Nanotecnología aplicada a textiles en el II Congreso Textil Colombiano

II CONGRESO TEXTIL COLOMBIANO

NANOTECNOLOGIA APLICADA A LOS
TEXTILES

PRESENTA: EDITH CAICEDO DAZA
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA
TEXTIL , INSTITUTO POLITÉCNICO
NACIONAL- MÉXICO-

Medellín, Agosto de 2009 1


La Nanotecnologia ha sido bautizada como:

“La segunda revolución industrial en el siglo
XXI”
Es una ciencia que tendrá un gran impacto en la sociedad
y en el modo de ver y sentir todo lo que nos rodea y sobre
todo en el ámbito de los textiles viene a refrescar, a
introducir un nuevo concepto de producir y de consumir
los materiales que se desarrollen bajo estas tendencias
tecnológicas.

“Hay suficiente espacio en el fondo “ , Richard Feyman ,1959



Nanotecnología es una palabra que tiende a intimidarnos. Pero si miramos a nuestro alrededor,
la nanotecnología está en todas partes. La mayoría de reacciones biológicas y químicas tienen
lugar a nivel nano. Así funciona la naturaleza.

Un nanómetro es muy pequeño. Es la billonissima parte de un metro. Un nanómetro es para un
metro lo mismo que un balón con un radio de unos 15 centímetros es para 155000 kilómetros.
Estos materiales a esa escala no podemos verlos ,ni siquiera en microscopios convencionales,
porque son demasiado pequeños. Para verlos, nos hacen falta herramientas sofisticadas como
microscopios electrónicos con láser y atómicos.

Para ver un pelo o una mosca, solo necesitamos nuestros ojos. Para ver bacteria, nos hace
falta un microscopio. Para ver virus y transistores nos hace falta un microscopio electrónico. Y
para ver nanomateriales necesitamos microscopios atómicos (los llamados "atomic probe").



Qué es la nanociencia? La palabra nanociencia está compuesta de dos palabras: la palabra en latín "Nanus" que quiere

decir enano, y la palabra Ciencia. La nanociencia es distinta a las otras ciencias porque aquellas
propiedades que no se pueden ver a escala macroscópica adquieren importancia, como por ejemplo
propiedades de mecánica cuántica y termodinámicas. En vez de estudiar materiales en su conjunto,
los científicos investigan con átomos y moléculas individuales. Al aprender más sobre las
propiedades de una molécula, es posible unirlas de forma muy bien definida para crear nuevos
materiales con nuevas e increíbles características.

1 milímetro = 1.000.000 nanómetros
Bacteria y células son demasiado grandes para nanociencia. Pero un virus, un átomo y una molécula
tienen un tamaño nanométrico. A la escala nanométrica, los materiales tienen un comportamiento
muy distinto al de propiedades más grandes

BUCKY BALLS Medellín, Agosto de 2009 4


• Por qué es importante la nanotecnología?
La nanotecnología es tan importante porque podría tener el potencial para resolver muchos de los
problemas de la humanidad. Si se desarrolla de forma responsable, la nanotecnología podría
resolver problemas en los países más pobres del mundo tan importantes como enfermedades,
hambre, falta de agua potable y falta de casas.

Con ayuda de la nanotecnología, en el futuro se podrán lograr los siguientes beneficios:
 Fabricar nuevos materiales como ropa que cambia de color, nuevos materiales para la construcción
que se auto limpian
 robots con capacidad de "ver" y "sentir"....
 Nuevos tecnologías de la información, tales como la computación cuántica y
 microchips capaces de almacenar trillones de bytes de información en un aparato tan pequeño como
la punta de un alfiler
 Avances médicos, incluyendo la administración de medicinas y la detección y tratamiento de
enfermedades como el cáncer.
 Con la nanotecnología se podrá construir pequeños "naves sanguíneas" que transportan medicinas
directamente al tumor de un cáncer para destrozarlo
 Beneficios para el medioambiente como la purificación de agua, sistemas para controlar la contaminación, nuevas
fuentes de energía sostenible y limpia


RESEÑA HISTÓRICA SOBRE NANOTECNOLOGIA

QUE ES UN NANOTUBO DE CARBÓN?

Harry Kroto, Bob Curl, and Rick Smalley descubrieron esferas de carbón puro en 1985. Las llama
"Buckyballs" (pelotas de Bucky) en honor a Buckminster Fuller
• En 1991 Sumio Iijima descubrió nanotubos de carbón cuando estaba realizando investigaciones con
Buckyballs.
• Desde entonces se ha investigado mucho para comprender la ciencia detrás de estos nanotubos que
solo miden un nanómetro en diámetro.
• Los nanotubos de carbón son las fibras más fuertes que se conocen. Un solo nanotubo perfecto es
de 10 a 100 veces más fuerte que el acero por peso de unidad y poseen propiedades eléctricas muy
interesantes.



Al descubrir Ijima estas estructuras permitió que se tenga conocimiento de una nueva variedad de
materiales formados por capas de grafeno plegadas sobre sí mismas y estas dan lugar a estas
especies químicas que se denominan “nanotubos”.
Estos nanotubos adquieren propiedades mecánicas que entre 50 y 100 veces superiores a las del
acero. Por otro lado si se calientan estas estructuras estos se abren sobre sus extremos
quedando solo su superficie lateral que está compuesta por hexágonos y que en el interior del
mismo se pueden introducir diversas especies químicas como: sulfuros metálicos, óxidos , gases
diversos y proteínas. Esta característica abre toda una gama de posibilidades para trabajar con
materiales mediante diferentes procesos.
También a través de la asociación de diferentes fullerenos se logran la creación de nuevos
materiales, abriendo el abanico de nanomateriales.

FULLERENO: ES UNA FORMA ALOTROPICA DEL CARBONO QUE EN QUÍMICA ES LA
PROPIEDAD QUE POSEEN CIERTOS ELEMENTOS QUÍMICOS DE PRESENTARSE BAJO
ESTRUCTURAS MOLECULARES DIFERENTES. LOS FULERENOS O FULLERENOS SON
LA TERCERA FORMA MÁS ESTABLE DEL CARBONO, TRAS EL DIAMANTE Y EL
GRAFITO. FUERON DESCUBIERTOS RECIENTEMENTE, Y SE VOLVIERON POPULARES,
TANTO POR SU BELLEZA ESTRUCTURAL COMO POR SU VERSATILIDAD PARA LA
SÍNTESIS DE NUEVOS COMPUESTOS


ENFOQUES:
• A) Top- down: Reducción de tamaño. Literalmente
desde arriba (mayor) hasta abajo (menor). Los
mecanismos y las estructuras se miniaturizan a
escala nanométrica.

• B) Bottom-Up: Auto ensamblado. Literalmente
desde abajo (menor) hasta arriba (mayor). Se
comienza con una estructura nanométrica como una
molécula y mediante un proceso de montaje o auto
ensamblado, se crea un mecanismo mayor,
extremadamente preciso. de 2009
Medellín, Agosto 8


• Eric Drexler en su libro “Engines of
creation” anticipó que las nanómaquinas
hechas de átomos serian capaces de
construir ellas mismas otros componentes
moleculares.

Eric Drexler

4 GENERACIONES PARA EL DESARROLLO DE NANOTECNOLOGIA:

Mihail (Mike) de los EE.UU. Roco
National Nanotechnology
Eric Drexler


NUEVA CIENCIA:


MÉTODOS ACTUALES PARA OBTENER NANOESTRUCTURAS:

existe actualmente una serie de métodos para la construcción de estructuras menores a los 100nm,
en la que cada una de ellas presenta ventajas y desventajas según su aplicación. Como son:

-Método de fotolitografía: Es usada actualmente para la impresión de chips y
Biochips, empleados en la industria de circuitos integrados para los sistemas de
computación actual.

- Método por sonda exploradora: En este método se utilizan el microscopio de
efecto túnel, el microscopio de fuerzas atómicas y el microscopio de sonda de
barrido para asir átomos y disponerlos de manera ordena sobre una matriz
atómica, o medir las características atómico-moleculares de una superficie en particular . También
se tienen los dispositivos de nanoescala y las interfaces nanobioelectrónicas,
que permiten la monitorización y el control de las actividades biológicas de las células
vivas, y de redes multicelulares in vivo e in vitro, con medios eléctricos, electromecánicos, químicos
y ópticos para obtener bioseñales.



APLICACIÓN A LOS TEXTILES “La Industria Textil
anda en pequeñeces.
Algunos de los logros
más increíbles en
telas de última
generación están
relacionados con los
tamaños mínimos:
microencapsulados,
nanofibras,
nanomateriales,
nanoelectrónica y una
larga lista de
miniaturas”

FLOR DE LOTO
¿QUE TIENE LA FLOR DE LOTO QUE RESISTE LA SUCIEDAD?


TEXTILES MULTIFUNCIONALES:

El uso de la nanotecnología está permitiendo potenciar el desarrollo de los textiles multifuncionales. Por
ejemplo, la tecnología de plasma se está utilizando para modificar las capas superficiales de espesor
nanométrico aportando propiedades nuevas como antibacteriana, fungicida y repelente al agua. La
nanotecnología esta relacionada con el textil en muchos otros campos de aplicación entre los que
destacan:
 Nanopartículas para mejorar el control de la liberación de fragancias, biocidas y antifúngicos sobre
tejidos, así como para prevenir el crecimiento de bacterias mediante la liberación de agentes
bacteriostáticos o también para la absorción de olores.
 · Nuevas fibras con una capacidad de absorción de la humedad mejorada, en aquellas fibras que
intrínsecamente carecen de esta propiedad (fibras sintéticas) mediante la superposición de un
número elevado “nanocapas” capaces de retener la humedad.
 Para mejorar las opciones “estéticas” como en la obtención de fibras luminiscentes por la de
superposión de nanofibras con diferentes índices de refracción, generando una visión diferente en
función del punto de vista del observador o del ángulo en que la luz incida sobre la fibra.
 También se puede emplear la nanotecnología para obtener materiales más ligeros y resistentes
mediante el empleo de nanofibras en la hilatura (nanotubos de carbono), con una resistencia 15 veces
superior a la de las fibras de aramida actuales


NANOMATERIALES:

La importancia de los Nanomateriales no sólo está en su tamaño, situado entre la
escala macroscópica y la escala atómica, que bien da lugar a propiedades nuevas
como mejora otras ya existentes. Estos materiales tienen además la potencialidad
de dar lugar a tecnologías que sustituyan otras ya existentes con costos muy
inferiores que se pueden reducir conforme avance el desarrollo tecnológico.
En este marco se buscan encontrar:
Materiales Nanoestructurados
Materiales con Nanoparticulas
Materiales con Nanocapsulas
Materiales Nanoporosos
Materiales Nanofibras
Materiales Nanohilos
Electrónica Molecular
Láminas delgadas
of the C540 structure
Michigan EE.UU.

NANOADICION:

La investigación sobre fibras nanoadictivadas es uno de los campos donde se
están logrando importantes avances en varios países que están insertados en
esta tecnología, por ejemplo para Hilaturas de fibras como: Poliéster (PET),
Poliamidas (PA6 Y PA6,6), Elastómeros Termoplásticos(TPE),Y fibras
Bioactivas.
Se le adicionan: Nanoplatas, Nanoarcillas,Nanotubos y Nanofibras de
carbono.
También el trabajo con fibras bi componentes y fibras huecas está siendo una
forma de producir textiles funcionales y multifuncionales.

Caprolactama
Cultivo de Nanotubos



ELECTROSPINNING- ELECTROHILADO

método que se basa en la elongación de un chorro viscoelástico que
procede de una solución de polímero, siendo un proceso continuo; sirve
para obtener hilos atómicos o nanohilos.

FUENTE: AITEX, ESPAÑA


El proceso de electohilado implica el uso de alto voltaje ( 1-30 KV)
La fibra que se genera como un chorro altamente electrificado altamente viscoso
La fibra se estira continuamente debido a las repulsiones electrostáticas entre
cargas de superficie y evaporación de solvente El electrohilado produce fibras en un
rango que va del nanométrico al micrométrico las fibras proveen una gran área
superficial debido a su pequeño diámetro.
El proceso de manufactura de electrohilado o “electrospinning” fue reportado
por primera vez por Formhals en 1934. Desde entonces, este proceso ha contado
con la atención en muchas investigaciones, reportes, publicaciones y patentes..

Fuente: Centro de Química Aplicada en Coahuila, México.
A) Imagen del Microscopio Electrónico de Barrido (SEM)

. Medellín, Agosto de 2009 18


MATERIALES FUNCIONALES ENCAPSULADOS:
AMPLIA VARIEDAD DE COMPONENTES FUNCIONALES:
INCORPORANDO A LA SOLUCIÓN DE
ELECTROSPINNING PARTICULAS DE TITANIO, NEGRO
DE ACETILENO, PLATA , OXIDOS DE HIERRO , ENZIMAS ,
ADN O CUALQUIER OTRA MOLÉCULA PARA ALTERAR
LA MORFOLOGIA DE LAS FIBRAS RESULTANTES.



VARIAS TÉCNICAS PARA PREPARACION DE NANOFIBRAS:

COMPOSITES INORGANICOS/POLIMEROS Y CERÁMICOS
NANOFIBRAS CON ESTRUCTURA NÚCLEO-CAPA
NANOFIBRAS CON ESTRUCTURAS POROSAS
(CATÁLISIS, FILTRACION DE ABSORCIÓN )
, CELDAS COMBUSTIBLES, INGENIERIA DE TEJIDOS.



APLICACIONES DE LAS NANOFIBRAS:

ACCIONES DE REFUERZOS: MEJORAR LA
TENSIÓN Y OTROS RENDIMIENTOS DE
MATERIALES.
MEMBRANAS BASADAS EN NANOFIBRAS Y
ROPAS INTELIGENTES.
(ALTA RESISTENCIA AL PASO DEL AIRE, BAJA
RESISTENCIA AL VAPOR DE AGUA, LIGERAS DE
PESO, ELEVADA EFICIENCIA DE FILTRACIÓN)
UTILIZACIÓN BIOMÉDICA : INGENIERIA DE
TEJIDOS ( MATRIZ NO TEJIDA PARA EL
DESARROLLO DE TEJIDOS.



 SOPORTES PARA ENZIMAS Y CATALIZADORES:
( MATERIALES CERÁMICOS POR SU PEQUEÑO
TAMAÑO Y GRAN AREA DE SUPERFICIE)
SENSORES BASADOS EN NANOFIBRAS
DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS Y ÓPTICOS
PLANTILLAS DE SACRIFICIO ( QUE SIRVEN PARA
GENERAR ESTRUCTURAS CON HUECO INTERIOR).



CARACTERISTICAS DIFERENCIALES DE LAS
NANOFIBRAS SON:

LONGITUD EXTREMADAMENTE LARGA HASTA
VARIOS KILÓMETROS .
ELEVADA ARÉA SUPERFICIAL Y COMPLEJA
ESTRUCTURA POROSA.
ALINEAMIENTO MOLECULAR, debido a la fuerza de
tensión de la fibra de polímero que hace la
conformación de la cadena y la cristalinidad de la
misma sean diferentes del producto obtenido por
otros métodos.



ALGUNAS PROPIEDADES PARA TEXTILES:
Antimicrobianos: no permiten desarrollar olor a la transpiración
· Antiácaros: 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.
· Autolimpiante: impide que penetren las manchas
· Microencapsulado: para mantener la temperatura corporal



EL PROYECTO MAS AMBICIOSO DENTRO DEL CAMPO DE LA NANOTECNOLOGIA ES EL QUE
DESARROLLA U.S. EN ARDEC ( ARMY ARMAMENT RESEARCH DEVELOPMENT AN
ENGINEERING CENTER) NJ. COLABORANDO CON OTROS INSTITUTOS CON UN
PRESUPUESTO DE UN BILLÓN DE DOLARÉS PARA DOTAR AL EJÉRCITO DE LOS ESTADOS
UNIDOS DE LAS MEJORES CAPACIDADES DE MANIOBRA Y ATAQUE EN EL CAMPO DE
BATALLA.
UNIVERSIDADES: MIT ( una de las instituciones universitarias más reconocidas en este campo
y en otras).
EMPRESAS DEL SECTOR PRIVADO QUE TIENEN PROYECTOS IMPORTANTES EN ESTE
CAMPO:
oCIBA SPECIALLITY CHEMICAL
oRAYTHEON ( contratista del pentágono)
oDUPONT DE NEUMORS ( Delaware): biomateriales, no tejidos, y polímeros
oNANOTECHNOLOGIES,
oTRITON SYSTEM
oDENDITRIC
oGORE AND ASSOCIATES, entre otras.


Inversiones, iniciativas nacionales y privatización del conocimiento:

Las grandes potencias mundiales desarrollan iniciativas nacionales en el área
de la nanotecnología. La iniciativa norteamericana para la nanotecnología
cuenta con un financiamiento de 3700 millones de dólares para tres años a
partir del 2005. Solo en el 2004 el gasto en investigaciones fue de 849 millones
de dólares donde alrededor de la mitad fue asignado al departamento de
defensa y de energía. Ya en el 2006 el gasto había crecido a 1780 millones de
dólares con similar distribución en estas áreas Japón es el segundo país que
está invirtiendo en iniciativas nanotecnológicas con 975 millones de dólares en
el 2006 seguido de cerca por China con 906 millones de dólares. En un reporte
estadístico de patentes del 2007 se identificaron las áreas de la salud, la
energía y la electrónica como las de mayor número de aplicaciones de patentes
en los últimos años.

Fuente: Universidad de la Habana, Cuba


PATENTES DE NANOTECNOLOGIA
CONCEDIDAS EN 2007

EEUU
BRASIL Y MEXICO 10% 0%
EUROPA
TIENEN UN 0.2% DE 20% 43% JAPON
PATENTES
CHINA
OBTENIDAS EN
2007 27% BRASIL
MEXICO

Fuente: Gráfica elaborada por ECD-extraídos archivo de
patentes en Nanotecnología -Journal


Un publicitado reporte de la UNESCO advierte
que el abismo entre países subdesarrollados y
desarrollados en esta área surgió desde el mismo PATENTES DE NANOTECNOLOGIA (SALUD) EN 2005
inicio, determinado por la deuda tecnológica y
científica del Tercer Mundo respecto a las
potencias hegemónicas y, amenaza con aumentar
de manera insalvable en los próximos años. El
40
mismo estudio identifica como áreas de mayor
35
impacto de la nanotecnología en el Tercer Mundo
30 SUR AMERICA
las mismas señaladas con anterioridad con
25
énfasis en la salud, la energía, la alimentación y OCEANIA
PORCENTAJE 20
el medio ambiente. Otra de las amenazas
15
surgidas con las nanotecnología es el cambio de AFRICA
los marcos regulatorios de los países del primer 10
mundo, al exigir a los productos que importan 5 NORTE
cumplan exigencias técnicas fuera del alcance de 0 AMERICA
1 EUROPA
los países subdesarrollados, levantando barreras
proteccionistas aparentemente técnicas. Esta CONTINENTES
relación se vuelve totalmente asimétrica, pues los
países del Tercer Mundo aún cuando
establecieran marcos regulatorios igualmente FUENTE: JOURNAL OF NANOTECNOLOGY ONLINE 102240/2005
exigentes, carecerían de la capacidad técnica y
científica de implementar tales exigencias



FIN ……..

¡GRACIAS POR SU ASISTENCIA!

EMAIL: coordinacion16@yahoo.com.mx
ecaicedo@ipn.mx


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