Tanto en el campo de la indumentariade protección, como en el de la casual,e incluso de la más convencional, en eltranscurso del próximo decenio cabeesperar cambios substancialesocasionados por el continuado desarrolloy aparición de nuevas fibras textiles quea p o r t a n c a r a c t e r í s t i c a s d ecomportamiento, y aún estructurales,que sin duda han de revolucionar elpanorama actual de las materias textilesdisponibles. En este artículo pretendemosrealizar una breve, y no exhaustiva,revisión de algunos de los trazos másimportantes que pueden caracterizar laoferta, en algunos casos a corto y enotros a medio plazo, de fibras paraindumentaria en general, y laboral y deprotección en particular; y ello con laconciencia de que, como decía elcientífico escandinavo, “es muyarriesgado hacer predicciones,...especialmente si son sobre el futuro”

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Fibras delprimer deceniodel siglo XXI1ª parte

Dr. Joaquim Detrell ySandra Carreño.TECNITEX INGENIEROS, S.L.

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DEL PRESENTE AL FUTURO

Es notorio que en el pasado, los fabricantes de fibrashan dado prioridad a los objetivos de elevada producción;sin embargo, en la actualidad, y aún más en el próximofuturo, la atención se centra en los intereses de losconsumidores y en su concepto de calidad de vida.Desde esta perspectiva, uno de los aspectos que ya seconsideran primordiales es el equilibrio entre uncrecimiento económico sostenible y compatible con laprotección ambiental. La industria textil, especialmenteen los países desarrollados, no es una excepción a esteimparable sentimiento y se precisan aún largos años deestudios e innovaciones para conseguir reducir y reutilizarsus desechos industriales desde el punto de vista deprotección ambiental, del ciclo de vida de los productos,del consumo de energía y la conservación de los recursosnaturales. En este contexto es indiscutible que eldesarrollo de aquellos productos que pueden serfácilmente reciclados será una tarea importante a llevara cabo en los próximos años.

Un problema por resolver es como incorporar estosfactores en el desarrollo tecnológico de unos materialestextiles de los que se espera una mejor funcionalidady la aportación de nuevas propiedades. Si hasta, ydurante la década de los 60, los avances fundamentalesen el campo de las fibras textiles se basaron en la mejorade las funciones primarias de los materiales fibrososconocidos (Elevada resistencia a la tracción, mejoradel tacto y cayente, etc.) desde los años 70, hastanuestros días, se ha progresado notablemente en eldiseño de nuevos polímeros formadores de fibras confunciones más elevadas (Alta tenacidad,ininflamabilidad, fibras con aditivos funcionales,transpirabilidad, etc.). Las microfibras, los laminadosimper-respirables, las fibras de viscosa tipo lyocel, lasfibras orgánicas o inorgánicas termorresistentes, lageneralización del uso de hilos con elastómero, etc.,son algunos ejemplos de los logros conseguidos.

Desde esta doble perspectiva, en los albores del sigloXXI, cabe pensar que los desarrollos inicialmenteconseguidos han de conducir a un cambio esencial quese puede traducir, utilizando el lenguaje ofimático, enla substitución de fibras hardware por fibras software;ello se concreta en tres grandes objetivo:

• Despliegue y explotación de las capacidades actualesde las fibras

• Desarrollo de fibras adaptables, capaces de controlarlas funciones de acuerdo con las condiciones delentorno

• Puesta a punto de fibras súper-miméticas, con un mecanismo de despliegue de reacciones similaresa las de las funciones de los seres vivos

Las claves de la innovación que ha de conducir aldesarrollo tecnológico de tales materiales se han debasar, necesariamente, en las siguientes premisas:

• Explotación de las características morfológicas:Límite entre la estructura microscópica de la fibra ylas moléculas del polímero; modificación de ladisposición molecular en la sección transversal

• Respeto a la naturaleza: Reciclaje y materias primasalternativas a las tradicionales derivadas del petróleo.

• Fibras inteligentes: Que incluyan las funciones sensor-actuador

• Incorporación de la capacidad biomimética: Diseñode nuevas fibras a partir del estudio de las estructurasy funciones vitales (Fijación del CO2).

Desde estas premisas, cabe esperar amplios desarrollosen las áreas indicadas en la Tabla 1.

BIOMIMETISMO

El estudio de la naturaleza ha ayudado a desarrollarnuevos diseños para aumentar la funcionalidad de lasfibras. Aplicando las características de las fibras naturalesa las químicas pueden conseguirse funciones superioresy elevada estética.

Un ejemplo de ello es la posibilidad de imitar la sedanatural; mediante la combinación de fibras ultra-finasde diferente finura con sección transversal triangulary métodos de tejeduría adecuados, puede conseguirseun buen símil de la seda natural.

También se ha buscado un proceso para dar a las fibrasde poliéster un tacto similar al de la lana, formandomicro-rizos mediante texturización por aire. La tareamás difícil ha sido alcanzar las características opuestasde la lana, rigidez y elasticidad, pero manteniendo lasuavidad. Otra de las excelentes propiedades de lalana es su poder de cobertura que se presenta en laestructura de cutícula en su superficie y las estructurascomplejas islands-in-the-sea y skin-core específicas dela lana.

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• Biomimetismo• Resistencia a la llama y al calor• Fibras con encapsulado de cambio de fase• Fibras bifuncionales• Protección de las radiaciones ultravioleta• Tejidos con efecto bactericida• Fibras conductoras de la electricidad• Membranas imperrespirables• Laminados con efecto memoria térmica

Tabla 1: Características nuevas a desarrollar o a ampliar el uso enlas ya disponibles

El algodón continúa siendo la más utilizada de todaslas fibras naturales, y también la más difícil para laduplicación sintética de sus propiedades de absorcióndel agua, que hacen al algodón tan deseable en climascalientes. Algunas de estas propiedades puedenintroducirse en los sintéticos mediante emulación,modificando la sección transversal, introduciendo fibrasporosas o huecas, etc.

El desarrollo de nuevos materiales celulósicos pareceser la mejor opción para obtener las propiedadescombinadas del algodón y de las fibras sintéticas. Sehan introducido otras propiedades en los sintéticos queno proporcionan las fibras naturales, de tal manera quese pueden combinar aspectos como permeabilidad alvapor e impermeabilidad al agua, conductividadeléctrica, cualidades antibacterias y eliminación de olor,fragancia y buen aroma, elasticidad, resistencia a losrayos UV y baja densidad (en el caso del polipropileno).

PROTECCIÓN DEL CALOR Y LAS LLAMAS

Ciertamente, la mejor protección contra el fuego seconsigue con materiales incombustibles, no obstante,la incombustibilidad no es, por una parte, unacaracterística fácilmente asimilable a solucionesprotectivas de indumentaria, ni la propiedad de nodescomponerse por acción del calor, es la única aconsiderar en este tipo de prendas. El diseño de prendasde protección térmica exige la consideración de los trestipos de propagación del calor, y de la eventualsimultaneidad de su presencia.

Aparte de las nuevas mezclas y variaciones deproductos ya existentes que persiguen la mejora desus propiedades, como es el caso por ejemplo de DuPont y Hoechst Celanese, entre los nuevos desarrollosfiguran Basofil, la fibra de BASF basada en lamelamina, una nueva para-aramida que está siendoestudiada por Hoechst, así como aramidas microfinasy una serie de nuevos materiales que se estándesarrollando en Japón.

Sin embargo no todos los esfuerzos se ven recompensadospor el éxito. Courtaulds, por ejemplo, abandonó lacomercialización del TP-11, una fibra termorresistentecon unas propiedades de recuperación a la humedadaltas, muy adecuada para las prendas de protección,probablemente porque el coste de llevar la fibra almercado era prohibitivo.

A medida que se desarrollan nuevas resinas conpropiedades especiales, se intenta obtener de ellas fibraspara su estudio en aplicaciones especiales. Tal es el casode la fibra de cristal líquido Vectran, o de PE, basadaen la polieterimida. Además de sus propiedades térmicas,muchas tienen características de resistencia mecánicay química elevadas.

Con la posible excepción de las de vidrio, la mayoríade las fibras termorresistentes, además de caras, seconsideran fibras de alta especialización y no están deltodo disponibles para el usuario ni en fibra, ni en hiloni en tejido. Algunas se encuentran aún en fase dedesarrollo con una mínima capacidad de producción,e incluso las que están comercializadas están disponiblessólo en cantidades limitadas de productores ointermediarios. Tal es el caso de las aramidas (cuyaproducción mundial llega a varios miles de toneladasaño), el PPS y el PBI (con una capacidad de menos demil toneladas).

La mezcla de fibras es importante para alcanzar unarelación características de comportamiento/precioóptimas. La mezcla permite el empleo de una fibra conmejores propiedades, a un coste total razonable, siempreque se mantengan las propiedades deseadas de la fibramás cara.

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En los sistemas de hilatura core y wrap, una fibra comoel filamento de vidrio se envuelve o cubre con otrafibra que tiene unas propiedades textiles distintas. Estossistemas son cada vez más importantes en las mezclaspara obtener tejidos que combinan las mejorespropiedades de los componentes, por ejemplo: mayorconfort, menor coste, mejor o más fácil tintura, y mejoradhesión, manteniendo la tenacidad, la conductividadu otras ventajas del hilo corespun. Como alma puedeemplearse el filamento de Kevlar, las fibras de vidrio,de carbono u otras, y como fibra envolvente las spun-aramidas, las poliamida-imidas, las poliimidas, el rayónFR o el PAN.

También se tiende a emplear fibras bicomponentes oimpregnadas, por ejemplo extruídas con un alma decarbono, para obtener fibras antiestáticas. Lenzing hadesarrollado una versión de su fibra poliimida, P84,impregnada con PTFE. El PTFE migra a la superficiede la fibra después de la extrusión.

Es preciso conocer al máximo las propiedades de lasfibras bajo ciertas solicitaciones, y los parámetros deuso final, para determinar si un material es candidatoa una aplicación particular. En la mayoría de los casosel coste es un factor primordial en la selección de unafibra. Como también lo es la disponibilidad. La solución,a menudo, es un compromiso entre funcionalidad,disponibilidad y coste.

Las fibras aramidas continuarán satisfaciendo lamayoría de las demandas de la industria, ya que se haavanzado mucho en su normalización, especificaciónpara muchos usos y publicidad de sus marcas, siendola mayoría de los productos razonablemente efectivos.La expansión provendrá de la mezcla o combinaciónde aramidas con otras fibras para obtener materialesmás baratos y efectivos, y de la penetración en nuevosmercados, como la protección laboral en general. Elresto de fibras sólo podrá arañar un pequeño segmentodel mercado.

Como ejemplo de las posibilidades de la combinaciónde fibras y procesos de hilatura conocidos, como el core-spun, cabe citar que la marca Suiza Schoeller Textilfabrica un tejido a base de combinar Kevlar de Du Ponty Basofil de BASF. Incorporando los hilos de carbonoNegaStat el tejido puede ofrecer protección a los peligrosocasionados por la electricidad estática, además de teneralta resistencia a la abrasión, ofrecer protección contrarayos UV, posibilidad de añadirle un tratamientoantibacterias y lavado a máquina a más de 60ºC.

En el mismo sentido, Ibena Textilwerke BeckmannGmbH &Co y Boco GmbH&Co han desarrolladoconjuntamente ProFlex 4. Su alto contenido en ViscosaFR lo hace confortable y el Kevlar da la proteccióncontra cortes y pinchazos con objetos metálicos.

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Finalmente, la fibra P140 aporta al material propiedadesantiestáticas.

En este campo, los no-tejidos permiten la optimizaciónde mezclas de fibras, por ejemplo, los no-tejidos Vilene,mezcla de fibras de resina (Basofil), fibras de meta-aramida (Nomex) y fibras para-aramida (Twaron).

FIBRAS CON ENCAPSULADOS DE CAMBIODE FASE

En la protección contra el frio, cabe considerar tresposibilidades: la mezcla de fibras aislantes, losrecubrimientos con microcapa hueca y las fibras conmicro encapsulados.

En el campo de las fibras aislantes, los desarrollos máshabituales se basan en el empleo de fibras huecas,distintas secciones transversales y micro-fibras dediferentes diámetros.

En los recubrimientos con microcapa hueca, se utilizala capacidad de retención de calor de las fibras químicas

huecas o por la incorporación de productos químicosabsorbentes de radiación IR, como por ejemplo elCirconio, que absorbe la energía solar y la almacena.Komatsu Seiren Co.Ltd. ha desarrollado un recubrimiento“Dynalive” en el que se aplica una microcapa hueca(0,1 a 0,5 micrones) con adición de productos químicosde absorción IR. La capa hueca microporosa presentauna conductibilidad térmica reducida, absorbe calor delos rayos solares y retiene el calor. La ventaja de éstemétodo frente a las fibras huecas sintéticas consiste enque se puede aprestar pequeñas partidas y género defibras naturales.

Finalmente, citar que tejidos para prendas de aislamientotérmico a base de la utilización de PCM (Phase ChangeMaterial) han sido desarrollados por el MaterialResearch and Tester Centre de Leizpig. Los materialesPCM poseen la capacidad de cambiar de estado en uncierto rango de temperaturas (habitualmente se eligenmateriales cuyo cambio tenga lugar entre 15ºC y 34ºC:octadecano, heptadecano o hexadecano, por ejemplo);durante el proceso de calentamiento del material, laenergía para el cambio de fase del estado sólido al

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líquido es absorbida por las cápsulas PCM (de 10 a 60micras de diámetro); esta energía es temporalmentealmacenada en las cápsulas, y es liberada cuando sealcanza la temperatura de cristalización, durante elproceso de enfriamiento; por tanto, el flujo de calor através del material que contiene las microcápsulas PCMes demorado durante el cambio de fase.

Los citados materiales que cambian de fase (PCM)poseen la habilidad de cambiar su estado físico desólido a líquido y viceversa en un amplio espectro detemperaturas. La energía necesaria para provocar queel PCM cambie de sólido a líquido, es decir romperlos enlaces químicos responsables de la estructurasólida, es absorbida por el área cercana durante elproceso de calentamiento. Como resultado elincremento de temperatura que normalmente sufrecualquier material durante su calentamiento esinterrumpido cuando se alcanza la temperatura defusión del PCM. Durante todo el proceso de cambiode fase la temperatura del PCM así como el substratopermanecen constantes.

Si el material es calentado nuevamente, su temperaturacontinuará subiendo. Una gran cantidad de calor latentese absorbe durante el cambio de fase. Este calor latenteserá liberado en el proceso de refrigeración, cuando latemperatura de cristalización del PCM se alcance. Latemperatura del material también permanece constantedurante el cambio de fase de líquido a sólido. Cuandose ha completado el cambio de fase, se experimenta unproceso de refrigeración continua que revierte en uncontinuo descenso de la temperatura.

Se han constatado los siguientes beneficios en los tejidosa base de fibras con microcápsulas:

• Efecto refrigerante (por absorción del calor del cuerpohumano)

• Efecto aislante (causado por la emisión de calor dePCM en el interior de la estructura textil. PCM emitecalor con lo que crea una barrera termal que reduceel flujo de calor del cuerpo humano al exterior,reduciendo la perdida de calor corporal).

• Efecto termo-regulador. Mantiene la temperaturaconstante.

La eficiencia y duración de estos efectos depende de lacapacidad termal de las microcápsulas PCM y de laestructura del tejido.

Antes de la aplicación de los PCMs a las estructurastextiles éstos son encapsulados en estado líquido enpequeñas esferas. Estas microcapsulas poseen diámetrosde 1 – 10 µm. Las microcápsulas son resistentes aacciones mecánicas como son abrasión, presión y cizalla,calor y diversos tipos de productos químicos. Tales

cápsulas pueden ser introducidas dentro de las fibrasmanufacturadas, en el proceso de hilatura, o depositadasen la superficie de la tela por laminado. Fibras acrílicascon tales microcápsulas adicionadas en masa aumentansu capacidad térmica en un 1.000% respecto a lasacrílicas convencionales. Los dos tipos de fibra Outlast,del grupo Acordis, con temperaturas de cambio de fasea 28ºC o 34/36ºC, respectivamente, para indumentariade protección de frío en el primer caso, o para prendasdeportivas en el segundo, con las mismas propiedadesde las fibras acrílicas normales, son uno de los ejemplosde la puesta en práctica de esta tecnología

La capacidad de aislamiento de los materiales concápsulas PCM se acrecienta durante el periodo en quetiene lugar el cambio de fase, y finaliza cuando ésteha tenido lugar completamente. Por tanto, este efectode aislamiento térmico depende de la temperatura yla duración del cambio de fase, y es un aislamientotérmico dinámico, que se añade al aislamiento térmicoestático que proporciona la estructura textil,generalmente multicapas que engloban unadeterminada cantidad de aire que actúa como aislante,y que depende del espesor del tejido y de la densidadde hilos.

Tejidos que explotan las fibras que cambian de fase hansido desarrollados por Schoeller Textil. Los tejidos estándiseñados para mantener la temperatura corporal aúnen ambientes de extremo frío. Las fibras contienenmicrocápsulas de materiales que pueden absorber oliberar calor dependiendo de la temperatura corporal.El tejido innovador Schoeller®Interactive es fruto de lacolaboración entre Schoeller y la firma americana FrisbyTechnologies.

En el apartado siguiente se amplían las posibilidadesde las fibras con microcápsulas PCM, tanto en el campode la protección contra el frío, como en otras opcionesde los encapsulados.

FIBRAS BIFUNCIONALES

De la incorporación, durante el proceso de hilatura delas fibras sintéticas, de microcápsulas con posibilidadde contener substancias con funciones diferentes a lasindicadas en el apartado anterior, con aplicaciones enel campo de la medicina, la cosmética o la estética,cabe esperar grandes avances.

Cabe destacar las posibilidades de aplicación en elcampo sanitario, ya que en otras acepciones de laindumentaria sus ventajas son obvias.

Fibras con propiedades terapéuticas

La ropa quirúrgica (guantes, gorras y trajes) debe serllevada varias horas en la sala de operaciones. Los tejidos

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de estas prendas han sido diseñados para prevenir elpaso de partículas o líquidos que puedan llevar bacteriasy, en general, el confort termo-físico de estas prendases pobre. Éste puede ser mejorado substancialmentecon microcápsulas que reaccionarían ante cualquiercambio en el microclima absorbiendo o emitiendo calor,lo cual aportaría mayor confort a la prenda.

Las fibras con cápsulas PCM pueden ser usadas tambiénen ropa para cama como mantas, sábanas, almohadasetc., favoreciendo la estabilidad térmica del paciente.En el mercado ya existen mantas acrílicas con PCMs yfundas de colchones con acabados a base de microcápsulas.

Siguientes desarrollos de ésta tecnología deben centrarseen productos destinados a las unidades de cuidadosintensivo; servirían para eliminar el exceso de temperaturagenerada en el paciente tras una operación. Los productosque se desarrollen deben ser duraderos, lavables,impermeables a cualquier líquido o partícula, anti-estáticose hipoalergénicos, además del estudio de otros tratamientostextiles para hacer el material anti-microbiano.

Estudios realizados en el Hohensteiner Institute deBönnigheim muestran las amplias posibilidades deaplicación de soluciones acuosas de substancias activascon propiedades terapéuticas que pueden ser introducidasen microcápsulas que pueden ser incorporadas a fibrassintéticas, de tal manera que en condicionesdeterminadas del cuerpo humano en contacto con eltejido que las contiene, se produzca una liberación delas substancias activas sobre la piel.

Cambio de color con la temperatura

Se han realizado estudios para conseguir cambios decolor en los tejidos mediante:

• Fenómeno de fotocroísmo (color cambia con la luz)• Termocroísmo (color cambia con la calor)• Solvation-Croism (color que cambia con el vapor).

El fotocromismo, fenómeno fotoquímico reversible quese manifiesta en el cambio de coloración que ocurre enciertas sustancias cuando se exponen a un rayo luminoso,es una propiedad conocida y aplicada desde principios desiglo. Asimismo, el termocromismo, variación del colorpor acción térmica, se ha venido utilizando en aplicaciones

domésticas e industriales, especialmente en plásticos.En Japón, Kuraray Co., ha desarrollado una fibracompuesta de polímero termoplástico y un componentecaracterizado por su cambio de color con la temperatura.Los pigmentos empleados contienen tres elementos: uncompuesto orgánico cromático dador de electrones, uncompuesto receptor de electrones y un compuesto queactúa de medio de reacción de los otros dos componentes.

El dador de electrones tiene un color cuando pierde unelectrón; el componente aceptador de electrones y elmedio de reacción tienen una temperatura fijada comolímite. A baja temperatura, el compuesto aceptador deelectrones está unido al compuesto orgánico cromáticodonante de electrones en el medio sólido de reaccióny elimina un electrón para formar un color.

A una temperatura elevada, el medio de reacción fundey el compuesto aceptador de electrones devuelve elelectrón al compuesto orgánico cromático dador deelectrones, con lo que el color desaparece. Latemperatura de formación del color está determinadapor el punto de fusión del medio de reacción.

Este material, en cápsulas de 5 a 20 µm, puede seradicionado a polietileno, poliéster, etc. Un tejidofabricado con este hilo, es blanco a 40ºC , y azul atemperaturas más bajas.

Otro ejemplo de tales materiales serían los tejidos Sway,de Toray, recubiertos con una resina de poliuretano quecontiene microcápsulas (3-4 µm de diámetro) rellenasde tintes sensibles al calor. Sway es un tejido multicolor(4 a 64) que cambia con diferencias de temperatura desde5ºC, -40ºC y 80ºC. El cambio de color es reversible.

Fibras perfumadas

Desde que la fibra perfumada Esprit de Fleurs producidapor Kanebo se presentó en Tokio en 1987, el mercadode este tipo de fibras ha crecido hasta un nivel de ventasapreciable. Esprit de Fleurs son fibras que contienenmicrocápsulas de 5-10 µm de diámetro rellenas deesencias de perfume. Cuando éstas se rompen, el perfumees desprendido. Análogamente, Cripy 65 de MitsubishiRayon es una fibra que desprende olor, desarrolladapara ropa de cama.

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