Tecnologia

El fabricante textil japonés Toyobo ha desarrollado un material que aplicado en la parte interna de la ropa puede medir ritmos biológicos como la frecuencia cardíaca, la respiratoria y la sudoración.

El denominado «cocomi» es un material macilento altamente conductivo que se coloca entre capas de resina a modo de circuito, según explica la compañía en un comunicado.

La parte que toca la piel recibe señales eléctricas de los músculos apenas perceptibles y envía los datos a un teléfono inteligente u otro dispositivo similar que muestra la información.

La compañía planea utilizar el material en prendas de deporte gracias a sus altas propiedades elásticas y a lo fino que es (unos 0,3 milímetros de grosor). El material también podría encontrar usos en campos como la medicina.

El tejido cocomi es aplicado en indumentaria para tomar datos biológicos

Lograr esta elasticidad fue un «reto» para Toyobo, ya que los materiales conductores convencionales no son elásticos y carecen de precisión dada su incapacidad de «seguir adecuadamente el movimiento del cuerpo».

«Es posible conocer el estado fisiológico y psicológico de una persona a través datos recogidos por el dispositivo conociendo, por ejemplo, el grado de relajación o somnolencia de un individuo», explicó el fabricante.

La compañía indicó que el material «cocomi» también puede aplicarse a otras superficies que no sean ropa.

Toyobo, que decidió invertir en este campo debido al «creciente interés que generan los dispositivos de medición de información biológica para vestir», planea comercializar el material en 2017 de forma conjunta con otras empresas del sector textil y de diversas áreas.

Durante ese año, la compañía prevé unas ventas de unos 200 millones de yenes (1,47 millones de euros/1,65 millones de dólares).

El fabricante textil Toray y la compañía telefónica nipona NTT presentaron el pasado año una propuesta similar, un tejido para elaborar prendas capaces de tomar el pulso y medir otras constantes vitales.
 

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Nanotecnología en textiles

Los avances experimentados con los nanomateriales, es decir materiales de tamaño diminuto que tienen la habilidad de controlar la función de materiales al nivel atómico o molecular, están impactando en la vida diaria. El mundo textil ha entrado también a esta tendencia con muchos nuevos productos que están siendo lanzados al mercado. En una nota el Dr. Philip Bradford explica qué son los nanomateriales y porqué ya son una fuente significante de innovación en la industria textil.

Los nanomateriales son elementos cuyas dimensiones características son en el orden de nanómetros (nm). Dependiendo de la definición que se desee, esto puede significar menos de 100 nm o menos de 1.000 nm (1 micrón). Sin embargo, se acepta generalmente que las estructuras de menos de 500 nm caen en la gama de los nanomateriales.

Aunque los nanomateriales no son un invento humano -el humo, la ceniza volcánica, y el rociado de sal marina son a menudo de dimensiones de nanoescala- la idea de desarrollar procesos que permiten la síntesis controlada de materiales con dimensiones de nanoescala forman la base de la nanotecnología.

La fuerza principal para el uso de la nanotecnología para modificar los textiles es la oferta de un creciente número de funciones y mejoramientos en el rendimiento o desempeño. Con la disminución de las dimensiones, muchas de las propiedades asociadas con un material de gran volumen pueden cambiar de manera significante en la escala nano. Estos materiales pueden tomar la forma de fibras, partículas o revestimientos. Los textiles se pueden crear directamente usando 100% nanomateriales. Un buen ejemplo de esto son las napas de no tejidos hechas de nanofibras. Sin embargo, también es común que las fibras y estructuras textiles establecidas se puedan modificar en alguna manera usando un nanomaterial.

Nanofibras
Durante la última década se han visto mayores avances en las tecnologías para la producción de nano-fibras. Las nanofibras son deseables en muchas aplicaciones debido a que poseen muchas de las mismas propiedades de las pequeñas microfibras. Sin embargo, a medida que las fibras continúen disminuyendo su tamaño, hasta el campo nano, se presentan enormes incrementos en área de superficie específica — área de superficie normalizada como por la masa.

Como ejemplo, una fibra típica de polímero con 1 micrón de diámetro tiene un área superficial de aproximadamente 4 metros cuadrados por gramo (m2/g). Esta misma fibra con un diámetro de 100 nm tiene un área de superficie específica de 40 m2/g. Este incremento permite obtener una gama de propiedades mejoradas y ofrece nuevas aplicaciones potenciales.

La mayoría de las nanofibras son débiles debido a una carencia de estirado durante el proceso de producción, de modo que es común que los tejidos no se fabriquen enteramente con nanofibras, sino más bien que las nanofibras sean usadas como revestimiento para impartir funciones deseadas a un tejido básico.

Los tejidos de nanofibras son altamente deseados en los casos en que los textiles se usan en aplicaciones tales como la filtración de aire y líquidos, en membranas químicas, en catálisis, en la entrega de productos químicos, y en substratos biológicos.

Una de las maneras más deseables para la fabricación de nanofibras es mejorando las tecnologías comerciales existentes, de modo que se puedan producir una amplia gama de tamaños de fibras, desde micro hasta nano. El meltblown es una de tales tecnologías establecidas, y que es esencial para la industria de los no tejidos.

Los equipos de meltblown producen típicamente fibras hasta la gama de micrones. Sin embargo, máquinas de diseño especial y de molde especial han producido verdaderas nanofibras en la gama de 300 a 500 nm (M. Hassan et al. Journal of Membrane Science, 2013), con máquinas de meltblown disponibles comercialmente.

La modificación de los procesos tradicionales para llegar hasta el nivel de diámetros de 100 nm ha probado ser un desafío. Por esta razón, se han desarrollado múltiples tecnologías exclusivamente para producir nanofibras de diámetro pequeño. La electro-hilatura fue la primera de estas técnicas que fueron estudiadas y comercializadas. En este proceso, se usa un gran potencial eléctrico para extraer las fibras de un líquido, típicamente una solución de polímero, para convertirlo en un substrato molido.

Muchas máquinas de electro-hilatura producen solo lotes de nanofibras, pero también están disponibles en el comercio máquinas que producen de rollo a rollo, siendo la firma Elmarco, de la República Checa, el mayor jugador en este campo. Las nanofibras se pueden crear también conduciendo una solución de polímero o de polímero derretido a través de un pequeño orificio en rotación a altas velocidades. La rotación crea una gran fuerza centrífuga que lleva las fibras a la escala nano.

La comercialización de esta tecnología ha sucedido rápidamente con máquinas de rollo a rollo ofrecidas ahora por la firma FiberRio Technology Corp., de McAllen, Texas. Xanofi, basada en Raleigh, N.C., es otra compañía que ha expandido sus ofertas de nanofibras comerciales, y su tecnología depende en fuerzas de corte líquido que estiran pequeñas gotas de una solución de polímero. El corte es creado por dos cilindros concéntricos, uno de los cuales gira a altas velocidades. Las gotitas de solución de polímero son suspendidas en un antisolvente, lo que extrae el solvente de las gotas de solución a medida que son estiradas por las fuerzas de corte. Esto resulta en la creación de napas grandes de nano-fibras.

La producción de las nanofibras de polímero de menos de 50 nm no se ha demostrado por técnicas comerciales de producción de nanofibras. Sin embargo, fibras de este pequeño tamaño se pueden producir ahora fácilmente y han sido estudiadas por científicos de materiales durante dos décadas.

Los nanotubos de carbono son ampliamente conocidos como fibras de nanoescala que exhiben propiedades mecánicas extremas y una elevada conductividad eléctrica y térmica. Varían en diámetro de 1 a 40 nm, pero la longitud es a menudo solo de micrones y existen típicamente como polvo negro. Recientes avances en el proceso han incrementado dramáticamente la longitud de los tubos, de modo que se pueden convertir en hilos cortados estables y en napas de no tejidos.

Nanocomp Technologies, de Merrimack, N.H., y Teijin Aramid, de Japón, están a la vanguardia del desarrollo y comercialización de estos nanomateriales. Nanocomp Technologies produce hilos cortados de nanotubo de carbono seco, así como géneros laminados, de manera directa y continua desde sus hornos de producción de nanotubos de carbono, mientras que Teijin Aramid hila sus fibras de nanotubo de carbono de alto rendimiento usando una solución.

Fibras nanomodificadas
Aunque la producción de nanofibras continuará su crecimiento y expandirá las posibilidades para los textiles, su participación en el mercado de fibras seguirá siendo relativamente pequeño en el mundo textil en el futuro cercano. Sin embargo, hay otra oportunidad de crecimiento para la adopción de nanotecnología en la industria textil, a través de la modificación de fibras y tejidos con nanomateriales.

Las aplicaciones para estas modificaciones son numerosas, pero algunos de los usos principales incluyen propiedades antimicrobiales, autolimpieza fotocatalítica, propiedades ópticas modificadas, mejores propiedades mecánicas, mejor resistencia térmica, calentamiento resistivo, resistencia a la luz ultravioleta, superficies rugosas de escalas múltiples, conductividad eléctrica, y compatibilidad de la célula y entrega de medicinas en aplicaciones biomédicas. Estas modificaciones caen en tres categorías de nanopartículas llenadas, nanopartículas revestidas, y fibras revestidas con una lámina delgada.

Aunque la ciencia de polímeros y el acabado superficial han provisto muchos avances para las fibras y tejidos, algunas necesidades de rendimiento se cubren mejor con la adición de partículas pequeñas -a menudo inorgánicas- a las fibras. La adición de partículas de tamaño micro a los polímeros para la hilatura de fibras a menudo disminuye dramáticamente las propiedades mecánicas de las fibras y puede tapar el empaque de hilatura. La reducción del tamaño de las partículas a la escala nano minimiza estos efectos al mismo tiempo que provee la misma función.

Las nanopartículas se pueden mezclar íntimamente con el polímero de modo que se puedan dispersar a través del espesor de la fibra, o pueden residir en la superficie de la fibra. Las nanopartículas incrustadas dentro de las fibras permanecen firmemente en su lugar y exhibirán buenas propiedades al desgaste. Sin embargo, si la partícula necesita estar cerca de la superficie para contribuir a la función, muchas partículas no participan en el proceso. Esta opción es a menudo la mejor si las fibras se van a usar en confecciones, en donde un desempeño de degradación y la exposición a largo plazo a las nanopartículas es algo no deseable.

Por otra parte, las nanopartículas que residen permanentemente en la superficie de las fibras serán mucho menos durables pero contribuirán a la funcionabilidad de la superficie. Esta configuración es más apropiada para los productos técnicos que tienen poco desgaste durante su uso, o para productos médicos en donde se desea que el cuerpo absorba nanopartículas terapéuticas en la superficie.

Las fibras se pueden revestir también con láminas delgadas de materiales inorgánicos con espesores de nanoescala controlados. Muchas de las técnicas usadas en la industria textil han sido adaptadas de técnicas de deposición desarrolladas en un principio para las industrias micro-electrónica y fotovoltaica. Ejemplos de este revestimiento con lámina delgada incluyen:
Deposición electroless, usada para conformar fibras de polímero metalizado no conductivo a través de una reducción de sales de metal en solución.

Chisporroteo, usado para revestir la superficie de tejidos con casi cualquier material inorgánico, incluyendo oro, plata, óxidos de metal y nitruros de metal. Esto se logra a través del bombardeo de un material de meta inorgánico por una descarga de plasma reluciente, lo cual provee un vapor para la subsiguiente deposición.

Deposición de capa atómica, el estándar usado para los revestimientos inorgánicos de tipo ultra conformes en las superficies, incluyendo en fibras individuales dentro de los hilos y tejidos. El control del espesor a nivel atómico se logra a través de dos reacciones de fase de gas controladas y alternas, en la superficie del material.

Deposición sol gel, usada para revestir fibras con láminas densas de nanopartículas inorgánicas. La sílica es a menudo el material depositado, y el control de la rugosidad de la partícula de nanoescala ha mostrado que produce tejidos con propiedades superhidrofóbicas y de auto-limpieza, sin necesidad de usar polímeros fluorinados.

¿Qué sigue después?
Una de las mayores áreas de desarrollos textiles recientes ha sido en textiles inteligentes, en donde los tejidos son integrados con aparatos electrónicos. Las más recientes adiciones en este campo son capaces de recolectar energía del usuario o del medio ambiente, almacenar la energía, y luego accionar los aparatos con esta energía. Sin embargo, todos estos componentes microelectrónicos están adheridos físicamente al tejido de alguna manera.

Muchas personas en este campo se imaginan futuros textiles inteligentes en donde las fibras mismas contienen los aparatos, haciendo por una función inteligente integrada y uniforme. Gracias a la nanotecnología, porciones de este futuro están comenzando a emerger. Aparatos de una sola fibra se han convertido en un tópico caliente en las revistas de materiales superiores y de nanotecnología.

Unos pocos ejemplos de esto incluyen fibras de supercapacitor estirables y de estado sólido (Y. Meng et al. Advanced Materials, 2013); células solares basadas en fibras (T. Chen et al., Nano Letters, 2012); baterías o pilas de una sola fibra (W. Wang et al. Nano Letters, 2014); y fibras que recolectan energía piezoeléctrica (M. Lee et al., Advanced Materials, 2012). Estos son sistemas de fibras de múltiples componentes que son solo posible gracias a la ingeniería de la aplicación precisa de los nanomateriales en las fibras. Aunque la producción comercial de estas estructuras todavía se va a demorar un poco, la nanotecnología y los nanomateriales son claramente la fuerza impulsora para el desarrollo de la próxima generación de textiles avanzados y funcionales.
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El Dr. Philip Bradford es profesor asistente del Colegio de Textiles, Departamento de Ingeniería Textil, Química y Ciencia de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, en Raleigh, N.C. Su investigación incluye la síntesis de nanotubos de carbono, la fabricación de tejidos no tejidos usando estos nanotubos de carbono, y aplicaciones novedosas de estos materiales. Este artículo está basado en una disertación del Dr. Bradford durante el ‘Foro a la Innovación’ realizado por la revista Textile World.
 

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Textiles Panamericanos / Comunidad Textil
 

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