Nanocompuestos poliméricos para aplicaciones en textiles inteligentes

La industria textil de México ocupa el sexto lugar a nivel mundial, y es el principal exportador de textiles en Latinoamérica. Las exigencias de competitividad han direccionado a la industria textil mexicana a recurrir a la ciencia y tecnología para poder innovar en esta área. Un ejemplo de ello, son los textiles inteligentes, los cuales disponen de propiedades especificas requeridas para llevar a cabo por si solos una determinada función, ya sea eliminar o impedir el crecimiento de bacterias, guardar el calor en las prendas, impedir la concentración de cargas eléctricas por fricción, retardación a la flama, etc.. En la Figura 1, se muestran las diferentes aplicaciones de los textiles inteligentes.

Para el desarrollo de los textiles inteligentes como primer paso se tienen que adecuar las materias primas para desarrollar filamentos, hilos y/o tela no tejida, los cuales pertenecen a los principales tipos de hilatura (Figura 2).

Las materias primas se pueden obtener a partir de polímeros sintéticos y naturales como: polietileno, nylon, poliestireno, algodón, lana, etc.

Estos tipos de polímeros se han utilizado gracias a sus diferentes características. El polietileno ofrece una buena resistencia elástica, es decir, tiene buena resistencia a la deformación, en este caso a las arrugas, en comparación con otras fibras textiles. El nylon se ha utilizado con diferentes aditivos (silicatos) para producir textiles retardantes a la flama. El poliestireno ha sido utilizado para prendas textiles hidrofóbicas. Los polímeros provenientes de la naturaleza tienen usos como: prendas de vestir de algodón, ropa biodegradable elaboradas con celulosa y prendas invernales fabricadas con lana.

Luego de elegir adecuadamente las materias primas se procede a la obtención de filamento, recurriendo al proceso de hilatura, el cual que es un proceso industrial, donde se transforman resinas poliméricas tanto naturales como sintéticas, para crear un nuevo cuerpo textil. La tela no tejida es producida al formar una red con fibras unidas por procedimientos mecánicos, térmicos y químicos.

Nanocompuestos poliméricos

Los nanocompuestos poliméricos se definen como materiales poliméricos que contienen una fase de refuerzo con partículas de dimensiones en alguno de sus 3 lados menor a 100 nm y una fase matriz correspondiente al polímero. Gracias a estos compuestos, ha sido posible la mejora en textiles convencionales y darles alguna funcionalidad, ya que permiten la creación de hilos, filamento y tela no tejida, ayudando a la eliminación de bacterias, dándoles un carácter hidrofobico, térmico, evitando la concentración de cargas eléctricas que pueden provocar explosiones, entre otras posibles respuestas que puede tener el textil.

Los métodos más utilizados para el desarrollo de nanocompuestos poliméricos son: polimerización in-situ, mezclado en solución y mezclado en fundido. Este último es el más utilizado en procesos industriales, gracias a que permite la producción de elevados volúmenes y no necesita la adición de solventes. Esta técnica consiste en la incorporación de nanopartículas al polímero fundido, empleando comúnmente un extrusor, en donde se promueve la interacción y dispersión de las partículas en la matriz polimérica mediante la aplicación de altos esfuerzos de corte y temperaturas elevadas.

Algunos estudios en el área de textiles obtenidos mediante mezclado en fundido, han utilizado diferentes partículas de tamaño nanométrico (10^-9 m) como aditivos, que le otorguen a la matriz polimérica funcionalidades como características repelentes de bacterias, capacidad de disipar cargas eléctricas, mejora en propiedades mecánicas, repelencia al agua, conductividad térmica, retardancia al fuego, etc. Algunas partículas utilizadas son por ejemplo de Cu, TiO₂, ZnO, nanoarcillas, nanotubos de carbono, de plata, entre otras.

Extrusión asistida por ultrasonido una alternativa de interés para la elaboración de textiles inteligentes

La extrusión asistida por ultrasonido es una tecnología limpia, eficiente y que ayuda a los problemas de aglomeración en las nanopartículas en el polímero fundido. El primer estudio sobre el tratamiento de ultrasonido en el proceso de fundido, encontró que la vibración reduce la viscosidad de los polímeros fundidos gracias al proceso de vibración.

En los textiles inteligentes las propiedades térmicas y conductividad eléctrica son promovidas generalmente con la incorporación de nanoestructuras metálicas o de carbono, por lo que es importante una buena compatibilidad entre la matriz polimérica y las nanopartículas, conjuntamente con una buena dispersión. El proceso de extrusión añadiendo ultrasonido para la preparación de nanocompuestos, puede elevar la dispersión de las nanopartículas aumentando diferentes propiedades de interes.

Expectativas de la industria textil en México

México es uno de los principales productores de textiles en el mundo, pero en los últimos años ha enfrentado la competencia desleal proveniente de China. Puebla tiene una participación especial en la industria textil, siendo con Tlaxcala una región dinámicamente productiva en la industria textil. Una de las líneas de donde existe una gran área de oportunidad es producir textiles inteligentes, telas impermeables. bactericidas, biodegradables y con gran eficiencia mecánica, que permitan el desarrollo tecnológico para entrar a sectores de mercado prioritarios el automotriz y aeronáutico.

Conclusiones

Actualmente, la industria textil se encuentra en desarrollo, no solo de las técnicas de manufactura, sino de la obtención textiles inteligentes a partir de nanocompuestos poliméricos que satisfagan los requerimientos y exigencias de la vida diaria. De la misma manera se buscan nuevas formas de obtención de materiales que permitan elaborar textiles inteligentes con propiedades específicas. El uso del ultrasonido en el proceso de mezclado en fundido, ayuda de manera importante a dispersar las nanopartículas en el polímero fundido, ayudando a mejorar la homogeneidad de las partículas dentro del polímero fundido.

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