Investigación y desarrollo en materiales textiles






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Textiles inteligentes
Investigación y desarrollo en materiales textiles





Prendas con funciones inteligentes


El sector textil indumentaria a nivel internacional tiene una facturación de 365 mil millones de dólares que representa el 6% de la facturación del comercio internacional. A su vez, la indumentaria es el sector que lidera la tasa de crecimiento del comercio internacional (7.2% versus el 5.7% del promedio).

Durante 50 años la moda quedó acotada a la fluctuación de estilos y colores en contraposición a una situación de estabilidad en la tecnología de producción empleada y en los materiales disponibles. La presencia de cada vez más marcas así como el acortamiento de los ciclos de vida del producto, ante un comprador que exige novedades permanentemente, han creado un entorno competitivo sin precedentes.

Las formas organizativas de este sector corresponden a dos tipologías bien diferenciadas:
-Productos moda y técnicos: artículos de producción muy segmentada, pequeños lotes con diseño, color, formas, estructuras, nuevos materiales, detalles determinados por las tendencias de la moda y las necesidades de nichos (deportes de alto rendimiento, salud, protección, etc). El advenimiento de sistemas de producción masiva personalizada no implica productos a medida sino a partir de un cuidadoso análisis sobre los aspectos que el consumidor determina como importantes. La diferenciación se logra en las últimas etapas del ensamble con tecnología y organización y con el empleo de materiales especiales.
-Prendas estandarizadas: no tan vulnerables a los cambios de moda que podríamos caracterizar como commodities tales como T shirt, jeans, prendas básicas, etc., que corresponden a grandes volúmenes de producción basados en el bajo costo de la mano de obra, siendo el elemento clave de estos productos la calidad y el bajo precio.


Investigación y desarrollo en el sector textil. Etapas del proceso


Desde hace algunos años, se impulsa con mucha fuerza la investigación de nuevos materiales en casi todos los centros de investigación especializados de Europa, Estados Unidos y Asia, especialmente Japón. The National Science Foundation reconoció que el desarrollo de los nuevos materiales fue uno de los seis descubrimientos científicos que más impacto tuvo en la calidad de vida de las personas.

Tal como se menciona en el Journal of the Textile Institute (vol 91, 2000) denominado “Tecnologías para la Nueva Centuria”, la innovación en el sector textil en la primera mitad del siglo XX se basó en la química: nuevas tinturas, terminaciones en tejidos y nuevas fibras. Durante la segunda mitad, la electrónica y la ingeniería permitieron grandes avances en la maquinaria. En la actualidad, se observa que en la primera mitad del siglo XXI los grandes cambios del sector estarán basados en la física y mecánica de fibras.

Por otra parte, en la publicación de Physics World (Diciembre 1999), Stanley Williams de Laboratorios Hewlett Packard, se refiere a tres tipos de desarrollo científico que cambiarán nuestras vidas: la nanotecnología, la ciencia de la información y la biología molecular. Todas ellas tienen un alto impacto en el desarrollo de la industria textil para la nueva centuria. De acuerdo al Journal Future Materials de septiembre-octubre 2003, las empresas están trabajando en textiles inteligentes que pueden cambiar sus propiedades físicas de acuerdo al medio ambiente en el que se encuentran o bien monitorear los signos vitales de una persona.

Si observamos las etapas de fabricación, desde la polimerización en el caso de las fibras sintéticas hasta el producto final, podemos observar la importancia que hoy tienen otros campos del conocimiento en el desarrollo de procesos y productos con el fin no sólo de lograr mayor confort y estética, sino como contribución a la calidad de vida de la sociedad. Ésta puede lograrse a través de nuevas funciones vinculadas al cuidado de la salud, la medicina, la protección, la seguridad y por medio de procesos que cuiden el medio ambiente.




Etapas del proceso textil y contribución de otras áreas del conocimiento


Exigencias del consumidor y desarrollo del sector


La aparición de nuevos materiales para el sector textil tiene un momento clave: el lanzamiento en Japón, en la década del ´80, de las fibras Shin-gosen, término que significa “nuevos sintéticos”. A partir del desarrollo de nuevos métodos de producción de las fibras sintéticas tradicionales fue posible la obtención de microfibras y luego de ultramicrofibras.
Es de destacar el cambio de concepción de las fibras artificiales y sintéticas surgidas a principios del siglo XX desde una función imitativa de las fibras naturales, a una fase de superación con nuevas prestaciones que da origen al concepto de “textiles inteligentes” o “smart textiles”.

De esta manera, la evolución de las necesidades de los usuarios y sus exigencias respecto a los materiales textiles marca diferentes etapas. Por ejemplo, hacia mediados del los ‘90, entre los criterios principales, la industria textil consideraba el del confort. Hacia el año 2000, se tuvieron en cuenta otros aspectos, como por ejemplo el de la ecología y en la actualidad se identifican exigencias en relación a la salud y la versatilidad del material. A partir de estos cambios, han comenzado a surgir nuevas denominaciones hacia los productos del mundo textil como ecotextiles, smart textiles, nanotextiles, aerotextiles, geotextiles, medical textiles, sport textiles, fashion textiles, textiles inteligentes, etc.


Etapas en las que se introducen nuevos materiales en el proceso textil


Podríamos sintetizar en tres etapas separadas o combinadas las posibilidades de obtener un producto con materiales diferenciados: la selección de fibras; el proceso de terminación de tejidos y la incorporación de microelectrónica en prendas.

La materia prima fundamental para que un producto sea considerado textil son las fibras textiles. La selección de las mismas depende de numerosos condicionantes, siendo el más importante el uso final al que está destinado el producto. Las fibras se clasifican en tres grandes grupos: Naturales, Artificiales o Manufacturadas y Sintéticas. Para el desarrollo de un producto es habitual las mezclas entre ellas combinando así propiedades.

Dentro de la secuencia de procesamiento textil, luego del proceso de tejeduría, sigue el de tintura y estampado que da a los materiales el color y el diseño deseado respectivamente. Posteriormente, siguen tratamientos físicos o químicos que le otorgan a los tejidos propiedades especiales denominados de terminación o finishing. Entre los procesos físicos más innovadores, se ubican los tratamientos con plasma que permiten cambiar las características superficiales de fibras y tejidos y modifican fundamentalmente las propiedades vinculadas a la higroscopicidad de los materiales transformando su nano estructura. Adicionalmente, encontramos tratamientos mecánicos que modifican la superficie de los tejidos, como la microfibrilación y compactación, entre otros. Dentro de los tratamientos químicos se destacan los métodos biológicos (enzimas) que cambian la superficie de los tejidos con efectos especiales y tactos más suaves.

Un campo en permanente crecimiento es la aplicación de nano sustancias que le confieren a los tejidos nuevas propiedades. El uso de nanocompuestos o los procesos de nano cambios superficiales, nano-finish y nanofibras lideran los llamados “smart textiles”. Se estima que en los próximos 2 a 3 años los productos textiles con nanotecnología representarán un valor en el comercio internacional de 150 millones de dólares.


Algunas propiedades inéditas de materiales con tecnología nano:

· Antimicrobianos: no permiten desarrollar olor a transpiración
· Antiácaros: para alérgicos
· Anti-UV: protector solar
· Luminiscencia: para seguridad
· Reflectancia: permite desarrollar indumentaria que por sus propiedades de camuflaje logra mimetisarse con el medio exterior.
· Autolimpiante: impide que penetren las manchas
· Microencapsulado: para mantener la temperatura corporal
· Materiales que respiran: impermeables al agua pero permeables para eliminar la transpiración




 

Materiales textiles con microelectrónica


A partir de la miniaturización de la electrónica se han desarrollado dispositivos que se integran con los tejidos en la prenda permitiendo las exigencias del uso (flexibilidad y sistemas de limpieza) e integrando funciones inteligentes. De esta manera, los textiles pueden cumplir dos funciones: integrarse como nuevo material flexible, liviano y de bajo volumen en equipos electrónicos tradicionales, como por ejemplo teclados de computadoras y de instrumentos musicales, y formar parte de nuevas funciones a las prendas y otros textiles desde la microelectrónica. Por ejemplo, swich en prendas profesionales para manipular equipos o en prendas integradas con ambientes inteligentes del hogar u oficina (manejo de electrodomésticos, computadoras, comfort ambiental, alarma de seguridad, etc.). También, en prendas deportivas con capacidad de registros de perfomance y ritmos, entre otros usos.

Perspectivas generales del sector


La industria textil a nivel internacional ha comenzado el siglo XXI con grandes transformaciones después de décadas de estancamiento. Las mismas obedecen a nuevas exigencias del consumidor y por ende a la comercialización y al avance en otros campos científicos y tecnológicos que cambiaron dramáticamente la comunicación con el cliente y por consiguiente la logística y organización de la empresa. Fundamentalmente los avances en la microelectrónica, la biología y la nanotecnología incorporaron nuevos procesos y materiales.
Cabe destacar que este sector por la mano de obra que ocupa y por el volumen de negocios que representa es de gran importancia en las economías de los países consumidores como productores. Sin duda, la industria textil hoy se encuentra en la búsqueda de un camino competitivo que a través de la innovación pueda desarrollar nuevos productos con funciones que mejoren la calidad de vida con alto valor agregado.

La innovación de producto a partir del conocimiento disponible se debe basar en las oportunidades de nuevos materiales así como en el uso de materiales tradicionales disponibles en la región, con modificaciones estructurales innovadoras vinculadas fundamentalmente con la ingeniería de materiales. La misma ha desarrollado técnicas y procesos de posible aplicación en materiales textiles, tales como tecnología de polímeros en general, desarrollo de materiales compuestos, reciclado, polímeros naturales así como la aplicación de nanotecnología en fibras y procesos superficiales.
Tenemos una importante oportunidad a partir de materias primas autóctonas, únicas en algunos casos, que con desarrollos en I&D pueden aportar productos extraordinarios que se inserten como materiales innovadores

Tejidos inteligentes I


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22/11/2007

El sector textil puede sufrir en unos cuantos años una gran revolución que puede llegar a mejorar la calidad de vida de forma inimaginable.
[img]http://www.ounae.com/dotclear/images/Ciencia_y_salud/sensatex_01.jpg[/img]
Tejidos con unas características muy peculiares, a continuación se citarán algunas:

* Trajes de baño que se secarán instantáneamente.
* Ropa interior capaz de mantener alejados los microbios.
* Perfumes o cosméticos para perfumar la ropa
* Abrigos realzados con fibra óptica.
* Tejidos que se adaptan a la temperatura exterior y permiten la transpiración.
* Microfibras especialmente diseñadas para disminuir el cansancio.
* Trajes equipados con calefacción.
* Trajes con sensores que miden el estado de salud del usuario.
* Ropa que permita escuchar música mp3 o insertar en ella un teléfono celular.
* Telas que no se manchan.
* Telas que emitan ondas radio o que actúen como un teclado.
* Tejidos ultraflexibles
* Prendas deportivas de alta competición permitiendo mantener el tejido seco y aislado del sudor.

A continuación se va a explicar algunos de los tejidos inteligentes que más interesantes me parecen. Existen muchas más aplicaciones de estas telas y variantes de las mismas, y les dedicaremos en total tres post consecutivos.

TELAS DE APLICACIÓN DEPORTIVA

A los consumidores les interesan las aplicaciones, por ejemplo, en prendas deportivas de alta competición permitiendo mantener el tejido seco y aislado del sudor.Están por llegar las microfibras y ultramicrofibras que dan lugar a materiales absorbentes de la humedad, con una gran capacidad de transpiración.
En los Juegos de Invierno 2006 de Turín algunas empresas presentaron sus innovaciones con trajes ligeros que protegen al esquiador de golpes en las pruebas de slalom sin quitar movilidad al esquiador. Se trata de un traje ligero que protege de golpes y rozaduras que pueden causar los banderines por los que pasan constantemente reduciendo su velocidad debido al dolor del roce. La autora de estos trajes es una empresa inglesa llamada d3o Lab (el material también se llama así). Con este material lo que se consigue es que las moléculas se concentren en el punto del impacto absorbiendo la fuerza; luego vuelven con rapidez a su forma inicial sin romperse al cabo del tiempo. Se aplica también en otros campos: zapatillas para skaters, cascos livianos para proteger a los esquiadores y se están diseñando buzos de arqueros, guantes y canilleras con protección eficiente y ultraliviana que serán lanzados en el próximo Mundial de Fútbol.

TELAS QUE NO SE MANCHAN

Se trata de fibras tratadas con aprestos sustancias con las que se impregnan, basados en fluocarburos no volátiles y que, por ello, no son agresivos para el Medio Ambiente. Si les cae aceite, se limpian con un trapo sin dejar señal alguna porque en realidad, al apresto ha impedido el contacto.
Como puede comprobarse, es un campo de aplicaciones ilimitadas. Si se utilizan medicamentos o productos antibacterianos se obtienen tejidos terapéuticos o preventivos. Si se tratan con perfumes o cosméticos, se consigue ropa perfumada, e incluso en un futuro no muy lejano autobronceadora.

Tejidos inteligentes II


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22/11/2007

Si se utilizan colorantes orgánicos termosensibles, los tejidos cambian de color según la temperatura ambiental o corporal. Aunque los aprestos con el uso continuado pueden perder sus propiedades, en los laboratorios se trabaja ya con fibras que incorporan estas características.

TEJIDOS TERMOCROMATICOS

Se llama así a los tejidos cuyos colores cambian según la temperatura ambiental o corporal, aparecen o desaparecen bajo el efecto de variaciones de temperatura o de la luz.  Utilizan tres clases de materiales: los termocromos, los cristales líquidos, los fotocromos.
Los tejidos mismos no son termocromos, son ciertos colorantes siendo extremadamente sensibles y frágiles estas sustancias termocromicas y fotocromaticas así como los cristales líquidos están frecuentemente microencapsulados, concretamente en los soportes textiles sometidos a frotamiento, a uso frecuente y al lavado. Sus aplicaciones más importantes son: moda, balnearios, sectores profesionales: seguridad y prevención de riesgos.

TEJIDOS ELECTRONICOS

Se ha inventado ya una chaqueta electrónica que reproduce música y se conecta a un teléfono móvil. La chaqueta conocida como mp3blue incorpora la tecnología inalámbrica Bluetooth y un reproductor musical MP3 controlado por un teclado textil en la manga. La chaqueta incorpora un módulo electrónico, que contiene una batería recargable que dura unas seis horas, y que se puede retirar para lavar la chaqueta. El sistema musical se convierte en un aparato para hacer y recibir llamadas telefónicas.
También desarrolló una alfombra inteligente que está dotada con microchips y sensores que recogen información sobre lo que está ocurriendo en la superficie de la alfombra.

TEJIDOS ULTRAFLEXIBLES DE FIBRA DE CARBONO
[img]http://blogs.creamoselfuturo.com/nano-tecnologia/wp-content/uploads/2007/11/telas2.miniatura.jpg[/img]

Un tejido de nanotubos de carbono parece comportarse como una espuma ultracompresible. Podría ser utilizado para gran variedad de aplicaciones. A diferencia de las espumas o esponjas habituales, cuya baja densidad les hace menos robustos, este tejido es a la vez ligero, fuerte y comprimible. Puede ser comprimido un 15% de su longitud normal y recuperar su estado original de manera perfecta. Esta acción se puede realizar miles de veces sin que la capacidad de resuperación del sistema se resienta. Además es resistente a las altas temperaturas y al ataque químico. Puede resistir de 12 a 15 megapascales de presión cuando las típicas espumas de poliuretano o látex solo resisten de 20 a 30 kilopascales.
Los investigadores descubrieron esta propiedad un poco por casualidad cuando querían ver el comportamiento de un bosque de nanotubos de carbono frente a la compresión. Se sabía que un nanotubos de carbono posee cierta flexibilidad pero no demasiada. Pero por alguna razón cuando se colocan muchos juntos en paralelo la flexibilidad del conjunto es muy alta. Para crecer este bosque de nanotubos los investigadores usan una deposición química de vapor de xileno a 800 grados centígrados ayudada por una catálisis basada en hierro.
Cada nanotubo consta de varios cilindros de carbono anidados unos dentro de otros. Todos ellos forman lo que han llamado un bosque de bambú a una escala muy pequeña. Si lo reescalasemos de tal modo que cada tallo de bambú midiera unos 2,5 cm su longitud sería de un kilómetro.
El equipo ha encontrado que además se podrían ajustar las propiedades del material para obtener las características más deseadas.
Debido al alto precio de este tipo de materiales no se espera que alcance el mercado de consume en forma de envoltorios de protección, pero esperan usarlo en dispositivos micromecánicos y sistemas de absorción de impactos. Como es conductor de la electricidad podría ser también un buen material para conexiones electromecánicas.

TEJIDOS ANTIBACTERIAS

Se está creando ropa para aplicaciones militares y médicas que actúan como una barrera contra las toxinas, mata bacterias y permiten una adecuada transpiración. Se basa en la conexión de membranas porosas con moléculas polímeras que matan bacterias. Los resultados de este avance podrían dar mejor rendimiento en aquellas situaciones en las que se necesita una resistencia a líquidos o vapor, por ejemplo médicos y enfermeras o soldados expuestos a patógenos.
En el año 2000 un profesor de una universidad de California descubrió un método para adjuntar moléculas de polímeros con cloro a fibras textiles que mataba de forma casi instantánea a bacterias sin resultar dañino para la piel humana. Utilizando esta nueva tecnología en el 2005 se sacó al mercado calcetines sin olor y sábanas anti-bacterianas además de otros productos.
También en 2005 se crearon prendas militares con capacidad de atrapar y matar agentes tan mortales como el ántrax. Estos nuevos materiales permiten traspasar el sudor pero actúan como barrera contra bacterias. Es ilimitado el uso de compuestos para mejorar las características de los tejidos y en España ya existen empresas del sector textil que estan invirtiendo en tejidos técnicos de todo tipo.

TEJIDOS PARA MEDIR EL ESTADO DE SALUD

Se está estudiando ropa interior que sería capaz de reaccionar a las variaciones corporales iónicas, características de las alertas cardiovasculares o diabéticas y que, por lo tanto, podrían vigilar las funciones vitales. De hecho, investigadores  han desarrollado un sujetador cuya materia textil puede memorizar datos y emitir una señal en caso de problema cardíaco.
Esta tecnología se llama Functional Electrical Therapy (FET). Dicha tecnología se basa en la estimulación de ciertas funciones motrices gracias a electrodos que transmiten microcorrientes eléctricas. Se pretende llegar a integrar esta ayuda motriz por FET en una estructura textil que proporcionaría al paciente una comodidad de utilización sin igual con respecto a los dispositivos actuales de aplicación. Para ello, se pretende poner a punto un tejido sensorial que contenga fibras conductoras adecuadas que garanticen el paso de las microcorrientes

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