Innovaciones nanotecnológicas en la industria textil

Innovaciones
nanotecnológicas en la
industria textil
Agostina Lucía Quicchi.
Docente: Alejandra Alborch
Escuela Normal Superior “Doctor Nicolás Avellaneda.”
San Francisco, Córdoba.
Prólogo
“Para lograr un éxito tecnológico, la realidad debe estar por encima de las relaciones públicas, porque la Naturaleza
no puede ser engañada.” Richard Feynman (1986).
La Nanotecnología se asume como un conjunto de revoluciones tecnológicas multidisciplinarias que
permitirá a la sociedad maximizar la eficiencia en los procesos productivos y sociales.
Dentro de este marco ideológico es necesario aclarar la temática que se aborda. La monografía se propone indagar acerca de la influencia de la nanotecnología sobre la industria textil y las innovaciones del mercado. Además se revisan algunas aplicaciones de la misma en diversas áreas de la actividad socioproductiva.
Una mínima mención del desarrollo histórico de la Nanotecnología dentro del panorama científico nacional
complementa el enfoque de este trabajo investigativo.
Corresponde explicitar, que este trabajo de escritura es el resultado de una rica y apasionante lectura previa de materiales bibliográficos, para poder alcanzar, de esa manera, el objetivo principal de la investigación.
Introducción
Conceptos
Nanotecnología, es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala, que es una millonésima parte (10-9);
es decir que son medidas extremadamente pequeñas que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos, para así poder diseñar, modelar y crear estructuras diminutas y precisas.
Cuando se manipula la materia, a escala tan minúscula de átomos y moléculas, ella demuestra fenómenos
y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, los científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales,
aparatos y sistemas novedosos y de bajo costo, con propiedades únicas. Si llevamos esta particularidad al
campo textil, se constata un rico espectro de posibilidades de aplicaciones desarrolladas, y por desarrollar.
Es legítimo el reconocimiento del físico estadounidense Richard Feynman como padre de la “Nanociencia”; quien sentó las bases de la disciplina. Sin embargo el impulso a las innovaciones nanotecnológicas
en materiales textiles cabalga sobre un concepto clave: Nanopartículas. Estas unidades son más grandes que
los átomos y las moléculas. No obedecen a la química cuántica, ni a las leyes de la física clásica, y poseen
características propias.
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Aplicaciones Generales de la Nanotecnología
La nanotecnología y sus aplicaciones están cada vez más presentes en nuestra vida cotidiana, aunque
hasta hace poco tiempo se consideraban ciencia ficción. La medicina, la ingeniería, la informática, la mecánica, la física o la química son sólo algunas de las disciplinas que ya se están beneficiando o pronto lo harán, de
los usos que ofrece la nanotecnología.
Las posibilidades que ofrece son múltiples y ya existen en el mercado, productos aplicados en la medicina y la cirugía, en la informática (la potencia de las computadoras ha aumentado y lo seguirá haciendo), la
alimentación (suministro de energía), la construcción de edificios (cementos, pinturas especiales), los cosméticos, indumentaria textil y sistemas para purificación y desalinización del agua.
Para algunos científicos, la nanotecnología es comparable al nacimiento de los semiconductores electrónicos en la década de los 50, o al del láser, en los 60, y sus ventajas, innumerables. Industria textil, pionera de la Revolución Industrial
Breve Reseña Histórica, principales acontecimientos
La primera revolución industrial es un periodo histórico que se desarrolló entre la segunda mitad del
siglo XVIII y principios del siglo XIX en Gran Bretaña principalmente, y luego en el resto de los países europeos. Tuvo una importancia significativa ya que representó relevantes transformaciones y cambios socioeconómicos, tecnológicos, y culturales en la historia del hombre.
La industria textil fue entonces la primera en desarrollarse durante el proceso, ya que la industrialización
permitió el paso progresivo de una producción textil artesanal (realizada en el ámbito doméstico, con uso de
herramientas y maquinarias muy sencillas) a grandes factorías (factory system) con decenas de telares movidos con energía hidráulica por medio de máquinas a vapor.
Cabe destacar que el hombre como ser curioso investiga, duda, averigua, indaga, por lo tanto de esta
forma se conocen importantes innovaciones técnicas que abren paso al empleo de nuevas herramientas y conocimientos. Ciertos inventos son un claro testimonio de ello: así, por ejemplo la lanzadera volante (inventada
por John Kay- 1733) duplicaba la capacidad de tejido de los artesanos, que hasta entonces trabajaban con una
rueca que volvía interminable y tedioso el tejido.
Sin embargo por el aumento de la población y por ende de la demanda, pronto fue necesario un nuevo
instrumento: la máquina Spinning Jenny (inventada por James Hargreaves-1764) la cual multiplicaba la capacidad de los hiladores utilizando la fuerza humana como energía.
No obstante, la innovación se hizo notoria con una nueva máquina hiladora: La Water Frame que utilizaba el agua como fuerza motriz (Richard Arkwright- 1768).
Finalmente el paso más importante data de 1785 cuando se pone en marcha por primera vez telares
mecánicos movidos con máquina de vapor (fuerza hidráulica).
Innovaciones en la industria textil
La ciencia y la tecnología han dejado su impronta en numerosas actividades humanas, y la industria
textil, no ha escapado a esa generalización.
El mundo de lo infinitamente pequeño, proporciona dispositivos cada vez más eficientes con el uso de
las nanotecnologías y nanociencias, que en el campo textil han llevado al desarrollo de nanofibras, nanocompositos, nanopolímeros, nanohilos, nanotubos, nanocolorantes, nanoaditivos para antioxono, antiluz, etc.
Las industrias textiles a través de las fibras fueron las primeras en aplicar con éxito estos avances, dando
a los consumidores prendas innovadoras en el vestido, calzado o accesorios dotados con sensores microelectrónicos que combinan con la elegancia o la moda, lográndose dar confort al ser humano.
Por lo tanto en la cadena que conforman a la ingeniería textil (fibra-textil-acabados-confección) se han
dado distintos grados de desarrollo, tales como: fibras, hilatura-tejidos y acabados.
(a)Nanotecnología en Fibras
Las nuevas fibras poseen una mayor capacidad de absorción con respecto a las fibras sintéticas, ya que
están compuestas por gran cantidad de nanocapas que retienen la humedad con mayor facilidad.
Las nanofibras presentan diferentes funciones tales como: absorción de rayos ultravioleta, propiedades
antivirales, antibacteriales, anti-olor y retrasantes de flama. Hay diferentes clases de nanofibras que pueden
estar constituidas por polímeros naturales o sintéticos y fibras con nanopartículas.
Su tamaño es extremadamente pequeño debido a que una nanofibra de polímero posee alrededor de 50
y 500 nanómetros.
Como nanotextiles, se han desarrolado nanofibras de polímeros que pueden ser estirados hasta un 1.500%,
cuando, comparativamente, los hilos sintéticos normales sólo pueden ser estirados hasta un 600%. La técnica
de fabricación de las nanofibras para la industria textil es muy simple y podrán ser fabricadas en cualquier
laboratorio.
(b)Nanotecnología en Hilatura y Tejidos
Con respecto a los hilados, se emplea el uso de nanotubos de carbono cuyas nanopartículas controlan
con mayor facilidad la liberación de fragancias, biocidas (desinfectantes, conservantes, pesticidas, herbicidas)
y fungicidas sobre los tejidos. Además previenen la proliferación de bacterias y absorben los olores.
Para incrementar las funciones del nanotejido se suele aplicar el método de nano-encapsulación, que
consiste en el agregado de micro-cápsulas a los tejidos que están formados por una membrana externa, compuesta por materiales poliméricos, y un núcleo que contiene la materia activa, que se libera por rotura de la cápsula o por permeabilidad de la misma. Conforme la persona va moviéndose, estas cápsulas se van rompiendo
y el producto que está en su interior, ya sea hidratante, colorante o aromático va liberándose paulatinamente.
Hay ciertas telas que poseen micro-cápsulas de parafina, cuya función consiste en mantener una temperatura constante. Esto es posible porque la parafina es apta para cambiar de estado, es decir de líquido a sólido
o viceversa, lo que significa que si una persona se encuentra al aire libre con temperaturas muy bajas y lleva
consigo una campera con micro-cápsulas, por acción de las mismas se mantiene una temperatura corporal de
20ºC.
En caso contrario (calor- temperaturas muy altas) la campera continúa en unos 20ºC, permitiéndole a la
persona disfrutar de una temperatura agradable. Este tipo de prendas son utilizadas en Europa donde casi el
100% de las camperas están constituidas con micro-cápsulas.
Cabe destacar que además las mismas contienen sustancias colorantes que reaccionan con la temperatura cambiando los colores de la indumentaria, permitiendo obtener colores puros y brillantes a partir del uso de
nanocristales; ello da como resultado un espectro de colores totalmente distinto al que producen los pigmentos
convencionales. También existen telas que emanan perfumes y aromas que se liberan con el calor del cuerpo.
Por ejemplo, la empresa multinacional española Dogi Internacional Fabrics trabaja en la micro-encapsulación
elaborando tejidos aplicables a la lencería y a los trajes de baño para hacerlos más cómodos.
(c)Nanotecnología en Acabados
En el acabado de los textiles también se utilizan 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, los
textiles inteligentes son capaces de experimentar cambios frente a los estímulos del exterior o de brindar una
respuesta conforme a las necesidades que manifieste el usuario.
Generalmente la mayoría de ellos están relacionados directamente con la microelectrónica, por esto, en
el mercado es cada vez más frecuente la presencia de chalecos que avisan cuando se acerca una bala o hacen
sonar una alarma ante diferentes situaciones de peligro, de sacos que tienen instalado una cámara que se encarga de reflejar en la parte delantera lo que sucede en la posterior, volviéndose casi invisibles (ver figura 1)1;
de camisetas que miden la presión arterial y el ritmo cardíaco, y finalmente, de camperas con las que se puede
programar una agenda.
Estas nuevas prendas tienen conexiones de tan baja energía que sería imposible recibir descargas eléctricas aun cuando se mojen. Son de gran utilidad para los deportistas ya que la ropa no se ensucia y absorbe
por completo la transpiración, otorgarles comodidad, evitando el sudor y los malos olores a la hora del juego.
Ciertas marcas de indumentaria deportiva emplean la nanotecnología, por ejemplo Dockers, Nike y
Ralph Lauren que aplican la propiedad de auto-limpieza inducida por recubrimientos de nano-TiO2/nanoZnO. En este caso Tiger Woods, es el primer atleta del mundo en utilizar ropa deportiva con nanotecnología.
Por lo tanto algunas propiedades de materiales compuestos
por nanotecnología son las siguientes: antimicrobianos (no
permiten desarrollar olor a transpiración) anti-ácaros (para
alérgicos), anti-UV (protector solar), luminiscencia (para
seguridad), reflectancia (permite desarrollar indumentaria
que por sus propiedades de camuflaje logra mimetizarse con
el medio exterior), auto-limpiante (impide que penetren las
manchas), micro-encapsulado (para mantener la temperatura
corporal) y materiales que respiran (impermeables al agua
pero permeables para eliminar la transpiración.
1
Figura 1
Fuente: http://teatrevesadespertar.wordpress.com/2010/12/13/guerra-de-irak-soldados-invisibles/
Textiles en indumentaria, un futuro cada vez más cerca
(a)Indumentaria en la seguridad
En lo que se refiere a tecnología en la ropa de protección, hay múltiples avances en cuanto a equipos de
flotación, protección térmica y protección anti-gravedad para los cuales se utilizan nanotubos que vuelven la
prenda mucho más resistente que el acero y más elásticas que la poliamida, suele usarse en las camisas. Sin
embargo el costo de producción es altísimo pero empresas como Nanoledge (Francia) ya cuentan con carretes
de nanotubos de carbono, lo que se considera “la fibra más resistente del mundo”, según el director técnico de
la firma, Kai Schierholz.
(b)Indumentaria, textiles técnicos
El uso de textiles técnicos en la elaboración de ropa va más allá del confort. Se usan para atender la prevención de enfermedades, ya que por ejemplo el olor del sudor y la suciedad, pueden generar alergias o erupciones de la piel en algunas personas, causando estados depresivos. Así una ropa que huela bien y sea fresca es
apreciada por la mayoría de la gente. Sin embargo para tener ropa con estas características, es necesario usar
fibras que combatan a las bacterias que provocan el mal olor.
(c)Indumentaria, textiles electrónicos
La creación de diseños de fantasía capaces de alterar algunas propiedades básicas de las prendas de vestir, es posible debido a que las mismas se encuentran conectadas a diferentes tipos de sistemas electrónicos
que ya están en el mercado de los nano-productos. Diseños que ya existen en el mercado, son las chaquetas
con reproductores de música, letreros de propaganda o con fibras camaleón, es decir, que las fibras se disimulan en el ambiente, por camuflaje. También se pueden crear vestidos electrónicos (formados a través de fibras
conductoras) con sensores y chips que generan electricidad por medio de la temperatura corporal, la empresa
alemana Infineon es un claro ejemplo de ello, tal como se observa a continuación en la siguiente imagen.
(Figura2)2
2
Fuente: http://www.ciaindumentaria.com.ar/la-tecnologia-al-servicio-de-la-moda/
Figura 2 - Vestido con función de pantalla, mediante el cual el usuario cuando escribe
un mensaje en su móvil se proyecta en la falda con el fin de que todos puedan ver su
tweet.
(d)Indumentaria militar y derivaciones al área de la salud
En Estados Unidos se está realizando una investigación que consiste en utilizar la nanotecnología como
fuente para desarrollar uniformes que sirvan de protección para los soldados, detectando todo tipo de amenazas a su alrededor tanto de balas como de agentes químicos. Esta investigación está a cargo del Instituto de
Tecnología en Massachusetts (MIT).
Este tipo de textil combina diferentes propiedades, incluidas en una sola prenda, tal es así que proporcionaría protección química, balística, con sensores y con la propiedad de cambiar de un tejido suave a uno
de caparazón duro para otorgarle protección al soldado. Incluso podría llegar a transformarse en una férula
(dispositivo de madera o metal que sirve de guía manteniendo en el lugar correcto un miembro que haya sufrido una lesión) para un hueso.
Estos textiles serían magníficos para detectar la sangre de un soldado herido en el campo de batalla y de
un policía o bombero que se encuentre en la misma situación y no pueda comunicarse con el puesto de mando
para pedir ayuda al respecto. Lo mismo ocurre en el caso de un paciente que manifiesta un estado crítico de
salud y no puede informar de su condición a los médicos.
En fin la ropa nano-tecnológica puede resolver el conflicto a través de detectores de la sangre y presión
arterial para posteriormente enviar la información recibida hacia un centro de atención.
Nanotecnología en Argentina
El primer paso argentino hacia la nueva era de la nanotecnología fue en el año de 2005, cuando se creó por
el Decreto 380/2005 del Poder Ejecutivo Nacional, La Fundación Argentina de Nanotecnología - FAN. Ésta,
es una entidad de derecho privado y sin fines de lucro, que tiene por objetivo el fomento y promoción del desarrollo de la infraestructura humana y técnica del país en el campo de las investigaciones nanotecnológicas.
El sistema científico argentino de nanotecnología está compuesto por cuatro redes de actividad, que
reúnen aproximadamente a 250 científicos.
La aplicación de la nanotecnología en el sector productivo está siendo conducida por la “Fundación
Argentina de Nanotecnología” (FAN), encargada de articular la colaboración entre organismos públicos, empresas y organizaciones del área de ciencia, tecnología e innovación. La FAN está subordinada, desde 2007,
al “Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva” (MINCyT).
Actualmente son más de veinte las empresas que utilizan la nanotecnología en la Argentina y hay cientos
de investigadores abocados a descubrir las nuevas oportunidades que aportan los procesos a escala nanométrica, es decir, de una millonésima parte de un metro.
La FAN y el MINCyT, trabajan para potenciar el área de los nano-intermediarios, de las pequeñas y medianas empresas. De esta forma, hay dos empresas que se desarrollaron gracias a un estrecho vínculo con investigadores, ellas son: Nanotek y Lipomize. La primera, fundada por investigadores e ingenieros argentinos,
viene trabajando en el sector desde 2006. Nanotek hoy produce nano-partículas (nano-metales, nano-óxidos y
nano-aleaciones), desarrolla procesos utilizando nano-partículas (para remediación ambiental, mitigación de
arsénico en aguas de napas, de impregnación de nano-partículas en textiles) y nano-productos para ser incorporados (como estabilizadores de suelos, pinturas, vestuario y accesorios de uso hospitalario, calzados, ropa
deportiva.)
Por otro lado, el caso de Lipomize es similar, aunque más reciente. Se constituyó como empresa en
mayo de 2012, si bien ya venían trabajando desde 2011. La empresa santafesina tiene tres líneas de productos
y una de servicios.
Conclusión
El hombre y todas las especies evolucionan a medida que transcurre el tiempo. ¿Podría haber sido
posible sin los aportes de la tecnología? Probablemente no, los tiempos van cambiando y la sociedad necesita
adaptarse.
La nanotecnología viene a modificar radicalmente varios aspectos de nuestras costumbres, no solamente de cómo vivimos y lo que consumimos, sino también la forma en que realizamos nuestros trabajos en
cualquier área socio-económica.
¿Quién imaginó alguna vez que la ropa podría liberar perfume, medir la presión arterial, absorber por
completo la transpiración o mantener la temperatura corporal adecuada a cada ambiente?
Los productos textiles desarrollados hasta el momento, han demostrado un gran potencial innovador,
que posibilita soñar con aplicaciones de mejoras en el confort, la salud y la seguridad a corto plazo.
Es fundamental que los muchos cambios que trae la nanotecnología, permitan pensar en un desarrollo
armónico en el campo social, para transformarlos en calidad de vida para todos, a fin de que la tecnología no
se separe del humanismo. Que se cumpla con el principio ético de Richard Feynman: “Para lograr un éxito
tecnológico, la realidad debe estar por encima de las relaciones públicas, porque la Naturaleza no puede ser
engañada.”
Webgrafía
http://oni.escuelas.edu.ar/2005/SAN_LUIS/1042/usos_aplica.htm (Consultada el 10/07/13)
http://avances-nanotecnologia.euroresidentes.com/ (Consultada el 10/07/13)
http://blogs.creamoselfuturo.com/nano-tecnologia/2010/09/22/nanotecnologia-textil/
13/07/13)
(Consultada
el
http://www.euroresidentes.com/futuro/avances_cientificos_nanotecnologia.htm Consultada el 13/07/13)
http://docuinfo1nanotecno.blogspot.com.ar/2012/10/que-es-nano.html (Consultada el 13/07/13)
http://kasstelop.blogspot.com.ar/2013/02/porque-telas-inteligentes.html (Consultada el 27/07/13)
http://infouniversidades.siu.edu.ar/noticia.php?id=629 (Consultada el 27/07/13)
http://www.slideshare.net/jlmena/ropa-inteligente-gracias-a-la-nanotecnologa-6833189
08/08/13)
(Consultada
el
http://www.greenfacts.org/es/glosario/abc/biocida.htm (Consultada el 08/08/13)
http://www.soitu.es/soitu/2009/03/10/info/1236685982_621480.html (Consultada el 21/08/13)
http://noticiasdelaciencia.com/sec/tecnologia/nanotecnologia/ (Consultada el 21/08/13)
http://www.ciaindumentaria.com.ar/la-tecnologia-al-servicio-de-la-moda/ (Consultada el 21/08/13)
http://teatrevesadespertar.wordpress.com/2010/12/13/guerra-de-irak-soldados-invisibles/
(Consultada
el
02/09/13)
http://gravedad-cero.org/2009/09/24/feynman-el-padre-de-la-nanotecnologia/ (Consultada el 02/09/13)
http://www.infotechnology.com/revista/Que-es-la-nanotecnologia-y-como-puede-utilizarse-20130731-0001.
html (Consultada el 02/09/13)
http://apttperu.com/web/?wpdmact=process&did=MjcuaG90bGluaw== (Consultada el 02/09/13)
http://www.scielo.org.ar/scielo.php?pid=S1853-35232012000400010&script=sci_arttext
02/09/13)
(Consultada
el