NANOTECNOLOGÍA La Nanonotecnología Aplicada a La Industria Textil

SISTEMAS FORMADORES DE TEJIDOS ESPECIALES (PIT–34) NANOTECNOLOGÍA

NANOTECNOLOGÍALa Nanotecnología Aplicada a la Industria Textil

Paredes Llerena, Reyson.

Quispe Saire, Nelly.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA (UNI–FIQT) Página 1


CONTENIDO

1. Introducción 3

2. Objetivos fundamentales 4

3. Marco Conceptual, Histórico y Teórico 53.1. El prefijo “nano”. 53.2. La unidad de medida “nanómetro”. 63.3. Concepto de nanotecnología. 6

4. Concepto de Nanotecnología. 4

5. Breve historia de la Nanotecnología.



1. Introducción

La nanotecnología constituye una nueva revolución tecnológica que cambiará el futuro inmediato y repercutirá notablemente en el desarrollo humano, científico e industrial. De hecho, ya es considerada por muchos la Revolución Tecnológica del siglo XXI.

La prueba de cuán importante puede ser la nanotecnología la encontramos en numerosos ejemplos en la Naturaleza. Las maravillosas funciones que los sistemas orgánicos son capaces de realizar (la lógica, la memoria, la moción, la síntesis química, la conversión de energía, etc.), son consecuencia de la directa complejidad estructural en la nano-escala.

En este sentido y de forma sencilla, la nanotecnología podría definirse como ingeniería a escala muy pequeña, y engloba el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, dispositivos y sistemas funcionales a través del control de la materia y la explotación de los nuevos fenómenos y propiedades que la materia presenta a escala nanométrica.

La investigación en nanotecnología es constante; en pocos años múltiples disciplinas como la medicina, la física, mecánica, informática, química, etc., van a poder disponer de instrumentos a escala nanométrica que permitan realizar operaciones hasta hoy impensables.

La nanotecnología permite la creación de materiales totalmente novedosos y con propiedades únicas, inteligentes y multifuncionales. No obstante, mientras que la nanotecnología está en una etapa que podríamos calificar de pre-competitiva con aplicaciones en la práctica limitadas, las nano-partículas o nano-materiales en cambio, se están utilizando en numerosas aplicaciones industriales para usos electrónicos, textiles, biomédicos, farmacéuticos, cosméticos, energéticos, etc.

En el sector textil, la aplicación de la nanotecnología permitirá ampliar la producción de novedosos artículos textiles con propiedades especiales, para satisfacer las necesidades de los usuarios. Por ello, se trabaja en diversas líneas de investigación en el campo de las nano-partículas y los nano-materiales que permitirán el desarrollo de materiales con nuevas estructuras y funcionalidades de alto valor añadido, así como mejores prestaciones, y demandas del sector. Fundamentalmente, las principales investigaciones se centran en el desarrollo de nuevos acabados y materiales textiles de uso técnico y específico, o de seguridad, así como textiles para el uso personalizado.

Algunos ejemplos de las múltiples aplicaciones de la nanotecnología en el sector textil son: materiales con propiedades biocidas que ayuden a reducir el mal olor y el riesgo de infecciones a la piel, materiales hidrófobos con gestión mejorada de la humedad, materiales anti-manchas, antiestáticos, textiles con protección térmica o conductores térmicos, resistentes al desgaste, ignífugos, aislante, materiales con mayor durabilidad y resistencia, etc.

Adicionalmente, otro campo sorprendentemente interesante para la aplicación de la nanotecnología en textiles, es la encapsulación de aromas y sustancias con propiedades cosméticas de liberación controlada, tecnología que permite el desarrollo de materiales textiles inteligentes y multifuncionales con nuevas prestaciones dirigidas al cuidado activo del usuario mediante la interacción con el textil, entro otros.



2. Objetivos fundamentales



3. Marco Conceptual, Histórico y Teórico

3.1. EL PREFIJO “NANO”

Nano– (símbolo: n), es un prefijo que significa 1/1000000000. Se utiliza principalmente en el sistema métrico, este prefijo indica un factor de 10-9 ó 0,000000001.

Es frecuentemente utilizado en la ciencia y la electrónica, para la asignación de prefijos en las unidades de tiempo y longitud, tales como 29 nanosegundos (29 ns), 100 nanómetros (100 nm), entre otros casos aplicados.

El prefijo se deriva de la palabra griega “νᾶνος”, que significa "enano", y fue confirmado oficialmente como estándar en 1960[1].

Cuando se usa como prefijo para algo más que una unidad de medida, como por ejemplo, en la Nanociencia, donde “nano” es con relación a la nanotecnología, o en una escala de nanómetros utilizada en la Escala Nanoscópica [2], o de las posibles menores representaciones de vida, los Nanobios [3].

Tabla 1. Prefijos del Sistema Internacional (SI)

Prefijo Símbolo 1000m 10n Escala corta Escala largaEquivalencia decimal en los

Prefijos del Sistema InternacionalAsignación

yotta Y 10008 1024 Septillón Cuatrillón 1 000 000 000 000 000 000 000 000 1991zetta Z 10007 1021 Sextillón Mil trillones 1 000 000 000 000 000 000 000 1991exa E 10006 1018 Quintillón Trillón 1 000 000 000 000 000 000 1975peta P 10005 1015 Cuatrillón Mil billones 1 000 000 000 000 000 1975tera T 10004 1012 Trillón Billón 1 000 000 000 000 1960

giga G 10003 109 BillónMil millones /

Millardo1 000 000 000 1960

mega M 10002 106 Millón 1 000 000 1960kilo k 10001 103 Mil / Millar 1 000 1795

hecto h 10002/3 102 Cien / Centena 100 1795deca da 10001/3 101 Diez / Decena 10 1795

ninguno 10000 100 1deci d 1000−1/3 10−1 Décimo 0,1 1795centi c 1000−2/3 10−2 Centésimo 0,01 1795mili m 1000−1 10−3 Milésimo 0,001 1795

micro µ 1000−2 10−6 Millonésimo 0,000 001 1960nano n 1000−3 10−9 Billonésimo Milmillonésimo 0,000 000 001 1960pico p 1000−4 10−12 Trillonésimo Billonésimo 0,000 000 000 001 1960

femto f 1000−5 10−15 Cuatrillonésimo Milbillonésimo 0,000 000 000 000 001 1964atto a 1000−6 10−18 Quintillonésimo Trillonésimo 0,000 000 000 000 000 001 1964

zepto z 1000−7 10−21 Sextillonésimo Miltrillonésimo 0,000 000 000 000 000 000 001 1991yocto y 1000−8 10−24 Septillonésimo Cuatrillonésimo 0,000 000 000 000 000 000 000 001 1991

3.2. LA UNIDAD DE MEDIDA “NANÓMETRO”



Un nanómetro (símbolo: nm), es una unidad de longitud en el sistema métrico, equivalente a una mil millonésima parte de un metro. El nombre combina el prefijo (SI) nano–, con la unidad de medida principal, el metro (del griego “μέτρον”, metrón, "unidad de medida").

El nanómetro se utiliza a menudo para expresar dimensiones en las escalas atómicas: el diámetro de un átomo de Helio, por ejemplo, es de aproximadamente 0,1 nm, y la de un ribosoma es de alrededor de 20 nm. El nanómetro es comúnmente utilizado para especificar la longitud de onda de la radiación electromagnética (R.E.M.), alrededor de la parte visible del espectro de luz visible, en particular, varía de 400 a 800 nm. En estos usos, el nanómetro parece ser el reemplazo de la unidad común para otras dimensiones a escala atómica, el Angstrom, que es igual a 0,1 nanómetros.

Esta unidad se asocia a menudo con el campo de la nanotecnología. Desde finales de 1980, también se ha utilizado para describir las generaciones de la tecnología de fabricación en la industria de los semiconductores. El nanómetro se conocía anteriormente como milimicrón, ya que es 1/1000 de un micrón (micra), y fue denotado a menudo por milimicras o (más raramente) μμ.

Recientemente la unidad ha cobrado gran notoriedad en el estudio de la nanotecnología, área que estudia materiales que poseen dimensiones de unos pocos nanómetros.

Tabla 2. Equivalencias de 1 nanómetro.

Sistema 1 nanómetroSistema Internacional (SI) 1×10−9 m 1×10−3 μmSistema Estadounidense 3.2808×10−9 pie.Sistema Inglés 39.370×10−9 pulg.

Figura 1. Escala nanométrica

3.3. CONCEPTO DE NANOTECNOLOGÍA



El concepto de "nanotecnología" ha ido evolucionando a lo largo de los años, a través de su derivada terminología, y que se puede comprender a las dimensiones de la nanotecnología como "algo más pequeño que la micro-tecnología".

El término “nanotecnología”, es usado extensivamente para definir las ciencias y técnicas que se aplican a un nivel de nano-escala, esto es unas medidas extremadamente pequeñas, "nanos", que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. En síntesis, nos llevaría a la posibilidad de fabricar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas. El desarrollo de esta disciplina se produce a partir de las propuestas de Richard Feynman.

Si bien el término “nanotecnología” es ampliamente utilizado, no existe un consenso que permita delimitarlo como sector. Se entiende por nanotecnología a la capacidad técnica para modificar y manipular la materia con la posibilidad de fabricar materiales y productos a partir del reordenamiento de átomos y moléculas, desarrollar estructuras o dispositivos funcionales a las dimensiones nano.

La 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, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano-escala.

El término nanotecnología hace referencia a las ciencias y técnicas que se aplican a escala nanométrica (10-9 m), es decir, a nivel de estructuras moleculares y sus átomos. Ej.: un nanómetro es la longitud de diez átomos de hidrógeno o la cien milésima parte del diámetro de un cabello.



3.1. DEFINICIÓN DE NANOTECNOLOGÍA

Si bien el término “nanotecnología” es ampliamente utilizado, no existe un consenso que permita delimitarlo como sector. Se entiende por nanotecnología a la capacidad técnica para modificar y manipular la materia con la posibilidad de fabricar materiales y productos a partir del reordenamiento de átomos y moléculas, desarrollar estructuras o dispositivos funcionales a las dimensiones nano.

Sector textil. La competencia globalizada fuerza a este sector hacia una orientación a productos de mayor valor añadido para incrementar su productividad. En concreto fabricando productos especiales a base de alta tecnología que incluye la nanotecnología, aplicando nuevos textiles como material alternativo en sectores como el aeroespacial, automóvil, salud, ingeniería civil, agricultura o telecomunicaciones y buscando la producción de productos personalizados.Las líneas de investigación en este campo se centran en:o Desarrollo de nanofibras.o Utilización de diferentes compuestos: nanoarcillas (propiedades mecánicas, protección UV), nanofibras de carbono (resistencia, conductividad y propiedades antiestáticas), nanopartículas de óxidos metálicos (propiedades fotocatalíticas, antimicrobianas…) o Fibras con estructura nanoporosa (ultraligeras y con alto aislamiento térmico, posibilidad de encapsulación de compuestos químicos…)o Acabados textiles nanoestructurados para obtener recubrimientos más completos y precisos, con funciones repelentes al agua, a la grasa y a la suciedad, con funciones antimicrobianas…(resumen10.pdf)

Industria textil

Tejidos con superficie nanoestructurada repelentes a la suciedad y al agua

Productos textiles antimicrobianos

(nanotecnologia-3.pdf)

Tejidos con superficie nanoestructurada repelentes a la suciedad y al agua



Los tejidos con superficie nano-estructurada artificialmente ofrecen grandes prestaciones en relación a los convencionales a la hora de mantenerse limpios y secos. Debido a su estructura estos tejidos repelen tanto a la suciedad como al agua, de manera que una vez expuestos a ellas son fácilmente limpiables sin sufrir apenas degradación.

Los tejidos con superficie nano-estructurada basan su funcionalidad en la observación e imitación de una especie vegetal de la naturaleza: el loto. Es bien conocido que las hojas de esta planta permanecen limpias, brillantes y secas, pese a encontrarse habitualmente en un entorno natural poco favorable a dicha circunstancia. Ello se debe a que la superficie de las hojas de loto está estructurada nano-granularmente; como consecuencia, por una cuestión de tensión superficial, cuando el agua o la suciedad liquida caen sobre ella permanecen en forma de gotas sin extenderse ni adherirse como sucede, sin embargo, en superficies de estructura más suave, por lo que pueden ser retiradas fácilmente. La superficie de estos tejidos imita dicha estructura nano-granular del loto obteniendo consiguientemente sus mismas propiedades.

Esta propiedad proviene de la especial estructura de esta superficie, combinación de la estructura en la nano-escala y micro-escala. Recientemente se ha conseguido mimetizar esta superficie utilizando micro-esferas de poliestireno recubiertas de nanotubos (ver fi gura 1). Ninguno de los componentes por separado da propiedades súper hidrofóbicas. Es solo cuando ambos componentes se combinan de una determinada manera cuando la superficie resulta adquirir esa especial propiedad. Las posibles combinaciones de estos dos componentes permiten además variar las propiedades hidrófobas de esta superficie. Debido a la importancia que tiene la conservación de la limpieza en cualquier tipo de tejido, existen ya hoy en el mercado una gran variedad de productos que emplean estos tejidos nano-estructurados, desde prendas de vestir a todo tipo de complementos: pantalones, chaquetas, delantales, manteles, o paraguas de secado instantáneo son algunos ejemplos.

Figura 1.

Superficie súper-hidrofóbica, resultante de la combinación de microesferas de poliestireno con nanotubos de carbono.



Figura 2

Superficie nano-granulada del tejido producido por NanoNuno® que induce la permanencia del agua en forma de gotas.



Productos textiles antimicrobianos

La plata ha sido históricamente utilizada para eliminar bacterias y evitar los efectos derivados de las mismas, ya sea la putrefacción de alimentos (conocido ya en la antigua Grecia), la infección de heridas o el olor proveniente de la sudoración.

El mecanismo de actuación antimicrobiano de la plata consiste en la generación de iones de plata sobre la superficie de plata cuando esta entra en contacto con agua, por ejemplo durante la transpiración. Posteriormente estos iones son transportados por las moléculas de agua hasta las bacterias donde quedan fijados como consecuencia del llamado efecto oligodinámico de la plata, produciendo su precipitación e inactivación.

Mediante la introducción de nano-partículas de plata en fibras ya sean sintéticas o naturales se consigue una potenciación de la actividad iónica gracias a la mayor cantidad de iones de plata que son liberados como consecuencia de la mayor área superficial expuesta. Como consecuencia se alcanza una mayor eficiencia que mediante el uso de partículas de plata convencionales, ya que permite aumentar extraordinariamente el número de iones de plata liberados reduciendo a su vez el peso de plata necesario en las fibras. El resultado es la obtención de rápidos efectos antimicrobianos o anti-olor que pueden ser utilizados en prendas de hospitales que requieran de una alta esterilización o para la prevención de olor procedente de la sudoración en ropa deportiva.

Un ejemplo de aplicación de nano-partículas de plata en ropa deportiva son los calcetines producidos por la empresa AgActive. Estos calcetines se caracterizan por contener billones de nano-partículas de plata con un tamaño medio de 25 nm que permiten mantener un mayor frescor en los pies durante mayor tiempo.

También basándose en este principio, la empresa Nanohorizons ha lanzado recientemente al mercado productos de lana con nano-partículas de plata que al requerir de menores cuidados que los tejidos de lana tradicionales no sólo aumentan la vida útil de dichos calcetines sino que al demandar una menor frecuencia de lavado proporcionan el consiguiente ahorro energético



How does SmartSilver work?

1. Bacteria are carried onto surface by moisture2. Moisture activates the silver particles, releasing antimicrobial silver ions3. Silver ions bind to bacteria proteins, deactivating odor-causing bacteria and fungus

BIBLIOGRAFÍA

[1] Resolution 12 of the 11th meeting of the CGPM (1960). http://www.bipm.org/en/CGPM/db/11/12/

[2] Nanoscopic scale. http://en.wikipedia.org/wiki/Nanoscopic_scale

[3] Nanobacteria and Nanobes- Are They Alive? http://serc.carleton.edu/microbelife/topics/nanobes/index.html

http://www.smartsilver.com/apparel/applications/medical


http://www.smartsilver.com/apparel/applications/medical

http://serc.carleton.edu/microbelife/topics/nanobes/index.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Nanoscopic_scale

http://www.bipm.org/en/CGPM/db/11/12/

NANOTECNOLOGÍA La Nanonotecnología Aplicada a La Industria Textil

Documents

Transcript of NANOTECNOLOGÍA La Nanonotecnología Aplicada a La Industria Textil