Tejido inteligente gracias a la nanotecnología
Uno de los objetivos primordiales de la investigación científica siempre ha sido mejorar la calidad de vida de las personas. Actualmente, en el sector textil, se invierten multitud de recursos humanos y económicos para generar bienestar a través del la investigación de las nuevas tecnologías y, fundamentalmente, de la aplicación de la NANOTECNOLOGÍA.
Desde hace años, en el sector textil, existen numerosos estudios en los que se están aplicando estas técnicas por lo que hablar de tejidos inteligentes ya no es una novedad en nuestra industria.
Aplicaciones Textiles de la nanotecnología
El primer grupo de aplicaciones lo constituye la mejora de propiedades de fibras y tejidos. Un objetivo primordial de la industria textil ha sido la mejora de ciertos atributos estéticos y de confort de las prendas y también de determinadas propiedades funcionales. En este sentido, la nanotecnología aporta un gran número de herramientas y técnicas que permiten mejorar las propiedades de los tejidos, muchos de ellos basados en modificaciones de su superficie.
En las últimas décadas numerosas nanoestructuras y nanomateriales se han depositado sobre tejidos o sobre prendas textiles para mejorar una gran variedad de propiedades, según se ilustra en el siguiente esquema:
A continuación, se describen algunas aplicaciones de la nanotecnología encaminadas a mejorar las propiedades y la funcionalidad de las prendas textiles.
Repelencia al agua y al aceite
Muchas de las aplicaciones en este campo se basan en la estructura de la hoja de loto. La hoja de loto permanece seca y limpia incluso en las aguas más pantanosas.
Cuando un líquido se deposita sobre un sólido, las tensiones superficiales de sólido y líquido generan un ángulo de contacto entre la gota de líquido y la superficie del sólido. Cuanto mayor sea el ángulo de contacto, la gota mojará menos al sólido. Cuando el ángulo de contacto es superior a 150º se habla de carácter superhidrófobo. Mediante la incorporación de nanomateriales se puede modificar la rugosidad de la superficie a nivel nanoscópico. La rugosidad de la superficie es un factor geométrico que afecta al ángulo de contacto de la gota. La estructura nanoscópica creada puede aumentar el ángulo de contacto y aumentar el carácter hidrófobo de la superficie. Por otra parte, el aire atrapado entre las rugosidades y la gota de líquido disminuye la interfaz efectiva sólido-agua, contribuyendo también a aumentar la hidrofobicidad.
Resistencia al fuego
Esta aplicación es importante en la confección de tejidos industriales y prendas de protección (trabajadores de industrias petroquímicas, bomberos, militares, policías). También se utiliza en tejidos empleados en la fabricación de alfombras y tapicería.
Los retardantes de llama se utilizan para aumentar la resistencia de los polímeros al fuego. En su mecanismo de actuación se distinguen varias zonas:
- Zona de llama.
- Capa de carbonilla.
- Polímero fundido.
- Polímero subyacente.
Resistencia antimicrobiana
Las fibras naturales son más susceptibles al crecimiento microbiano, pero cualquier tipo de fibra puede proporcionar un ambiente propicio al crecimiento bacteriano ante determinadas condiciones ambientales de humedad y calor. Los textiles con resistencia antimicrobiana son aquellos que tienen la capacidad de inhibir el crecimiento de microbios y otros microrganismos como bacterias, hongos, algas y virus. Se utilizan fundamentalmente en aplicaciones médicas y sanitarias tales como vendas, implantes, pañales, toallas, ropa de cama y uniformes. También está muy difundida su utilización en la confección de prendas deportivas para prevenir olores, manchas e infecciones.
- Para impartir propiedades antibacterianas se han utilizado principalmente nanopartículas de plata, dióxido de titanio y óxido de zinc, También se han utilizado nanopartículas de oro, en aplicaciones más limitadas En la literatura también se mencionan algunas aplicaciones de nanopartículas de origen vegetal como la Zadarachta Indica (nimbo de la India) o como el quitosano.
Resistencia UV
La resistencia a los rayos UV en los textiles se refiere a la capacidad de una fibra o tela para resistir la radiación UV. Esto puede ser importante para la preservación del textil, pues la radiación UV es causa de degradación y envejecimiento de las prendas. Por otra parte, se sabe que largas exposiciones a la radiación UV pueden provocar importantes problemas en la salud. Los textiles que ofrecen protección UV garantizan una mínima exposición de la piel a las radiaciones UV procedentes del sol. Esto es especialmente importante en prendas destinadas a ropa deportiva, bañadores, ropa de trabajo para exteriores, toldos, sombrillas, etc.
Resistencia a las arrugas
La formación de arrugas en los tejidos no es sólo un problema estético o de confort. Puede debilitar el tejido y reducir su ciclo de vida, al hacerlo más sensible al deterioro por abrasión.
La razón por la que algunos tejidos tiene más facilidad a formar arrugas se debe en parte a factores de tipo químico, en función del tipo de fibra, y en parte a factores mecánicos, más relacionados con la forma en la que se ha confeccionado el tejido. La lana y la seda suelen presentan buena resistencia a las arrugas, a diferencia de los tejidos con celulosa, como el algodón y el rayón- viscosa.
En los materiales de celulosa, la formación de puentes de hidrógeno tiene gran influencia en las propiedades del tejido. Cuando un material a base de celulosa se moja y vuelve a secar, los enlaces de puente de hidrógeno se rompen y se vuelven a formar en nuevas posiciones, dando lugar a la formación de arrugas. En las fibras sintéticas, este tipo de enlace no tiene tanta importancia, y el mecanismo de formación de arrugas está relacionado con cambios de temperatura por encima de la temperatura de transición vítrea y el posterior enfriamiento bajo presión.
Propiedades antiestáticas
Las fibras artificiales tienen más facilidad para acumular electricidad estática que las naturales, debido a su menor capacidad de absorber humedad del ambiente. La acumulación de electricidad estática puede ocasionar un problema de comodidad y confort para la persona que lleva la prenda, pero en determinados ambientes de trabajo puede suponer un problema de seguridad adicional (trabajadores de refinerías, gasolineras).
En la industria textil, los materiales se hacen pasar a alta velocidad sobre superficies de contacto, lo que genera cargas estáticas por fricción en los tejidos que están siendo procesados. Esto puede dar lugar a problemas de manufactura y de calidad de los tejidos, al poder contaminarse con partículas atraídas por la carga estática. También puede ocasionar riesgos de seguridad para los trabajadores.
Tejidos autolimpiables
La resistencia a las manchas se refiere a la capacidad de un tejido de aguantar la decoloración ocasionada por el contacto con líquidos y con superficies de sólidos. Las manchas se forman generalmente como consecuencia del carácter hidrofílico de los tejidos.
Cuando un líquido es absorbido sobre un tejido, al secarse se decolora, formando una mancha. Partículas finas procedentes del contacto con sólidos también pueden adherirse a la superficie de los tejidos y mancharlos. Los tejidos se protegen contra las manchas evitando la absorción de líquidos y la adherencia de partículas. Para ello se suelen utilizar recubrimientos superficiales y aditivos.
Propiedades mecánicas
Tanto en el procesado industrial textil como en su uso, las fibras textiles pueden estar sometidas a esfuerzos de tracción, compresión, flexión, cizallado, torsión y fricción. La vida útil de las prendas y su resistencia al desgaste va a depender de las propiedades mecánicas de las fibras y de la de los tejidos que conforman. Estas propiedades son especialmente importantes en tejidos de uso industrial, pues pueden estar sometidos a estados tensionales muy demandantes
En el acabado de las mascarillas imask, así como nuevos productos/aplicaciones que estamos desarrollando, se han utilizado nanopartículas ubicadas en la superficie o como monocapas, dando lugar a la formación de tejidos inteligentes con propiedades multifuncionales, como la resistencia ultravioleta, repelencia a líquidos, con propiedad anti-arrugas, anti-bacterianas, etc. Por lo tanto, el textil utilizado por imask es inteligente y capaz de experimentar cambios frente a los estímulos del exterior o de brindar una respuesta conforme a las necesidades que manifieste el usuario.
¿Cómo funciona esta tecnología a efectos prácticos ?
Mediante el micro encapsulado.
La microencapsulación, es una tecnología cuya característica principal consiste en la capacidad de desprender progresivamente el principio activo que se encuentra en el interior de la microcápsula.
En el sector textil, todas las aplicaciones nuevas aportadas con la tecnología de la microencapsulación, entraron dentro de lo que hoy se designa como “tejidos funcionales o inteligentes”.
Los principios activos se encapsulan por dos motivos fundamentales:
- Para aislar principios inestables en contacto con el medio externo. El material estable o compatible con el medio es el armazón.
- Para liberar progresivamente estos principios activos. Al liberarse por frote se rompen o actúan sólo unas microcápsulas.
Conceptos báscios de microencapsulado
Se entiende por microcápsulas, a las partículas de 1 a 1000 nm de tamaño (normalmente entre 5 y 20), formadas por un delgado armazón polimérico (shell), que recubre de forma esférica un principio activo que se encuentra en su interior (core).
Este principio activo puede ser líquido, sólido o gaseoso y será el responsable de la acción o efecto buscados.
Esta tecnología consiste básicamente en la aplicación sobre el tejido de una resina o ligante, en el que se encuentran en suspensión las microcápsulas.
Las microcápsulas, están compuestas de un núcleo constituido por el principio activo, que está cubierto por un delgado armazón de material polimérico. La liberación del principio activo se produce de forma gradual (perfumes, productos terapéuticos y cosméticos, bactericidas, agentes resistentes al fuego, etc); por ejemplo el perfume se libera a lo largo de la vida de la prenda desprendiendo el olor con su uso.
Armazón
El armazón está constituido por:
- polímeros naturales: gelatina, goma arábiga, alginatos, carragaen (Alga)
- polímeros sintéticos: etilcelulosas, poliuretanos, polisiloxanos, poliamidas, poliésteres, resinas epoxi.
Principio Activo
Por ejemplo, microcápsulas que desprenden olor.
Los principios activos que desprenden olor y se pueden microencapsular, se clasifican en tres tipos.
- Perfumes con marca registrada en el mercado, que van asociados a esa marca de prestigio en combinación con prendas de esa misma marca.
- Esencias, que se pueden microencapsular y que confieren olor, tanto a esencias florales como de alimentos.
- Aromaterapia, otro tipo de microencapsulado. serán las esencias que ayudan al bienestar de la persona que lleva el tejido: relajante, revitalizante, refrescante, etc.
Microcápsulas con cambio de fase
Uno de los usos más extendidos hoy en día, es en ropa de trabajadores que deben entrar y salir continuamente de ambientes con cambios importantes de temperatura, como son los trabajadores de cámaras frigoríficas. El rango de temperaturas a equilibrar o regular vendrá dado por el principio activo en concreto, más correctamente de su calor latente.
Los tejidos que contienen PCM pueden actuar como barreras térmicas, independientemente de la temperatura del entorno. Así pues, el efecto buscado es minimizar el flujo de calor desde el cuerpo hacia el exterior, manteniendo una temperatura constante a un nivel considerado como confortable.
El principio químico de los PCM, está basado en el calor latente que tiene la parafina PCM, para pasar de su estado líquido a su estado cristalino. En definitiva, estos materiales almacenan calor.
Seleccionando un PCM con unas temperaturas de cambio de fase cerca de la temperatura corporal, aportará el rango de protección térmica deseada.
Ligante
Al ligante se le pide que:
- Asegure el anclaje de la microcápsula en la fibra.
- No debe entorpecer la liberación o acción del principio activo contenido en la microcápsula.
- No debe cubrir o enmascarar, las propiedades del textil al que se le está aplicando la microencapsulación: suavidad, resistencia, elasticidad, etc.
Por otro lado, es necesario saber de antemano, qué interesa que ocurra con el ligante una vez liberadas las microcápsulas:
- Queda ligado al tejido
- Degradado y/o expulsado por el tejido.
Aplicación de microencapsulado sobre el substrato textil
Es recomendable que la aplicación del microencapsulado en el proceso textil se realice en la última etapa. Por ejemplo, se usan sistemas de agotamiento, impregnación, estampación o spray.
Como conclusiónes, de manera aplicativa a la mascarilla con nanotecnología imask, decir que:
Sin perder ninguna de sus propiedades de repelencia al agua y al aceite, el uso de compuestos. Basados en fluorocarbonados confieren transpirabilidad a los tejidos tratados con ellos.
Esta transpirabilidad aumenta el Comfort de estas prendas, haciendo que su uso sea mas agradable.
La incorporación de los compuestos bactericidas no reduce ni altera la transpirabilidad.
Los fluorocarbonos utilizados han sido formulados con tecnología C6.
Los tejidos y/o no-tejidos tratados con este tipo de productos proporcionan transpirabilidad, lo que hace que después de un uso prolongado, la temperatura corporal del personal sanitario siga siendo la misma evitando una sudación excesiva.
Los productos que se incluyen en la formulación del acabado no confieren rigidez a los artículos tratados, lo que facilita también los movimientos.
FORMULACIONES
APPLIGUARD DPS: Compuesto fluorocarbonado para la referencia de agua y aceites.
APPLIFRESH BC: Producto antibacteriano.
RETICULANTE BI-25: Ayuda a que el fluorocarbono permanezca mas solido y durante mas tiempo sobre la fibra.
ANTIESTATICO AF: Elimina la electricidad estática y así evita la adhesión de polvo, cabello u otras partículas a los tejidos.