prima na confecção de produtos ocorre devido a fatores como a abundância na natureza, origem renovável, fácil processamento e baixo custo.  Estas variáveis representam vantagens em relação aos problemas ambientais consequentes do uso de fibras sintéticas (LEÃO et al. 2011). A partir desse contexto, fibras de palmeiras amazônicas, ainda pouco estudadas no que diz respeito ao seu potencial tecnológico, podem se tornar importantes matérias-prima alternativas para diversas finalidades. No Estado do Amazonas as fibras vegetais de origem não lenhosa são muito utilizadas para confecção de artefatos e utensílios domésticos utilizados nas atividades diárias do cotidiano rural.

Dentre estas palmeiras encontra-se o coco verde (Cocos nucifera L.), um representante da família Arecaceae que produz cerca de dois milhões de toneladas de unidades de coco anualmente no Brasil (IBGE, 2016). Atualmente é considerado um dos produtos mais representativos para a economia da região norte do país, pois estima-se que sua representatividade alcance cerca de  14,1% de todo o total produtivo nacional (MARTINS et al. 2016).  No entanto, a demanda produtiva é atualmente baseada no uso e consumo apenas de seus itens mais nobres: a água e a polpa do fruto. Este fruto gera ainda subprodutos sólidos como as fibras, que representam cerca de 85% de seu peso total bruto (ROSA et al. 2002). Segundo dados da Fao (2016), cerca de 10 kg de fibras podem ser extraídas de 1000 unidades de coco. Ou seja, o quantitativo deste subproduto representa uma geração considerável de resíduo sólido. Há ainda a geração de cascas e pó oriundos das atividades de extração e consumo do fruto.

Estes subprodutos, sobretudo as fibras, são considerados dispensáveis por não representarem alternativas viáveis para consumo. Não bastasse a subutilização de seus derivados, estes materiais vêm sendo disposto em aterros e lixões, provocando um enorme problema aos serviços municipais de coleta de lixo devido ao seu grande volume. Cerca de sete mil toneladas de fibras são beneficiadas, enquanto dois milhões de toneladas de coco são produzidas anualmente. Não há gestão adequada destes subprodutos gerados. Além disto, associar o consumo do coco in natura ao gerenciamento dos resíduos provenientes de sua comercialização ainda é um desafio (MARTINS et al. 2016)

 Apesar dos índices negativos quanto à disposição irregular deste resíduo sólido, estas fibras apresentam alta disponibilidade no país, baixo custo e propriedades físico-químicas adequadas à confecção de diversos produtos (CASTILHOS, 2011). Estas características peculiares evidenciam seu potencial uso alternativo, que até o presente momento encontra-se subestimado por não haver o aproveitamento amplo destes produtos como insumos industriais (MARTINS et al. 2016). Tal fato pode ser justificado pela ausência de conhecimento acerca de suas propriedades, o que consequentemente ocasiona o descarte errôneo deste material (ROSA et al. 2001).

A reversão deste cenário está associada aos estudos que comprovem a viabilidade técnica de uso da fibra de coco. Estes se fazem necessários para estabelecer vínculos entre o conhecimento artesanal, científico e técnico para que juntos possam contribuir de forma a valorizar as palmeiras da região amazônica, ricas fontes geradoras de recursos naturais, através da concepção de novos produtos de maior valor agregado. A análise de sua composição química, anatômica e estrutural possibilita sua caracterização, atribuindo conseqüências benéficas quanto ao seu uso alternativo, utilização racional e geração de renda. Essas variáveis evidenciam o potencial tecnológico favorecendo sua reutilização e melhor aproveitamento.  Desta forma, o presente estudo contribui cientificamente através de informações que subsidiem o uso alternativo desse resíduo agroflorestal, o qual é subestimado no atual cenário do setor florestal não madeireiro.

Diante do exposto, o seguinte questionamento surge: A caracterização tecnológica de fibras de coco poderá subsidiar seu uso alternativo na concepção de produtos variados? Pressupõe-se que fibras de Cocos nucifera L. possuem propriedades físico-químicas adequadas às diversas finalidades de uso. Com base nesta abordagem, o objetivo deste trabalho foi determinar a viabilidade técnica da fibra de Cocos nucifera L. com a finalidade de comprovação de seu potencial uso como matéria prima alternativa para composição e concepção de produtos.

 

 

2. MATERIAIS E MÉTODOS

 

2.1  Condução da Pesquisa

 

O experimento foi conduzido no Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia - INPA, localizado na Av. Rodrigo Otavio, s/n, Coroado, Manaus, Amazonas. As análises físicas e químicas foram realizadas nas dependências do laboratório de Análises Químicas de Celulose e Papel, enquanto que as análises anatômicas foram realizadas no Laboratório de Anatomia e Identificação de madeiras.

 

2.2  Sujeito da Pesquisa

 

Os resíduos utilizados no experimento foram fibras de coco da espécie Cocos nucifera L. oriundos de feiras públicas da cidade de Manaus. As cascas de coco foram retiradas para posterior desfibramento e foram secas em estufa, com temperatura em torno de 70 ºC durante 24 horas. Posteriormente trituradas e prensadas. Após secos, os substratos selecionados foram dispostos em sacos plásticos de polietileno com dimensões de 10 x 24 cm, devidamente identificados.

 

 

2.3  Delineamento utilizado

 

A caracterização tecnológica da fibra de coco deu-se em função da determinação das variáveis físicas (densidade e teor de umidade), anatômicas (diâmetro, espessura da parede e lume) e químicas (extrativos totais, lignina e cinza). As avaliações físicas e anatômicas das amostras de fibras de coco basearam-se nas normalizações ditadas pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), NBR 8112 e na terminologia constante na literatura (IAWA, 1989; IBAMA, 1992). Foram avaliadas as características físicas relativas a:

 

- Densidade básica: método de deslocamento de água para obtenção do peso e volume dos corpos de prova. Os corpos de prova foram mergulhados em água até a saturação, para obtenção do volume verde.  Para obtenção do peso seco, os mesmos corpos de prova foram levados à estufa a 105 ± 2 ºC até atingir peso constante. Para determinação da densidade básica utilizou-se a expressão descrita a seguir  (Equação 1):

D  (g/cm³) = PS / PU       (Equação 1)

 

Em que:

D = densidade básica, em g/cm³;

Ps = peso seco da fibra, em g/cm³;

Pv = Peso úmido da fibra, em g/cm³

 

- Umidade: Dado pela diferença de massa antes e depois da secagem em estufa a 105 ± 2 ºC de temperatura até obtenção de massa constante, dado pela expressão descrita a seguir (Equação 2):

 

% U = (PU – PS) / PU    (Equação 2)

 

Em que: %U = teor de umidade, em percentual;

Ps = peso seco fibra, em g/cm³;

Pv = Peso úmido da fibra, em g/cm

 

 

A análise anatômica foi realizada objetivando determinar aspectos microscópicos relativos ao comprimento, diâmetro, espessura da parede e lume em unidade de micrômetro. A caracterização das fibras foi realizada empregando solução de ácido acético glacial e peróxido de hidrogênio na proporção (1:1) na preparação dos macerados.A mistura foi deixada em estufa, a temperatura de 60 °C, por um período de 72 horas, para dissolução da lignina, desagregando-se assim os elementos anatômicos.

Posteriormente o material remanescente foi lavado com água abundante e depois tingido em solução aquosa específica, anteriormente à preparação das lâminas para observação microscópica. Foram montadas lâminas de medição para 30 fibras, individualmente e em duplicata, para análise microscópica e determinação das variáveis anatômicas diâmetro total e diâmetro do lúmen, em μm.

 Com os resultados médios das dimensões das fibras, foram calculadas algumas relações de interesse na caracterização de fibras para uso específico, entre estes os parâmetros anatômicos “espessura da parede (μm), calculados pela expressão a seguir  (Equação 3):

Ep (μm) = (Dt – Dl) /2     (Equação 3)

 

Em que: Ep = espessura da parede, em μm;

Dt = diâmetro total da fibra, em μm;

Dl = diâmetro do lúmen, em μm.

 

As fibras in natura foram preparadas para análise química segundo a Norma TAPPI 264 om-88 (Preparação da madeira para análises químicas). As amostras foram trituradas e classificadas em frações intermediárias entre 40 e 60 mesh em peneira especifica para realização dos seguintes ensaios:

 

- Extrativos totais: determinados em duplicata através de amostras de fibras  classificadas em 40 mesh, das quais foi retirado aproximadamente 0,1 g da amostra livre de umidade, colocadas em cartuchos de papel filtro, taradas e posteriormente inseridas no extrator Soxhlet (Extrator SOXHLET 500 ml Completo, Prolab, São Paulo, BR) (Figura 1). Extraíram-se os solúveis em um período de seis horas consecutivas e posteriormente as fibras foram transferidas para um cadinho, removendo-se o excesso de solvente por sucção. O material foi lavado com água destilada, aquecendo o frasco em banho Maria com a água em ebulição e foi filtrado e seco ao ar. 

 

 

Figura 1: Extração de solúveis da fibra de coco em Aparelho de Soxhlet

Fonte: Catunda, T. (2014)

 

 

 

O percentual de extrativos totais foi determinado em função da razão a seguir (Equação 4):

%E = (P1 / P) x 100         (Equação 4)

 

Em que: % E = extrativos totais, em percentual;

P1= peso do extrato, em g; 

P = peso inicial da amostra absolutamente seca, em g

 

 

- Lignina: as amostras livres de extrativos foram colocadas em estufa a 105,0 ± 2 °C até obterem massa constante e em seguida foram submetidas à análise somática para determinação da lignina, dado pela razão descrita a seguir (Equação 5):

%L = (P1 / P ) * 100        (Equação 5)

 

Em que: %L = lignina, em percentual;

P1= peso do extrato, em g;

 P = peso inicial da amostra absolutamente seca, em g

 

- Cinza: o teor de cinzas foi determinado em duplicata. Cadinhos de porcelana sem tampa foram utilizados, contendo 5 g de fibra cada, as quais foram pesadas em balança analítica de precisão. Em seguida, os cadinhos foram levados ao forno elétrico tipo mufla pré-aquecido (ME – 1770, São Carlos,São Paulo, BR). Os mesmos permaneceram na mufla a uma temperatura de 600 °C no período de 6 horas. O teor de cinzas foi calculado através da fórmula a seguir (Equação 6):

 

% CZ = ((m1 – m0) / m) * 100  (Equação 6)

 

Em que: %CZ = teor de cinzas, em percentual;

m0 = massa do cadinho, em g;

 m1 = massa do cadinho + serragem, em g;

m = massa da amostra, em g.

 

2.4 Análise dos dados

 

As variáveis físicas, anatômicas e químicas foram convertidas a uma série de dados, dos quais suas variações foram analisadas através de estatística descritiva, através do uso de tabelas, gráficos e ainda em função da análise de variáveis quantitativas, tais como: Média, variância, desvio padrão e coeficiente de variação.

 

 

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

 

 

- Testes físicos

 

A fibra de Cocos nucifera L. possui densidade básica de 0,1657 g/cm³ e umidade em torno de 66,26%. Estes valores condizem com a baixa densidade e o elevado teor de umidade das fibras estudadas. Os dados apresentam similaridade quando comparados às análises realizadas em demais estudos de caracterização, tais como dos autores em destaque na tabela 1.

 

 

Tabela 1: Caracterização das variáveis físicas da fibra de coco

 

 

 

Quanto à análise física, a característica peculiar de baixa densidade é um aspecto positivo à utilização destas fibras em função de que a proporciona boa maleabilidade. O teor de umidade percentual indica o alto poder absolvente que as fibras apresentam. Estas características são excelentes quanto à sua aplicabilidade em produtos estruturais, na Engenharia Civil, por exemplo, e ainda nos possibilita uma gama de aplicabilidade nos demais ramos.

Corroborando com este fato, Ichikawa & Silva (2003) afirmam que a confecção de chapas usando fibras de coco e resinas como aglutinante com a finalidade de isolamento acústico e térmico tem ganhado mercado devido ao custo e a sustentabilidade do produto.

 

 

- Análise Anatômica

 

A alta capacidade de absorção que as fibras apresentam é explicada pelo fato de que estas são formadas por sistema vascular composto por septos, os quais foram identificados em função da análise anatômica realizada, portanto caracterizando-a como fibra natural septada (Figura 2).

 

Figura 2: Anatomia da fibra de coco (septos)

Fonte: Freitas, J.; Catunda, T. (2016)

 

Os septos têm função de reserva e armazenamento de água, diminuindo os espaços vazios. Desta forma, aderem maior quantidade de água na parede de suas células. Não se associam ao sistema vascular, característico de fibras de palmeiras. Acumulam amido, óleos, resinas e cristais, podendo ser um potencial positivo quanto a seu uso em compostos orgânicos e ainda em produtos a base de extrativos naturais como os

cosméticos.  Quando acumulam amido, possuem a função de reserva e podem ser encontradas na parede lenhosa do caule, tendo células parenquimáticas ao redor, servindo de armazenamento. Essa capacidade de reserva, capacidade de absorção de água, inturmescer-se e ocupar todo o lume da fibra induz sua utilização em produtos de contenção e filtragem de água, como por exemplo, os filtros.

A análise e discussão dos dados, em função dos procedimentos estatísticos realizados, foram efetuadas a partir dos resultados constantes na tabela 2, a seguir:

 

 

Tabela 2: Comprimento e diâmetro da fibra de coco

 

 

 

O comprimento da fibra de coco analisado é característico de fibras muito curtas (< 900 µm) e predominantemente de diâmetro estreito (< 24 µm). Com relação às médias, as fibras são mais dispersas quanto ao diâmetro do que quanto ao comprimento. Quanto à variáveis anatômica parede das fibras, os valores obtidos em análise de mensuração microscópica não apresentaram variação, possuindo em média uma espessura em torno de 0,0025 µm. A constatação da ausência de variabilidade dos dados é corroborada pelo desvio padrão nulo (S=0). Em relação ao Lúme, os valores permitem inferir que em média, possuem 0,0210 µm.

 

 

- Testes Químicos

 

O percentual de extrativos totais das fibras analisadas ao acaso foi de 20,6%. A análise química resultou na composição da fibra de coco em três principais compostos, sendo que o maior percentual destes é dado pela lignina, a qual representa a maioria da totalidade, seguida por extrativos totais e ainda pelo teor de cinzas (Figura 3).

 

Figura 3: Composição química da fibra de coco

 

As determinações das propriedades químicas da fibra de coco auxiliam na sua aplicação como matéria prima para variados produtos. Sua composição interfere em sua aplicabilidade específica. O percentual de lignina da fibra estudada caracteriza este material como contendo alto teor lignocelulósico, portanto possuem grande durabilidade, atribuída ao alto teor de lignina quando comparadas com outras fibras naturais. Passos (2012) relata que as fibras das cascas de coco possuem uma quantidade elevada de lignina, cerca de duas a quatro vezes maiores que os valores existentes nas fibras de juta e sisal, tornando-a extremamente vantajosas frente às outras fibras. Desta forma, em função de sua alta durabilidade, aplicações destas fibras em variados produtos são eficazes, tais como as placas rígidas de isolamento acústico, que absorvem as baixas freqüências, reduzindo substancialmente os níveis sonoros, quer seja por impacto ou aéreos, tornando o material um excelente isolante.

O teor de cinzas infere na quantidade de matéria inorgânica que pode ser reaproveitada, como cálcio e potássio, por exemplo. Silva (2003) relata que a cinza de fibra da casca de coco verde (Cocos nucifera L.) é um adsorvente eficaz e tem um grande potencial de adsorção no tratamento de efluentes contendo Ferro e Alumínio, devido suas propriedades obtidas pela caracterização físico-química.

 

 

 

4. CONCLUSÕES

 

Concluímos que a utilização de fibra de coco como matéria prima alternativa na composição de produtos é viável tecnicamente, considerando a dependência de seu uso em função da variável técnica que a capacita para tal. Quanto às características anatômicas, se trata de uma fibra natural estreita, muito curta e septada. Sua composição química a caracteriza como sendo um material lignocelulósicos com percentuais que inferem sua grande durabilidade atribuída ao alto teor de lignina, bem como apresenta característica física de densidade baixa. Essas variáveis evidenciam o potencial tecnológico favorecendo sua reutilização e melhor aproveitamento, subsidiando seu uso alternativo na composição bem como na concepção de produtos, tais como os destacados na tabela 3.

 

 

Tabela 3: Uso alternativo da fibra de coco na concepção e composição de produtos

 

 

 

 

 

5. REFERÊNCIAS

 

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