CIQA desarrolla plásticos sustentables para suelas de calzado

Las actividades deportivas y el ejercicio tienen influencia positiva en la condición física de una persona, al tiempo que reducen la incidencia de obesidad y otras enfermedades (Blair et al. 1989).

Existen factores de riesgo asociados a las actividades deportivas que inciden para sufrir lesiones de cadera, rodilla y pie en personas que se ejercitan con el fin de mantenerse saludables.

La mayoría de las lesiones de las extremidades inferiores, que a largo plazo inciden sobre la cadera, ocurren debido a múltiples factores intrínsecos de cada persona, como condición física, alteraciones en la pisada, sobrepeso, edad, entre otras. Asimismo, existen factores extrínsecos como, la cantidad y el grado de intensidad del ejercicio, la aptitud física, y el uso de un calzado adecuado.

En la figura 2 se muestran los modos de CI de: a) antepié (FFS, por sus siglas en inglés de Forefoot Strike) y de retropié (RFS, por sus siglas en inglés de,  Rearfoot Strike), donde la fuerza de impacto en el modo de CI tipo RFS se concentra en mayor magnitud en todo el hueso calcáneo y tarso, mientras que la fuerza del impacto en el modo de CI tipo FFS se distribuye de mejor forma en los huesos falange, metatarso y muy ligeramente en el calcáneo, que absorben eficientemente el impacto.

Por otro lado, según el CI, también será la posición de toda la pierna, en el caso de un CI modo RFS no existe flexión en la rodilla, mientras que para el caso de un CI del tipo FFS la rodilla presenta una ligera flexión. Lo anterior hace que las personas con modo de pisada RFS (aproximadamente, el 75 % de la población) presenten mayor incidencia de lesiones.

A pesar del desarrollo en 1970 de los zapatos tenis, que ofrecían amortiguación en el talón, soporte en el arco y suelas más rígidas (Perl D., 2012), entre 19  y 79 % de las personas continúa lesionándose. Por lo tanto, se han sugerido como soluciones incrementar el espesor de la suela (plástico espumado) o correr y caminar descalzo.

Sin embargo, se ha demostrado que caminar o correr descalzo produce impactos más elevados y, por lo tanto, un mayor riesgo de lesión, mientras que incrementar el espesor de la suela en el área del talón provoca que las personas corran en modo de pisada RFS, es decir, de modo que el impacto en las extremidades inferiores es mayor y, por lo tanto, mayor el riesgo de lesión.

Respecto del material que constituye las suelas del calzado deportivo, usualmente se usa el copolímero de etileno-vinil-acetato espumado y entrecruzado, dependiendo de la estructura morfológica (tamaño, cantidad y forma de celda o burbuja) que brinda la capacidad de una suela para dar confort y amortiguación a impactos al caminar o correr.

Es importante mencionar que factores como el tipo y composición del plástico, el tipo y contenido del agente de entrecruzamiento, el tipo y contenido del agente nucleante (que facilita la formación de celdas o burbujas en el espumado), el tipo y contenido del agente espumante, así como las condiciones del proceso —temperatura y tiempo de entrecruzamiento/espumado de este tipo de materiales— inciden sobre propiedades como densidad aparente, morfología e índice de expansión (EI). Esto, a su vez, impacta sobre las características de confort y absorción al impacto en suelas de calzado.

Para el caso específico de las suelas, la modulación o control morfológico que incluye tamaño promedio de celda (D_p), distribución de tamaños de celdas (DTC) y densidad de celdas (N_c), desempeña un papel preponderante sobre las propiedades de confort y absorción de impacto.

Desarrollo de materiales en el CIQA

En este sentido, en el CIQA han desarrollado diversos materiales en los que se han utilizado diferentes agentes de nucleación, como polvo de fibra de agave, polvo de llanta reciclada (GTR, por sus siglas en inglés de Ground Tire Rubber) y nanopartículas de celulosa en compuestos a base de copolímero de etilen vinil acetato (EVA) y polietileno de baja densidad (LDPE).

Agentes de entrecruzamiento y sistemas de espumado

Además, se han utilizado diversos agentes de entrecruzamiento mono y bifuncionales que no dejen trazas de subproductos tóxicos para generar compuestos plásticos espumados-entrecruzados sustentables. Asimismo, se ha utilizado un sistema de espumado químico a base de azodicarbonamida (ACA), óxido de zinc (ZnO) y un subproducto industrial en forma de finos de dióxido de silicio (SiO₂).

En la figura 3 se muestra la modulación morfología-propiedades de un material base EVA/LDPE a través de la incorporación de diferentes contenidos de polvo de GTR de un tamaño constante. Se puede observar que aquel material con menor cantidad de GTR muestra una morfología de celdas con un D_p muy grande (250 µm), que traen como consecuencia que este material sea muy suave y confortable para su aplicación en suelas de calzado.

Efecto del contenido de GTR en las propiedades de las suelas

Por su parte, incrementar el contenido de polvo de GTR en la formulación provoca una disminución de tamaño de celdas y, además, la bimodalidad de tamaños (D_p¹ = 200 µm y D_p² = 30 µm), trae como consecuencia que este material presente buenas propiedades de confort y absorción de impacto, lo que lo hace ideal para suelas de calzado.

Por otro lado, al incrementar aún más el contenido de polvo de GTR, el D_p de las celdas en la espuma se reduce considerablemente al tiempo que se obtiene bimodalidad de tamaños de celdas. Estos materiales solo absorben impactos, lo que los hace demasiado rígidos, poco confortables y no adecuados para su uso en suelas de calzado.

Compuestos espumados con agentes nucleantes orgánicos

Como se mencionó, se han desarrollado otros compuestos espumados al incorporar agentes nucleantes de fuentes orgánicas como la fibra de agave, subproducto de la industria tequilera de México. Esto ha permitido modular las propiedades de espumas biocompuestas a base de EVA/LDPE con potencial aplicación para diversas áreas, incluidas las suelas de calzado con excelentes características de confort y absorción de impacto, lo que permite la prevención de lesiones en las extremidades.