Influencia de la Nanotecnología en el Sector Textil - Academia de ...

ACADEMIA DE INGENIERIA
M E X I C O
lX Comisión de especialidad en Ingeniería Textil
INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN
EL SECTOR TEXTIL
ESPECIALIDAD: INGENIERIA TEXTIL
LUZ A. GARCIA SERRANO
DOCTOR EN CIENCIAS
IPN
20 de mayo del 2010 México, D.F.

Contenido
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INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
Índice
Resumen Ejecutivo
INTRODUCCION
Perspectiva holística del sector textil de México
El universo de la Nanotecnología y la Nanociencia
Visión local del desarrollo de la Nanotecnología
y la Nanociencia.
Un sector textil innovador mediante Nanotecnología
y Nanociencia.
Purificación de aguas con colorantes textiles
33 Caso de estudio 1:
modelo mediante nanofibras inorgánicas
54 Caso de estudio 2:
Conclusiones
Bibliografía
Curriculum Vitae
Difusores para PEM con telas de carbón
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l
ll
lll
IV
V

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
Resumen Ejecutivo
La nanotecnología se caracteriza por ser un campo multidisciplinario,
cohesionado exclusivamente por la escala a la que se trabaja. Para comprender el
potencial de esta tecnología, es clave conocer el comportamiento de las
propiedades físicas, mecánicas, químicas, térmicas, estructurales, texturales, etc.
a escala nanométrica, este comportamiento está fuertemente determinado entre
otros factores a los efectos cuánticos.
Las nuevas estructuras con precisión atómica, tales como la nanolana,
nanotubos de fibras naturales o compósitas, los nanopolímeros de PVC, PET,
poliamida, etc. tienden a convertirse en pequeños instrumentos aplicables en
diferentes disciplinas lo que nos introduce a una nueva era. Los avances
nanotecnológicos-nanocientíficos serán protagonistas en la sociedad del
conocimiento, con múltiples desarrollos cuya repercusión se espera sea a todos
los niveles.
Este trabajo pretende dar una introducción a las fronteras científicotecnológicas
en nanotecnología y nanociencia asociadas al sector textil, siendo
hoy en día un sector a nivel mundial dinámico e interdisciplinario, razón por la
cual se ha planteado un nuevo paradigma, donde el textil para indumentaria no
deja de ser importante, sin embargo la participación del sector textil en otros
ámbitos estratégicos tanto nacionales como internacionales, requiere de una
visión amplia donde el trabajo industrial, científico y académico se conjugue para
dar desarrollos de vanguardia para dar confort o satisfacer las necesidades de un
mundo globalizado.
La incursión del sector textil en un trabajo interdisciplinario en años
recientes ha mostrado ser de gran valía. A través de esta interdisciplinaridad se
han generado nuevos materiales de dimensiones meso, micro y nano,
favoreciendo la mejora o la optimización de diversos procesos industriales,
teniendo impacto a nivel ecológico, como económico y social.
Las aplicaciones de las nanotecnologías y las nanociencias en los diferentes
tipos de textiles, van desde los textiles electrónicos, donde se tiene a los
extravagantes vestidos con más de 3000 leds que modifican la apariencia sin que
el usuario tenga que cambiar de vestido, los termocrómicos que delatan la
temperatura corporal o el control de fluidos en los deportes de alto rendimiento,
etc. Aplicaciones igual de sofisticadas pero no en commoditys, son el caso de
nanomembranas altamente reticuladas con un sinfín de aplicaciones, en esta línea
tenemos a las famosas y cada vez más comunes membranas arquitectónicas, de
mayor complejidad son los nanomateriales utilizados en los estadios de futbol,
cuya apariencia cambia dependiendo del evento a realizar, otros ejemplos dignos
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INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
de mencionar son las trascendentes aplicaciones de la nanotecnología y la
nanociencia en el maravilloso pero complejo mundo textil vinculado a la medicina,
donde se han desarrollado biotextiles que funcionan como venas y donde los
reportes de biocompatibilidad han sido de muy buena aceptación. Otro tipo de
biotextiles lo constituyen las gasas biodegradables. La caracterización reológica,
viscosa, viscoelástica, microestructural, etc. De estos materiales han permitido
identificar procesos importantes durante el fenómeno de lubricación, así como del
flujo estacionario y transitorio o ensayos de recuperación estructural, evaluando
especialmente la posible influencia de los polímeros biodegradables utilizados
como espesantes. Estos son algunos ejemplos a citar de los muchos que existen
en los diferentes campos de la nanociencia y la nanotecnología.
En esta comunicación además de mostrar la explosión que se ha generado
en el sector textil con el uso de la nanotecnología y nanociencia, de manera
específica, se mostrarán los resultados que se han generado en dos líneas de
investigación y desarrollo I & D con nanotextiles asociadas a la resolución de
problemas de impacto ambiental, uno con el tratamiento de agua residual textil y
otro en la obtención de difusores con aplicaciones en la tecnología del vector
energético.
Es conocida la importancia de los problemas ambientales que se avecinan,
donde aun en los escenarios más positivistas apuestan a que el problema requiere
de medidas drásticas, ya que los grandes desarrollos y los constantes
descubrimientos nos permiten vivir con grandes comodidades pero normalmente
conllevan a un inevitable ataque a la naturaleza.
La humanidad está empezando a sentir los problemas de escasez de este
líquido vital que no sólo se requiere para consumo humano, también como fuente
de vectores energéticos como es el caso para algunas “tecnologías de producción
de energía limpias” donde su requerimiento lo convierte en la fuente de
alimentación de las hidrogeneras, el equivalente a las actuales gasolineras, por lo
que se especula será el petróleo del mañana con todas las implicaciones que esto
conlleva, principalmente un aumento en los requerimientos de este fluido de la
vida, por ello no solo es cuidarla sino también el reutilizarle o simplemente
tratarle con procesos adecuados.
Específicamente un proceso de tratamiento de aguas con colorantes
residuales modelo se mencionara en uno de los dos casos de estudio asociados a
la nanototecnología y nanociencia en el sector textil; el primero centrado en el
diseño de nanoestructuras fibrosas inorgánicas fotodegradadoras de los
azocolorantes utilizados en el sector textil y la segunda en la conformación de
nanofibras de carbón como difusores en PEM de baja potencia los cuales son
estudiados en el Instituto Politécnico Nacional.
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Respecto al primero, tenemos que el agua es fundamental a lo largo del
proceso productivo en la industria textil. Aquí se describe como haciendo uso de
la nanotecnología con nanofibras en base titania, dopadas con nanopartículas
metálicas y mediante un proceso de fototransfomación simple y económico con
inducción de luz UV o solar, se da un tratamiento a los efluentes acuosos
provenientes del sistema de acabado, las cuales llevan una serie de componentes
además de colorantes residuales solubles en agua. Estos colorantes contienen
grupos funcionales que permiten una buena fijación en la pigmentación de fibras
sintéticas, artificiales y naturales, principalmente en los primeros dos tipos. Los
grupos orgánicos contenidos en los colorantes se llaman azo y el tratamiento
consiste en la transformación de los grupos azo a compuestos más amigables con
el ambiente. Para este proceso de tratamiento se generaron nanofibras,
nanomallas por diferentes métodos y se comprobó su actividad en medios con UV
y sin la presencia de la misma.
El segundo está asociado a la obtención del componente basado en
nanofibras de carbón para su aplicación como difusores, para producir telas
difusoras ya sea para la tecnología del vector energético en la generación de
energía eléctrica de baja potencia con “fuell cell”, o para los electrolizadores para
la producción del sistema de alimentación.
Ambos estudios contemplan ser económicamente y técnicamente viables,
además de ser altamente sustentables.
• Palabras clave: nanotecnología, textiles técnicos, textiles inteligentes,
nanotextiles, nanocompositos, nanofibrosos y nanomallas fototransformadoras.
I & D
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INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
INTRODUCCION
CAPITULO l Perspectiva holística del sector textil de México
La industria textil en nuestro país tiene una historia basta, no únicamente
como un sector productivo sino también por su participación en gestas históricas.
Hoy en día constituye alrededor del uno por ciento de la fuerza laboral total del
país. Esta rama industrial tiene una cadena productiva que se caracteriza por una
compleja heterogeneidad tecnológica con sectores rezagados en más de una
década y la única manera de contener esta tendencia es a través del desarrollo
tecnológico propio y no de la dependencia tecnológica externa, esto con objeto de
elevar la productividad y de esta manera aumentar la rentabilidad de las
empresas.
Será difícil ingresar en forma dinámica al mercado internacional, a menos
que se eleve la competitividad a través de un incremento de la capacidad
tecnológica de las empresas en materia de equipo, refacciones, control de calidad
y sobre todo la innovación con productos de alto valor agregado, no descuidando
el desarrollo sustentable. El sector de la industria textil desde la perspectiva de
que es un sector productivo que genera importantes fuentes de empleo con una
fuerte orientación al comercio exterior, es evidente que está siendo afectado por
la desaceleración económica mundial. La industria textil nacional está conformada
fundamentalmente por los sectores productores de: fibras, hilados, tejidos, No
tejidos, confección y textiles especiales. De estos, el último es el que tiene la
expectativa más favorable para resistir y superar los efectos de la desaceleración
económica; el grado de especificidad de estos textiles especiales depende de los
avances científicos y tecnológicos. La alta particularidad de sus aplicaciones les da
un valor agregado, favoreciendo su rentabilidad.
Anualmente la industria textil mexicana exporta a Estados Unidos de
Norteamérica cerca de 3,000 millones de dólares, a los que se suman las ventas
textiles a maquiladores de exportación que ascienden a cerca de 1,500 millones
de dólares de exportaciones indirectas, esto coloca al sector textil mexicano en el
cuarto proveedor de los Estados Unidos de Norteamérica, desafortunadamente en
productos de alto valor añadido no se da la exportación o es a un nivel
sumamente bajo.
El sector textil ofrece a los clientes globales una cadena de suministro
textil-vestido integrada en el hemisferio occidental, competitiva frente a Asia,
aprovechando las ventajas de cercanía geográfica con los mercados del Caribe,
Norte, Centro y Sudamérica, así como la velocidad de respuesta para que los
clientes diversifiquen el riesgo de concentrar excesivamente sus operaciones en
Asia, lo que ha permitido poner en marcha procesos de transformación y
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concientizarse de que es necesaria la innovación tecnológica, el desarrollo de
nuevos productos, el diseño y la moda, servicios integrales para los clientes
globales, (diseño, manufactura, mercadotecnia, logística), desarrollo de marcas y
canales de comercialización propios. Estas condiciones dan lugar a una
competencia que exige dejar de ser empresas tradicionales de bajo grado
tecnológico y de simple ensamble. También es importante tener presente que
estos desarrollos deben darse de manera inmediata, ya que los nichos de
oportunidad requieren de respuestas rápidas para dar atención a clientes
globales, los cuales tienen interés en mantener e incrementar los suministro en
occidente por la importancia estratégica de tener proveedores cercanos y esto
repercute en la disminución de los costos de producción, en contra parte con los
proveedores de Asía, en particular de China; además de que la lejanía representa
un incremento en el costo de transporte; por estas razones, para México la
situación geográfica, que podríamos considerar privilegiada, le abre una gran
ventana de oportunidades para que la industria mexicana en general, y en
particular la textil, para que se reposicione como un proveedor de excelencia de
los diferentes mercados, principalmente con el de América del Norte, que aun
estando en una etapa de recuperación de la recesión representa un mercado
sumamente importante.
La brecha tecno-industrial del sector textil mexicano con su contra parte
en los países industrializados (Estados Unidos, Japón, Alemania, Italia y Suiza), se
ha ido abriendo cada vez más debido a que estos países han puesto en práctica
tácticas de rápido cambio tecnológico, lo cual ha dado como resultado una mejor
calidad en lo general. Esta mejora en la calidad obedece a tener mejores procesos
de selección de las materias primas y equipos más eficientes, es decir, se tienen
procesos de producción con un mayor nivel de optimización. Con esto obviamente
los productos terminados son de mejor calidad y su aplicación es más específica,
cubriendo necesidades y estándares internacionales. Así en un futuro no muy
lejano, habrá una demanda de capital humano cada vez más calificados en áreas
estratégicas de la ciencia y la tecnología, como la biotecnología, mecatrónica,
diseño, logística, nanotecnología, etc. A pesar de que la industria textil del país
cuenta en este momento con un alto porcentaje de trabajadores que son técnicos
especializados en la rama textil, ésta requerirá en un horizonte muy cercano de
científicos y tecnólogos altamente especializados para los desarrollos innovadores
que le permita ser competitiva en un mundo globalizado. Desde luego para que
un sector industrial como el textil sea competitivo, éste debe estar inmerso en
una economía sana, lo cual se tiene sólo cuando la mayoría de sectores
productivos están creciendo. En otras palabras, para que un sector industrial se
desarrolle se requiere el desarrollo de otros sectores industriales esto debido a la
deseable interacción entre ellos. Por ello la utilización de agentes tecnológicos y
comerciales es sumamente necesaria. A pesar de que la industria textil mexicana
ha tenido un interés relativo en la investigación de mercados, esta investigación
no ha superado la primera etapa. Por ende estos estudios no se han visto
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reflejados en una directriz que permita posicionar al sector como referente
nacional. Se requiere que el sector textil funcione desde una perspectiva holística,
es decir, integradora dando vital significación a la relación entre los componentes
científicos y tecnológicos. Donde la competitividad sistémica permita integrar en
un concepto analítico y pluridimensional que valore de manera integral a los
factores que coadyuven a un desarrollo industrial dinámico y de éxito, con la
generación de productos tecnológicamente competitivos que les permita
posicionarse en el mercado nacional e internacional en la vanguardia tecnocientífica.
Las empresas mexicanas textiles y de la confección tienen la necesidad de
nuevas estructuras organizacionales que les permitan introducirse en los nuevos
esquemas de competencia. Para ello la comunicación de experiencias,
especialmente técnico-científicas, en la que participen analistas de empresas,
institutos de investigación, centros de desarrollo, instituciones de investigación
que identifiquen los problemas nacionales a resolver relacionados con el sector
textil y así tratar de coadyuvar a superar el rezago en el que se encuentra,
reconociendo y atendiendo los escollos tecnológicos. Hay puntos estratégicos por
atender para posicionar a la industria textil en la vanguardia tecnológica-científica
donde la Nanotecnologia y/o la Nanociencia, N-N, son herramientas que pueden
servir de soporte para la atención de estos puntos, que es evidente que requieren
de inversiones, maquinaria y equipo para lograr la alta productividad, el cumplir
con estándares más estrictos de calidad y de control ambiental.
Como se mencionó al inicio de este párrafo se requiere de proyectos
holísticos que vinculen la investigación el desarrollo tecnológico y la innovación
I&D&I, en el capitulo V se mostrarán los casos de estudio asociados al sector
textil con Nanotecnología-Nanociencia N-N, mismos que pueden ser la génesis de
macroproyectos consistentes en la integración de sistemas de limpieza de aguas
residuales y la integración de sistemas para la generación y el uso eficiente de la
energía.
ECONOMICO
NN
SOCIAL
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CIENTIFICO
TECNOLOGICO

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CAPITULO ll El universo de la Nanotecnología y la Nanociencia
1. Nanotecnología
La nanotecnología considerada "La ciencia de lo pequeño", cada día se
transforma en una de las más poderosas por ser considerada una ciencia
interdisciplinaria. La trascendencia
de la nanotecnología radica en el
hecho que implica una revolución
en la ciencia y la tecnología
basada en las habilidades para
medir, manipular y organizar
materia a nanoescala (1 a 100 mil
millones de un metro), escala que
es alrededor de 80,000 veces más
pequeña que el grosor de un
cabello humano, para tener una
idea comparativa, un glóbulo rojo
es del orden de 5 micrómetros o
5000 nanometros, es decir, es
igual a cuatro diez milésimas del
grosor de un cabello humano
Figura 1.
Dentro de la nanotecnología convergen de manera multidisciplinaria la
Física, Química, Biología, Biotecnología, Manufactura, Medicina, Agricultura,
Electrónica, Tecnologías de la Información, la Ciencia de Materiales, las
Ingenierías en general, etc. En suma, la nanotecnología se propone como la
“recreación humana de la materia”, mediante la reconfiguración atómica y
molecular con propósitos definidos y usos potenciales en los diferentes sectores.
Debido a la interdisciplinariedad entre los diferentes campos científicos y
tecnológicos Figura 2, se abre una enorme oportunidad de investigación y
desarrollo con cambios de paradigma e inmensos potenciales de aplicación en
campos cotidianos como el ambiente, la energía, la salud o menos comunes como
defensa o seguridad nacional, por supuesto también en el que nos atañe la
Nanotecnología y la Nanociencia en el sector textil, además de muchos más. ¿Qué
pasaría en un futuro no muy lejano si se pudieran hacer cosas con cada átomo en
el lugar concreto? Los efectos de la respuesta a esta pregunta estarían en función
de lo que pueda significar la combinación de influencias de las diferentes
disciplinas al confluir en la NN, que parecían temas de ciencia ficción en el pasado
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se están convirtiendo en una realidad en el presente y parecen depararnos un
futuro prometedor.
2. Antecedentes en materia de nanotecnología
El concepto de nanotecnología no es nuevo, fue adoptado en 1974 por
Taniguchi Norio para hacer referencia a la tecnología aplicada a escala atómica y
molecular. Sin embargo, fue Richard Feynman (premio Nobel de Física en 1965)
con su famosa conferencia titulada “Hay mucho espacio en el fondo” quien marco
FIGURA 2 N Y N EN LOS DIFERENTES CAMPOS DE LA CIENCIA Y TECNOLOGIA
un hito para el desarrollo de las NN haciendo ver la posibilidad de mover las cosas
átomo por átomo. Esta conferencia impartida por Feynman el 29 de diciembre de
1959, se considera como uno de los referentes teóricos de lo que en la actualidad
la comunidad científica internacional cataloga como uno de los proyectos más
innovadores y ambiciosos de la ciencia moderna. El despertar de la
nanotecnología comenzó en los 80’s con el desarrollo de los microscopios
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electrónicos de barrido que lograron imágenes a escala atómica. A partir de esta
época, siguieron avances tecnológicos como el descubrimiento de los nanotubos
de carbono con excelentes propiedades mecánicas y eléctricas, siendo las
investigaciones de Sumio Iijima en 1991 (Sumio, 1991), unas de las más
trascendentes. Hoy en día existen cerca de tres mil productos generados con NN,
la mayoría para usos industriales, observándose cada vez más la incursión de la
misma en diferentes campos de la ciencia.
3. Campos de incursión de la nanotecnología y la nanociencia
3.1. Ciencia de materiales y manufactura
Obtener materiales con propiedades específicas ha representado unos de
los grandes retos de la ciencia de materiales. Los nuevos desarrollos en la
manufactura a escala nanométrica auguran una disminución de energía,
reducción de desperdicio de materiales, menor uso de sustancias contaminantes,
un aumento del reciclado, menores niveles de mantenimiento, mayores niveles de
automatización. La nanotecnología se vincula con el área de la nanoingeniería
donde el desarrollo de nanoherramientas, la nanociencia con materiales de alto
desempeño, con propiedades y funciones insuperables que rebasaran las
expectativas para esta área del conocimiento.
Puede establecerse una clasificación de los nanonomateriales en función
del tipo de elementos estructurales que los componen. Así se distinguen:
Nanopartículas: Las nanopartículas exhiben la absorción óptica a unas
longitudes de onda muy específicas en función de su tamaño. Este efecto puede
ser explotado para fabricar sensores ópticos extremadamente precisos en el
rango que va desde el infrarrojo hasta el ultravioleta, planeándose extender este
rango a otras longitudes de onda. Las posibles aplicaciones pueden ser:
biocerámicas, optoelectrónica, almacenamiento de gases, reactores catalíticos,
baterías, membranas filtradoras entre otros.
Nanocompositos: Se identifican como materiales compuestos en parte o en su
totalidad por diferentes nanopartículas o nanofases. Se obtienen nuevas
propiedades mecánicas como la superdureza, menor coeficiente de fricción,
elasticidad, otro tipo de propiedades que también pueden ser añadidas o
mejoradas son la ópticas, las eléctricas y/o las magnéticas. Las aplicaciones de
estos materiales se pueden encontrar en sensores, biomateriales, adhesivos,
baterías, pigmentos. Dada la infinidad de aplicaciones que se presentan para este
campo, se puede considerar entre una de las más importantes, la formación de
nanofibras de materiales compuestos. Por ejemplo, se puede hablar del
crecimiento de fibras de carbono dentro de una matriz polimérica de propileno.
Los materiales compuestos de nanofibras presentan mejores propiedades
mecánicas en comparación con sus homólogos conformados por microfibras, esto
puede ser causado por el alargamiento en el campo electrostático y menor
frecuencia de los defectos por unidad de longitud de nanofibras. Kim y Renekar
(1999), mostraron el efecto del fortalecimiento de las resinas epoxi y la matriz
polimérica de caucho mediante la introducción de nanofibras de poly-benzididazol,
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producidas por electro-spinning. Bergshoef y Vancso (1999), son otro ejemplo de
investigadores que logran mejorar las propiedades mecánicas de materiales
mediante la introducción de nanofibras. Algunas micrografías que hacen
referencia a este tipo de compuestos pueden ser observadas en la Figura 3.
Nanocapas: Materiales con capas de recubrimiento donde una o varias tienen un
espesor en nanómetros. Favoreciendo propiedades como un aumento de la
resistencia a la abrasión, a la corrosión, en la dureza, lo cual proporciona a estos
materiales nuevas aplicaciones y extienden sus regímenes de operación.
Materiales nanoestructurados: El crecimiento controlado de un material para
conseguir una determinada estructura cristalina permite variar sus propiedades
ópticas, catalíticas, mecánicas, su superficie de contacto, etc. Transformándolo
técnicamente factible para un sin número de aplicaciones.
Polímeros naturales nanoestructurados: Los polímeros naturales modificados
con propiedades estructurales mejoradas, han adquirido gran importancia en la
industria moderna. Dentro de ellos, la celulosa es uno de los polímeros naturales
más importantes debido a su bajo costo, carácter renovable, biodegradable y
además, es muy abundante. Un caso de aplicación de la nanociencia y la
nanotecnología en la ciencia de materiales, es la aplicación en la modificación de
los polímeros naturales donde se puede encontrar la elaboración del nuevo papel
(papel ultra-resistente), donde a las fibras de celulosa se les aplica un producto
químico que introduce grupos carboxilos en la superficie, característicos de los
ácidos orgánicos. Esos grupos químicos son los responsables de la unión de las
nanofibras mediante puentes de hidrógeno, formando redes interconectadas como
si se tratase de un tejido. Después de la aplicación del producto químico, el
material es filtrado, lavado y secado para obtener el papel ultra-resistente. La
sorprendente resistencia mecánica de este papel está relacionada con la unión
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INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
entre las nanofibras, provocada por los enlaces de puente de hidrógeno y por la
homogénea distribución de poros generados en el material durante el tratamiento
químico. Es de suma importancia mencionar que el mejor rendimiento de este
papel, ésta también relacionada con la capacidad de las nanofibras para deslizarse
una sobre otra.
Polímeros auto-reparadores: En la ciencia de los polímeros, la nanotecnología
apuesta hacia la investigación sobre polímeros auto-reparadores. Estos son
materiales que pueden auto-curarse cuando se produce un daño en su estructura.
La auto-reparación se consigue mediante la inclusión en la matriz polimérica de
un catalizador y de nano-micro-cápsulas rellenas de un agente reparador. Cuando
el polímero es dañado, la fractura producida se propaga a través de la matriz
polimérica, provocando la rotura de las nano-microcápsulas situadas en la
trayectoria de la fractura. Estas nano-microcápsulas rotas liberan el agente
reparador, el cual se distribuye a través de la fractura por capilaridad. Una vez
liberado, el agente reparador entra en contacto con el catalizador produciéndose
una reacción química que provoca la polimerización restauradora. De esta
manera, las superficies de la fractura quedan nuevamente unidas. A pesar de que
el funcionamiento de estos materiales puede parecer muy sencillo, su procesado
aun tiene innumerables retos. Algunos de estos retos son: la necesidad de utilizar
un agente reparador compatible con el método de encapsulado, el catalizador
debe ser compatible con la matriz polimérica, las condiciones ambientales bajo las
cuales se prepara la muestra son sumamente especiales, la polimerización debe
realizarse rápidamente a temperatura ambiente, etc. Cuando se lleguen a superar
todos estos retos, se conseguirán materiales con tiempos de vida sumamente
prolongados.
Materiales auto-reparables aplicados en naves espaciales: Cuando una
nave espacial está en órbita, los enormes cambios térmicos o los impactos de
micro-meteoritos pueden provocar pequeñas fracturas en su estructura, siendo un
problema que podría encontrar solución en el campo de los materiales autoreparadores.
La investigación se ha venido llevando a cabo, reemplazando
algunas de las fibras que contienen los materiales compuestos utilizados en la
fabricación de las naves, por fibras de vidrio huecas. Estas fibras están rellenas
con una resina líquida y un endurecedor especial, que fluyen y se mezclan en el
momento en que la fibra de vidrio se rompe a causa del impacto. Las ventajas del
uso de estos materiales en naves espaciales serán, entre otras, la posibilidad de
aumentar el tiempo de las misiones espaciales y de realizarlas a lugares mucho
más lejanos de los que en la actualidad han sido explorados.
3.2. La nanotecnología en medicina y salud
En el área de la medicina se han publicado varios resultados en
nanotecnología. Su aplicación en el diagnóstico, tratamiento, monitoreo y control
de sistemas biológicos es denominada nanomedicina. Esta rama de la
nanotecnología agrupa varias áreas entre las principales se encuentra: el
nanodiagnóstico, la liberación controlada de fármacos y la medicina regenerativa.
El nanodiagnóstico desarrolla sistemas de análisis y de imagen para detectar una
enfermedad y un mal funcionamiento celular en los estados más tempranos
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INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
posibles, los nanosistemas de liberación de fármacos transportan los
medicamentos sólo a las células o zonas afectadas lo cual propicia que el
tratamiento sea más efectivo y con menos efectos secundarios. En cuanto a la
medicina regenerativa, ésta pretende reparar o reemplazar tejidos y órganos
dañados aplicando herramientas nanobiotecnológicas. Otros desafíos de la
nanomedicina es desarrollar nanoherramientas para manipular células
individuales, en grupos mediante la interacción específica con los propios nanoobjetos
naturales de las células: receptores, partes del cito esqueleto, orgánulos
específicos, entre otros. Cabe mencionar que ya se están desarrollando
nanopinzas y herramientas quirúrgicas de tamaño pequeño que permitirán
localizar, destruir o reparar células dañadas. Para el diagnóstico precoz de
enfermedades de una forma selectiva y con un alto nivel de sensibilidad, se
pueden emplear nanobiosensores como son: puntos cuánticos, cristales fotónicos,
micropalancas, resanadores fotónicos, nanotubos de carbono, entre otros. En
aplicaciones en vivo, las nanopartículas también pueden emplearse para
transportar moléculas de metal que se usen como agentes para obtener mejores
imágenes del interior del cuerpo humano mediante resonancia magnética. En
estos casos, imágenes de tumores de apenas un par de milímetros. Algunos de
estos nanoagentes ya han sido aprobados para su utilización rutinaria en las
clínicas. Igualmente se pueden utilizar para obtener mejores contrastes en
imagen óptica de rayos X y de ultrasonidos: la combinación de estos agentes de
imagen con los dispositivos de diagnóstico es otra de las líneas emergentes de
investigación en nano-diagnóstico. Las nanopartículas se pueden emplear
además, para el diagnóstico precoz de la enfermedad del Alzheimer mediante la
detección del ligando Animal Disease Diagnostic Laboratory ADDL, biomarcador
específico de dicha enfermedad que aparece en sus primeros estados. Otra
investigación en nanomedicina es el dispositivo denominado micropancreas
artificial que actúa como biorreactor en miniatura y permite el uso de las células
Beta de cualquier donante con liberación de insulina sin penetración de linfocitos y
anticuerpos. El tratamiento contra la malaria puede ser beneficiado a través de
técnicas de encapsulación de fármacos en micro y nanosistemas que permitirán la
liberación controlada de los mismos, lo que ayudaría a un mejor control de la
cinética de liberación del fármaco con menores efectos tóxicos. La nanomedicina
regenerativa persigue la reparación o reemplazamiento de tejidos y órganos
mediante la aplicación de métodos procedentes de terapia génica, terapia celular,
dosificación de sustancias bio-regenerativas e ingeniería tisular. Gracias al
desarrollo de la nanotecnología, los materiales tienen el potencial de interaccionar
con componentes celulares, dirigir la proliferación y diferenciación celular, así
como la producción y organización de la matriz extracelular. Entre los materiales
que se están utilizando cabe destacar a los nanotubos de carbono, nanopartículas
como la nanohidroxiapatita o la nanozirconia, nanofibras de polímeros
biodegradables, nanocompositos, entre otros. Los nuevos materiales obtenidos
pueden mejorar la adhesión, duración y tiempo de vida de un dispositivo. Algunos
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INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
ejemplos destacables incluyen polímeros a la nanoescala moldeados en válvulas
de corazón y nanocompositos de polímeros para la regeneración ósea.
3.3. La nanotecnología enlace entre la medicina y la biotecnología
Su objetivo se encuentra relacionado con la combinación de la ingeniería y
biología con aplicaciones orientadas a la medicina y a la obtención de nuevos
materiales de inspiración biológica. La investigación en cáncer ilustra muchas
aplicaciones potenciales de la nanobiotecnología a largo plazo, ya que es de
esperar que ayude a desarrollar una terapia anticáncer. En este sentido, se están
realizando trabajos de experimentación con láser que han logrado eliminar las
células cancerosas respetando las sanas. El trabajo realizado en la universidad de
Stanford, ha utilizado nanotubos de carbono, aprovechándose su capacidad para
calentarse cuando son expuestos a la luz de un láser. Se está desarrollando un
modelo experimental de linfoma en ratas para comprobar si mediante la simple
exposición de la piel del animal a la luz láser son capaces de matar células
cancerosas una vez incorporados los nanotubos de carbono. También hablan de la
inyección directa de estos materiales en el tumor, para después ser expuesto a la
luz cercana al infrarrojo que destruiría el tejido. Por mencionar un ejemplo, se
podría realizar en el cáncer de mama.
Por otro lado, tanto en la nanomedicina como en la nanobiotecnología, se
han estado realizando estudios y avances tecnológicos en lo referente a
nanorobots. Un nanorobot es un dispositivo con dimensiones en escala
nanométrica diseñado para realizar una tarea repetidamente y con alta precisión.
Se distinguen dos tipos: el llamado robot insecto y el robot autónomo. Este último
incorpora un microordenador propio que le permite operar autónomamente. El
robot insecto es un conjunto de dispositivos idénticos, controlados por un único
ordenador central, tiene especial interés en el campo de la medicina. Se especula
con la posibilidad de utilizar colonias de robots con las mismas funciones que el
sistema inmunológico. Buscar y destruir específicamente, bacterias, virus y otros
agentes infecciosos. Asimismo, pueden servir como herramientas para ensamblar
sistemas a escala muy pequeña. Los nanorobots solucionarían el problema del
posicionamiento, es decir, situar y mantener en la ubicación correcta piezas de
tamaño molecular. En relación con el posicionamiento aparece el concepto de
autorreplicación, en el cual un dispositivo en la nanoescala puede realizar copias
idénticas de sí mismo. Una de las tendencias en nanobioltecnología es seguir
modelos de comportamiento de la naturaleza, como es el caso del Lotus, una
planta de humedales nativa de Asia, la cual ha servido de inspiración para un
fabricante de productos químicos alemanes, quienes han desarrollado un espray
de revestimiento que imita el principio de las hojas de la planta antes
mencionada, para repeler las gotas de agua y partículas de polvo. Las plantas de
Lotus tienen una superficie hidrofóbica debido a que están recubiertas con
cristales de cera, los cuales miden alrededor de 1 nm de diámetro. Esta
INGENIERÍA TEXTIL 15

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estructura nanométrica observada en la naturaleza está dando lugar a un gran
desarrollo en fenómenos de superficie e incrementando aplicabilidad.
3.4. La nanotecnología en la agricultura
En el área de la agricultura, los nanosensores harán posible reducir
sustancialmente el riesgo de la baja producción y regular la distribución de
nutrientes, lo que conllevara a que explotaciones de áreas menos húmedas o
menos fértiles compitan ventajosamente con las más fértiles. Muchas regiones del
mundo se verán beneficiadas por nanoproductos capaces de potabilizar el agua a
muy bajos costos.
3.5. La tecnología de la nanoelectrónica y sistemas de información
La nanotecnología aplicada a la electrónica y sistemas de información
persigue como finalidad el diseño de componentes para obtener dispositivos
electrónicos y computadores de alta eficiencia y con tamaño pequeño.
Richard Feynman dijo: “Toda la información acumulada en todos los libros del
mundo puede ser escrita en un cubo de material de 0.0002 mm de ancho”.
Después de tantos años de haberse dicho esa frase, hoy en día, el campo de los
dispositivos de almacenamiento masivo ha experimentado avances
extraordinarios. IBM ha anunciado obtener densidades de almacenamiento de un
billón de bits en una pulgada cuadrada que permitirían almacenar 25 millones de
páginas de texto en la superficie de un sello de correos. Su proyecto "Millipede"
consiste en realizar el equivalente a las tarjetas perforadas a nanoescala
(utilizando menos energía y con capacidad de reescritura), pudiendo proporcionar
una gran capacidad de almacenamiento a todo tipo de dispositivo móvil, desde
teléfonos hasta relojes. Específicamente se prevén computadoras más rápidas y
baratas. Otras investigaciones en el área de la electrónica y sistemas de
información están enfocadas a la utilización de los nanotubos de carbono para la
construcción de las llamadas pantallas planas, esto debido a su interesante
capacidad de emisión de electrones que les permite ser la alternativa futura de los
cristales líquidos. Con la utilización de los nanotubos de carbono podrán obtenerse
pantallas del espesor de una hoja de papel y con la misma flexibilidad que éste. El
área de la nanoelectrónica se encuentra muy desarrollada y ya se han obtenido
transistores y conexiones eléctricas basadas en nanotubos de carbono por las que
circulan controladamente electrones de manera individual.
3.6. La nanotecnología en la defensa y seguridad nacional
En cuanto a nanotecnología en seguridad nacional el objetivo será el
incrementar la protección y capacidad de sobrevivencia de los soldados con
nuevas tecnologías que cubrirán las siguientes prioridades: detección de peligros,
neutralización de peligros, tratamiento medico automático, ocultamiento o
INGENIERÍA TEXTIL 16

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
encubrimiento, aumento de las capacidades biológicas humanas y reducción de la
huella logística. Para ello, las investigaciones están girando en torno a mejorar las
comunicaciones, sensores, dispositivos y armamento de tipo inteligente. Podrán
elaborarse explosivos en miniatura de mayor alcance, mayor densidad energética,
aplicados a sistemas miniaturizados que los guíen con mayor precisión al
enemigo. Entre otros proyectos de investigación y desarrollos significativos en el
ámbito militar están el diseño de uniformes inteligentes reactivos a variaciones de
la luz, humedad y temperatura en el campo de operaciones de los soldados
(textiles avanzados), el desarrollo de armamento autoejecutable, tal como
nanopartículas destructoras o venenosas, nanoespías, o bien nanodispositivos
diseñados para actuar genéticamente. Los intereses que se tratan de cubrir en el
campo de defensa y seguridad nacional con la aplicación de la nanotecnología es
el de desarrollar ejércitos sin soldados. En este aspecto, el 16 de Febrero de 2006
el New York Times público “el Pentágono prepara una amplia variedad de
soldados automatizados y prevé que los robots constituyan una fuerza importante
de combate en menos de una década”. Se considera que los robots representarían
una opción de sustitución de los humanos en el campo de batalla debido a que a
ellos no les da hambre, no tienen miedo, no olvidan sus órdenes y no les importa
si un compañero acaba de recibir un disparo. Los robots pensarán, percibirán su
entorno y reaccionarán cada vez más como humanos. Los robots podrán
parecerse y moverse como humanos o colibríes, tractores o tanques, cucarachas
o saltamontes.
Recientemente, investigadores de la universidad de Tokio, han implantado
quirúrgicamente una mochila micro-robótica a una cucaracha, lo que permite
dirigir por control remoto sus movimientos, representando este otro avance
tecnológico en el ámbito militar. Existe una gran controversia sobre los posibles
impactos que pueda tener la nanotecnología y la nanociencia al presentar una
gran capacidad para ampliar el poder destructor de la industria bélica. Muchos de
los logros que se tienen son en función de estas aplicaciones bélicas debido a que
el presupuesto que invierten los países desarrollados en este tipo de
investigaciones es enorme, pero no por ello debemos satanizar a la NN.
3.7. La nanotecnología en energía y el ambiente
La nanotecnología que se ha aplicado en este rubro ha sido principalmente
a nivel nanométrico para mejorar la producción y el uso eficiente de la energía
con sustentabilidad.
Energías renovables y no renovables: Las nanotecnologías tendrán un papel
preponderante en el aprovechamiento de la energía solar mediante
nanomateriales sustitutos del silicio, que permitirán aprovechar las radiaciones
infrarrojas y ultravioletas para generar energía, incluso materiales que permitan
la producción directa de vectores energéticos como el hidrógeno a partir de luz
del sol mediante sistemas bio-inspirados y su utilización en pilas de combustible.
Numerosos nanomateriales han revelado importantes propiedades como
INGENIERÍA TEXTIL 17

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
nanocatalizadores con un potencial titánico de aplicaciones en temas como la
obtención de biocombustibles, el tratamiento de vegetales generadores de
gasolinas con altos rendimientos, etc. Para economías basadas en el petróleo el
rol de los nanocatalizadores, nanomarcadores en los distintos procesos de
perforación, exploración, refinación y petroquímica es colosal.
Ambiente: Están en fase de desarrollo diversos tipos de nanosensores que
permiten detectar características físicas, químicas que permitirán crear
dispositivos en control ambiental en el entorno y en los procesos de producción de
energía. De forma activa, se están desarrollando catalizadores basados en
nanoestructuras capaces de destruir las moléculas peligrosas, útiles para la
descontaminación, por ejemplo del agua
4. La otra cara de la nanotecnología
Con el surgimiento de una nueva tecnología, aparecen opiniones a favor y
en contra. La nanotecnología no parece ser la excepción, en especial por tratarse
en algunos casos de innovaciones completamente originales y radicales que
generan grandes transformaciones en la estructura productiva y en los patrones
de consumo social. Una de las principales dificultades para analizar los posibles
riesgos de la nanotecnología es que se trata de un término global y que no se
emplea a una sola tecnología o aplicación. Por el momento sólo se ha reconocido
que pueden existir riesgos con el ambiente y la salud asociados con la emisión no
regulada de algunas nanopartículas de diseño durante el desarrollo, la fabricación,
incorporación, uso o eliminación de productos. No obstante, también se ha puesto
de manifiesto el peligro implícito en algunas nanopartículas creadas por la misma
naturaleza. Si bien la mayoría de estas inquietudes aún no tienen respuesta y
continúan bajo debate, se ha planteado la necesidad de generar un marco
regulatorio seguro y responsable, así como también la importancia de informar a
la sociedad sobre los posibles beneficios y peligros de la nanotecnología. En este
sentido, la Comunidad Europea recomendó a comienzos de 2008 la elaboración de
un código de conducta para la investigación responsable en nanociencia y
nanotecnología.
5. Reflexiones
La nanotecnología y la nanociencia se consideran una revolución industrial;
sin embargo, una percepción errónea de esta, podría impedir el desarrollo
adecuado de estos tipos de disciplinas. Desde mi punto de vista, la prospectiva es
integrar ciencia, tecnología, e innovación en un punto de convergencia tal, que
ambas permitan una sinergia y que en un escenario positivista su aplicación se
tenga en no más de 5 años a todos los niveles y en uno negativista a 15 años.
Estos desarrollos deberán forzosamente generarse bajo una adecuada
reglamentación, con una normatividad que incluya los efectos positivos y
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INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
negativos como el posible daño a la salud humana, la cual está claro que debe
tener la máxima prioridad.
Siendo el sector textil el centro de nuestra atención la influencia
nanotecnológica puntualizada en los textiles se expresa en el capítulo IV.
.
CAPITULO III Visión local del desarrollo de la
Nanotecnología y la Nanociencia.
Como se han mencionado en capítulos anteriores las nanociencias y
nanotecnologías abarcan un espectro muy grande del conocimiento humano y
cada vez hay más interés en ellas. Como se ha dejado ver a nivel mundial el
interés ha crecido vertiginosamente en los últimos años, la cuestión es cómo se
sitúa México, desde el punto de vista global-local, que ocurre en el mundo textil
mexicano con respecto a la investigación y desarrollos e innovación en conjunto
con la industria mexicana. Un indicador para fijar el interés de los distintos países
en investigación y desarrollos tecnológicos de vanguardia son los montos de
País Alemania Argentina EU México España Japón
2005 62,493 2,573 324,465 5,094 13,264 130,745
inversión en este rubro, para darnos una idea y reflexión en el cuadro 1 se
muestra las inversiones de México y algunos otros países, en investigación y
desarrollo experimental hasta el 2005 al comparar la inversión aun cuando es una
inversión total en investigación y desarrollo I&D, no es un presupuesto particular
para NN, esta comparación nos deja ver que las cantidades no son equiparables.
Cuadro 1. Gasto en inversión y desarrollo experimental por país (Millones de corrientes)
En el diario oficial del l6 de diciembre de 2008; en el apartado referente
del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, se decreto el Programa Especial de
Ciencia y Tecnología 2008-2012, se marca el financiamiento en ciencia, tecnología
e innovación para el periodo 2009-2010 donde el gasto público federal para la
FUNCION CIENCIA Y TECNOLOGIA fue de 544 millones de pesos anuales en
promedio, este gasto se incrementó 4% respecto al aprobado en el 2009; la
cantidad asignada es global, no hay un rubro designado para una línea específica
como las NN. Además es digno de señalarse que en el mismo programa se
puntualizaron las prioridades del sector en Ciencia y Tecnología CTI que incluyen
temas relevantes de la agenda internacional como el consumo de energía, el
cambio climático global, desarrollar fuentes alternas de energía y su ahorro,
haciendo hincapié en temas relevantes de fuerte dinámica y atención prioritaria
como son la biotecnología, la nanotecnología y los materiales. El cómo está
INGENIERÍA TEXTIL 19

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
compuesto dicho financiamiento nacional de la ciencia y la tecnología, se puede
decir que tiene dos grandes componentes. Por un lado se encuentra el del sector
público, que comprende a la administración pública, el CONACYT y las entidades
federativas y, por otro, la inversión que realiza el sector privado. En México, el
principal aporte de inversión en ciencia y tecnología ha emanado del sector
público. El financiamiento, señala el diario, ha sido insuficiente para alcanzar
niveles mundialmente competitivos en actividades de CTI, por lo tanto se requiere
ampliar la participación de todos los agentes involucrados. Las actividades
científicas, tecnológicas y de innovación traen consigo importantes retos, el más
significativo quizá sea la atención a necesidades específicas de la sociedad
inicialmente la mexicana y en una segunda etapa la sociedad mundial.
A nivel internacional, la medición del esfuerzo que realiza un país en CTI es
el gasto en IDE (Investigación y Desarrollo Experimental) respecto a su PIB
(Producto Interno Bruto). Se tienen evidencias de que los países más
competitivos invierten más en IDE teniendo al sector privado como su principal
fuente de financiamiento, en esta situación se encuentran Suecia, Finlandia,
Japón y Estados Unidos, como se muestra en el cuadro 2, en contraste con
México con el sector gobierno como su principal abastecedor.
Cuadro 2. Gasto en IDE respecto a su Producto Interno Bruto (PIB)
El estudio de la nanociencia y la nanotecnología tiene ya en estos
momentos un impacto en la política economica y su evolución repercutirá en la
sociedad en general. Como se mencionó, la asignación de los recursos tendrá que
reorientarse hacia estas “nuevas tendencias” nanotecnocientíficasnanotecnológicas,
adaptándose a las prioridades del país donde es fundamental
que se cuestione su coherencia a la realidad de México y no dejarse llevar solo
por la moda internacional. El análisis Schumpeteriano rompe con la tradición
neoclásica que consideraba el cambio técnico como algo externo. El vocabulario
de las políticas de ciencia y tecnología en cualquier país es Schumpeteriano y
neoschumpeteriano; términos como innovación, catching up, start ups, spinover y
todo el bagaje conceptual de la “economía del conocimiento” tiene este origen
teórico. Schumpeter otorga a la competencia en el mercado el rol fundamental
INGENIERÍA TEXTIL 20

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
para la innovación. Los emprendedores, bajo la presión de la competencia,
desarrollan alternativas tecnológicas que les ofrecen ventajas competitivas
algunas veces con bases científicas. También Schumpeter relaciona esa tendencia
intrínseca a la innovación con la necesidad de crédito para poder introducir las
nuevas tecnologías. ¿Cómo involucrar a una nación como México al mercado de
los productos innovadores?. Si las nanotecnologías y las nanociencias se
constituyen en la plataforma industrial de una nueva revolución tecnológica,
expandiéndose a todas las ramas, México podrá hacer frente y competir
internacionalmente o se hará la compra y tropicalización de la tecnología
desarrollada por el primer mundo.
Se han hecho varios estudios comparativos para Latinoamérica referente al
desarrollo de la NN, a partir de los resultados mostrados por estos estudios, Brasil
se posiciona a la cabeza de los países latinoamericanos dado que este país cuenta
con una estrategia nacional para impulsar el desarrollo de la nanotecnología y la
nanociencia. En ese estudio se refiere a México como un país que está haciendo
esfuerzos por impulsar estas disciplinas puesto que si hay inversión en la
infraestructura para el desarrollo de la investigación. ¿Quién está haciendo
investigación en NN en México?.
Para el primer trimestre del 2010 podemos señalar que es impresionante
como está extraordinariamente diseminado el desarrollo de nanotecnología y
nanociencia, desde el norte hasta el sur del país, prácticamente todas las
universidades, centros e institutos de investigación y desarrollo tecnológico, hay
avances en esta disciplina con diferentes grados de madurez, por diversas
razones, algunos porque ya tienen una infraestructura muy sólida y trabajan en
estas disciplinas contando con un Background impresionante, otras porque su
infraestructura la adaptaron para iniciarse en estos desarrollos, permitiéndoles
colocarse a la cabecera. También están las que por su naturaleza en sí, cuentan
con un mínimo de recursos y a pesar de ello continúan haciendo esfuerzos para
generar avances en estos tópicos. Mencionar a todas las instituciones públicas,
privadas, paraestatales, empresas, y los montos asignados, no es objeto de este
trabajo por ello la omisión es consiente dado que no pretendemos dar un informe
completo del desarrollo por institución y el financiamiento para el mismo.
Mencionaremos algunas de las instituciones que participan en desarrollos
vinculados a NN, con ejemplos que seguramente tendrá omisiones pero no por
ello de menor importacia. En algunas de las instituciones citaremos algunas líneas
de investigación pero en la gran mayoría son muy diversas ya que estudian a la
NN desde distintas perspectivas, tal es el caso de macro universidades o centros
con un número considerable de campus o unidades académicas, tales como la
UNAM, el IPN, la UAM, ITESEM Instituto Tecnológico de Monterrey, CINVESTAV,
Universidad ANAHUAC, Universidad de las Américas UDLA, etc., entre las pioneras
del desarrollo de NN en México está la Universidad Nacional Autónoma de México
INGENIERÍA TEXTIL 21

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
UNAM, esta institución cuenta con una macro red en nanotecnología y
nanociencia. Que cubre una infinidad de líneas en diferentes temas catálisis,
medicina, energía, ambiente, etc.
En la Universidad Autónoma Metropolitana UAM, en sus diferentes
unidades académicas. A través de una mecánica distinta conformo foros de
temáticas amplias como: agua, energía, pobreza, nanotecnología, etc.; en los
cuales se tiene la participación de los investigadores de diversas disciplinas de
esta institución, dando con ello a un trabajo multidisciplinario. Referente al foro
de nanotecnología se destaca el laboratorio de nanotecnología asociado a
desarrollos en biotecnología en la Unidad Iztapalapa y el grupo de investigación
para la simulación de nanomateriales en la Unidade Azcapotzalco. En la Unidad
Xochimilco en los campos médico y farmacéutico con nanopartículas acuosotas,
entre otras.
El Instituto Politécnico Nacional IPN inaugura en 2009 un centro de nano y
micro tecnología que tendrá la finalidad de dar servicio a los investigadores que
trabajan líneas afines a NN, que están en las diferentes sedes ya sea escuelas o
centros de investigación que se encuentran distribuidos a lo largo de la república
y cuya pertenencia a la red institucional en nano y microtecnología les permita
tener una mayor concretización de resultados. Esta red se estima que este
momento está conformada por al menos 100 investigadores del IPN y se espera
un crecimiento de la misma en los años futuros; entre las escuelas participantes
están:E ESFM, ESIQIE, ESIT etc.. Las líneas de investigación son al igual que para
el caso de la UNAM muy variadas. Un caso puntual en el IPN es el que más
adelante mostraremos una de los casos de estudio como resultado de las
investigaciones desarrolladas en esta institución.
INGENIERÍA TEXTIL 22

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
Un centro de Investigación es el CINVESTAV Centro de Investigación y de
Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional en sus diferentes unidades
distribuidas en diferentes ciudades tiene líneas en NN hacer mención de algunas
de estas innumerables instituciones que por sus dimensiones nos permiten
señalar que México se ha colocado en este tren de investigación y que van desde
el norte hasta el sur. En cuanto al desarrollo de parques industriales con rubros
puntuales asociados a NN se observan en el cuadro 4.
En este momento las instituciones de educación e investigación a lo largo
del eje tecnológico científico en NN que cruza la república mexicana, no distingue
entre instituciones públicas y privadas y debe orientarse y planificarse la
investigación en NN para las contribuciones que se consideren valiosas se haga la
transferencia tecnológica de forma expedita, para convertirnos en generadores de
ciencia y tecnología, no receptores o adaptadores.
El plan nacional para el desarrollo de este campo es un requerimiento que
permitirá tener acceso de manera más disciplinada a los convenios entre el
gobierno mexicano y la Unión Europea con acuerdos de cooperación que incluye
un presupuesto por 20 millones de euros para proyectos conjuntos de
investigación en nanotecnología y nanociencia. Así se impulsará la investigación y
el desarrollo de innovaciones educativas y el intercambio permanente entre los
distintos actores del sistema. La investigación en NN puede aportar a nuestro país
la innovación necesaria para generar empresas de alta tecnología que
incrementen la competitividad del país, incluido por supuesto el campo textil.
INGENIERÍA TEXTIL 23

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
CAPITULO lV Un sector textil innovador mediante
Nanotecnología y la Nanociencia.
Como ya cité en el capítulo ll la nanotecnología, también llamada fábrica
molecular, cuyo prefijo nano se ha convertido en una moda mundial, se ocupa del
diseño, fabricación de circuitos electrónicos, dispositivos mecánicos, ensambles
moleculares, etc. construido a nivel molecular. Esta ciencia y tecnología ha
permitido tener un control un poco más preciso sobre la materia a nivel atómico y
molecular. La huella en diferentes ciencias y tecnologías, no ha dejado de lado al
sector textil, él cual es el motivo de nuestra exposición, donde el mundo de lo
infinitamente pequeño, en el que se diseñan estructuras en escala molecular,
invisibles para el ojo humano pero que proporcionan dispositivos cada vez más
eficientes, al aplicar estas NN en el campo de los textiles ha llevado al desarrollo
de nanofibras, nanocompositos, nanopolímeros, nanohilos, nanotubos,
nanocolorantes, nanoaditivos para antioxono, antiluz, etc. Donde nanopartículas
(plata, oro, platino y óxidos) nanotubos, nanobarras y nanolistones,
bionanomateriales, nanopilas, etc., Lo cual ha dado como resultado un
mejoramiento de las propiedades de los materiales. De hecho, fueron las
industrias textiles a través de las fibras las primeras en aplicar con éxito estos
avances, dando a los consumidores prendas avanzadas en el vestido, calzado o
accesorios que cuentan con sensores microelectrónicos que combinan con la
elegancia o simplemente la moda. Esto muestra una aplicación de la
nanotecnología para dar confort al ser humano. En la cadena que conforman a la
ingeniería textil esto es fibra-textil-acabados-confección, confección, se han dado
distintos grados de desarrollo. Áreas tales como: fibras, hilatura, tejidos,
acabados e incluso en el análisis y control de la producción industrial se han visto
impactadas a distintos niveles por la NN. Para tener una idea de estos avances a
continuación se muestran algunos de los ejemplos vinculados a cada uno de estos
eslabones de la cadena.
1.NN EN FIBRAS
La obtención de 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 de nanocapas
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INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
capaces de retener la humedad FIGURA 1. Para mejorar las características
estéticas, como por ejemplo en la obtención de fibras luminiscentes por la
superposición de nanofibras con diferentes índices de refracción, generando
una visión diferente en función del punto de vista del observador o el ángulo en
que la luz incida sobre la fibra. FIGURA 2.
Las nanofibras pueden añadir
funciones como antibacterias, antivirus,
anti olor, retardantes de flama,
absorción de rayos ultravioleta UV,
modificados con biosensores de pronta
respuesta, electroconductividad,
antiestáticas, aislamiento, etc. Algunos
nanomateriales para el mercado textil
son nanofibras de polímeros naturales
o sintéticos, fibras con nanopartículas,
materiales textiles con nanoacabados o
capas de tejido con nanopartículas. Se
trabaja con tamaños extremadamente
pequeños: una nanofibra de polímero
tiene entre 50 y 500 nanómetros, una
célula sanguínea supera los 5.000
nanómetros.
La aplicación potencial de los nanotubos de
carbono incluye la obtención de compositos
fibra-polímero de peso reducido, también
se pueden utilizar para chalecos antibalas, o
para sistemas de almacenamiento de
energía embebidos en los tejidos, capaces
de suministrar energía a determinados
dispositivos electrónicos, o en campos más
específicos como la fabricación de raquetas
de tenis. Los desarrollos en la elaboración
de fibras textiles para aplicaciones no
textiles como fibras funcionales FIGURA 3
con capacidad de responder a
estímulos exteriores, generando
nuevas aplicaciones. Inclusive, en
fototransformaciones para el
tratamiento de los efluentes de las
industrias textiles que es uno de los
INGENIERÍA TEXTIL 25

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
dos casos de estudio que mostramos en esta relatoría en el capítulo V. Como se
señaló, solo se mencionan en los puntos l,ll y ll algunos ejemplos en NN de la
inmensa cantidad de aplicaciones en la cadena textil.
ll. NN TEXTIL (TEJIDOS Y NO TEJIDOS)
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. FIGURA 4
Las nanopartículas se están utilizando para mejorar el control de liberación
de fragancias, biocidas y fungicidas sobre los tejidos, así como para prevenir el
crecimiento de bacterias mediante la liberación de agentes bacteriostáticos o
también para la absorción de olores. FIGURA 5. Otro concepto en indumentaria
basado en la nanoencapsulación
y sus híbridos para limpieza y
belleza lo están aplicando Varias
empresas para ampliar las
funciones de los tejidos. La
multinacional española Dogi
Internacional Fabrics elabora
tejidos aplicables a la lencería y
a los trajes de baño para
hacerlos más cómodos. Por
ejemplo, trabaja en la
microencapsulación de diferentes
materias. Esta técnica permitirá
integrar en un tejido ingredientes
FIGURA 5. Biomateriales de última generación, Microencapsulados
en fibra de viscosa
Referencia: P. Marino, INTI, memorias ICA, 2009
activos como cremas, lociones, aceites con propiedades cosméticas,
farmacéuticas o médicas. En particular se hace énfasis en la durabilidad de las
propiedades. En los estudios estadísticos realizados se ha mostrado que éstas no
desaparecen aun después de 100 procesos de lavado. Los acabados con el uso
de NN permiten en principio crear tejidos con propiedades multifuncionales,
como la resistencia ultravioleta, repelencia a líquidos, con propiedad anti-arrugas,
anti-bacterianas y hasta la autolimpieza o con disposiciones mecánicas basadas
en la autolimpieza de la naturaleza.
Los complejos textiles deportivos Sports Wear representan todo un
universo donde el desgaste propio del mundo de los deportes requiere de
acabados funcionales. Dockers, Nike y Ralph Lauren aplican la nanotecnología en
su ropa, ejemplo de la propiedad de autolimpieza inducida por recubrimientos
nano-TiO2/nano-ZnO, En los deportes ya se tienen disponibles versiones
comerciales como las que recomienda Tiger Woods un golfista que parece ser el
primer atleta multimillonario del mundo, con 100 millones de dólares al año
INGENIERÍA TEXTIL 26

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
puede usar ropa nanotecnológica y en un comunicado de prensa señalo que utiliza
ropa la cual no se ensucia ni comiendo, ni jugando al golf. Los pantalones Nike
que viste están tratados para repeler el café, la salsa de tomate e incluso el vino.
Por supuesto, el agua también resbala, esta delicia tecnológica aun no está
disponible para todos los bolsillos.
En cuanto al confort térmico sintético es el más inmediato que proporciona
estos elementos. En una actividad más intensa, este es el caso de los deportistas,
los aumentos de la temperatura corporal con una mayor producción de calor. Para
mantener este aumento dentro de un cierto límite, el cuerpo suda con el fin de
retirar la energía del cuerpo por el enfriamiento por evaporación. Textiles
inteligentes utilizados para mejorar el aislamiento son los materiales de cambio
de fase y los materiales con memoria de forma, otra propiedad requerida a los
materiales inteligentes La cantidad de calor producido por el cuerpo depende en
gran medida de la actividad física y puede variar de 100 W en reposo a más de
1000 W durante la actividad máxima. Durante las estaciones más frías alrededor
de 0 ºC, el aislamiento térmico tiene que garantizar que el cuerpo este lo
suficientemente caliente en estado de descanso.
III. NN ACABADOS-CONFECCION
Así como en los tejidos también en el acabado de los textiles, se han
utilizado nanopartículas tanto en la superficie como monocapas, así como en el
cuerpo del textil mismo, para dar
lugar a los textiles inteligentes. Los
colores en la naturaleza son el
resultado de la interacción de la luz
con la materia, por la interferencia o
por el fenómeno de difracción. Este
concepto se ha aplicado a los
colorantes textiles para obtener
colores puros y brillantes a partir de
nanocristales que dan lugar a
colorantes más estables y cuando se
mezclan con los colorantess, se
puede producir un espectro de
colores, que no es alcanzable por
cualquiera de los tintes o pigmentos
convencionales. Otros colorantes son
los generados por puntos cuánticos (nanocristales semiconductores) FIGURA 6
que generan los cambios de color, con el aumento de tamaño de partículas. Por
tanto, es posible crear partículas de tamaño diferente de un material con
diferentes propiedades ópticas que cubren toda la región visible. FIGURA 7
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INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
FIGURA 7 PUNTOS CUÁNTICOS (NANOCRISTALES SEMICONDUCTORES) GENERA CAMBIOS OPTICOS
La inducción de propiedades por diferentes tipos de tratamientos, como el
tratamiento de plasma se siguen investigando con buenas probabilidades de
éxito. 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.
En la cadena participan los procesos integrales de producción el impacto de la
NN más notables con cambios sustanciales se da con el uso de los MEMS
Microelectromechanical Systems. Son
sistemas de construcción e integración de
componentes electrónicos y mecánicos que
se aplican en los métodos de procesamiento
textil. Por ejemplo, en el proceso de hilado,
la formación de tejido con un control de las
fibras individuales, con el uso de MEMS, que
puede detectar la posición (sensores) y
controlar el movimiento o la posición
(actuadores) en las fibras individualmente,
lo cual permite obtener estructuras con
propiedades controladas.
INGENIERÍA TEXTIL 28

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
TEXTILES EN INDUMENTARIA CON CAMBIO DE PARADIGMA
La industria textil comenzó con la necesidad de proteger a los seres humanos
de las cambiantes condiciones climáticas. El hombre primero cubría el cuerpo con
hojas, fibras vegetales hasta que descubrieron las telas. Los textiles son ahora
una parte esencial de toda la vida del organismo, y han cubierto un campo muy
basto donde la parte de indumentaria es un componente más. A continuación
mostraré que dependiendo de la aplicación del textil hay una influencia de la NN,
ya sea en el producto terminado o en el proceso de fabricación, hay segmentos
como la industria militar, la medicina, los textiles deportivos que tienen más o
menos influencia pero prácticamente a todos los ha afectado de una u otra
manera.
� Indumentaria militar
El Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), EE.UU. está utilizando la
nanotecnología para desarrollar uniformes y materiales que podrían ayudar a
proteger a los soldados contra la detección, las amenazas, las balas y los agentes
químicos. Se trata de un textil, que está tejido con diferentes capacidades en una
sola prenda, que proporcionaría protección química, protección balística, con
sensores, con la facultad de cambiar de un tejido suave a uno de especie de
caparazón duro para brindar protección. Que permitirá ser transformado de una
prenda de vestir flexible en una estructura rígida incluso que pueda llegar a
transformarse en una férula para un hueso roto. Estos Textiles Innovadores en
principio deben servir para detectar la sangre de un soldado en el campo de
batalla, un bombero o policía que este herido y que no pueda pedir ayuda a un
puesto de mando. En un paciente cuyo estado de salud es muy crítico y que no
pueda informar de su condición a los médicos. La ropa que lleve puesta puede
resolver este problema mediante la detección de sangre o de un dato de presión
arterial, para posteriormente transferir esta información a un centro de atención.
Otro tópico de interés en la investigación es el diseño de uniformes que eviten ser
detectados por algunos tipos de sensores, para alcanzar tal objetivo se recurre al
uso de métodos basados en campos magnéticos y eléctricos con los que se logra
tener un control preciso de la posición de las nanopartículas funcionales dentro y
fuera de las fibras poliméricas para la creación de los nuevos materiales
nanocompuestos. Este proceso permite crear en las nanofibras una coloración
sintonizable, lo que da lugar a aplicaciones de camuflaje activo que es de sumo
interés para este sector.
En accesorios se pretende la fabricación de zapatos impulsores que les
permita a los solados superar obstáculos de cierta altura, para dicha fabricación
se requiere de un material en el que se pueda almacenar energía ¿algún textil
acaso?. Pues sí, en eso también se está aplicando NN para desarrollo de textiles
energéticos celulasPeltier. Otro requerimiento son las prendas de vestir con fibras
INGENIERÍA TEXTIL 29

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
que respondan al cambio de fase de la temperatura corporal, las cuales tengan la
funcionalidad de almacenar la energía generada por el calor del organismo a
través de termopares outlast; estas prendas liberarían el calor como lo hace el
algodón pero de una forma más controlada. Este tipo de prendas no es
únicamente de interés para el sector militar, sino también para otros sectores, por
ejemplo, el deportivo.
� Los textiles electrónicos
El cambiar de estilo como se observa en los modelos de Cristian Dior donde
parte del atuendo elegante desaparece al autointegrarse hasta quedar en una
guaripa que contiene el resto de ropa, lo que resulta atractivo para algunos
segmentos de la población en este campo de la moda. La creación de diseños de
fantasía capaces de alterar algunas propiedades están conectados a diferentes
tipos de sistemas electrónicos para este tipo de prendas ya están en el mercado
de los nanoproductos, donde se pueden comprar chaquetas con reproductores de
música, letreros de propaganda o con fibras camaleón, es decir, que las fibras se
esconden en el ambiente por camuflaje. También se pueden incorporar fibras
conductoras para crear vestidos electrónicos de negocios con sensores y chips
integrados para generar electricidad a través de la temperatura corporal, como
las fabricadas por la empresa alemana Infineon o simplemente en lugares de
mucho tráfico peatonal tener direccionales textiles como se observa en la FIGURA 9
�
�
INGENIERÍA TEXTIL 30

� Textiles Técnicos
INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
La tendencia actual en los textiles son los llamados textiles técnicos que se
caracterizan por tener un alto rendimiento y una funcionalidad especial. El
mercado de estos es importante y en expansión debido a que un mayor número
de productos con un uso determinado son requeridos por diversas industrias. El
uso de textiles técnicos en la elaboración de ropa va más allá del confort. Estos
también se usan para atender la prevención de enfermedades, por ejemplo, el
olor del sudor y la suciedad pueden generar alergias o erupciones de la piel en
algunas personas causando estados depresivos. Así una ropa que huela bien y sea
fresca es apreciada por la mayoría de la gente. Ahora bien, para tener ropa con
estas características, es necesario usar fibras funcionalizadas que combatan a las
bacterias que provocan el mal olor.
� Medicina
La reciente aparición de la nanotecnología en el mercado mundial ha generado
preocupación entre los científicos, investigadores, agencias reguladoras, los
consumidores y el público en general, respecto a su seguridad. Se espera que la
nanotecnología tendrá un impacto importante en la medicina y la atención de la
salud, por ejemplo, con ropa que proteja de la aguda y acumulativa exposición
acumulativa a la radiación solar ultravioleta (RUV) que es causa importante de
cáncer de piel. Otros efectos nocivos de la radiación ultravioleta en la piel son el
eritema o quemadura solar, fotoenvejecimiento y la disminución del sistema
inmunológico. El papel de la Industria Textil en el campo médico desde su primera
intervención por medio de las suturas hace más de 4000 años hasta su
participación actual en materiales de arterias artificiales e injertos de nanopiel.
Los nanotextiles por sus aplicaciones en la ciencia médica son un objeto de
estudio multidisciplinario de suma importancia.
� En la seguridad
En tecnología de la ropa de protección, los avances están relacionados con la
flotación, la protección térmica, protección antigravedad, y la integración de la
ropa y equipo de protección, que son áreas específicas de conocimientos técnicos
para Mustang Survival Corporation.
Las camisas de nanotubos han superado a las telarañas, hasta hace poco más
resistentes que el acero y más elásticas que el poliamida. Pero el costo de 400
dólares el gramo, hace que tejer una camisa con nanotubos sea inviable
industrialmente, pero hay empresas como Nanoledge que ya cuentan con carretes
de nanotubos, lo que se considera “la fibra más resistente del mundo”, según el
director técnico Kai Schierholz.
� Energía y textiles
INGENIERÍA TEXTIL 31

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
Tejido del futuro: Baterías Textiles. Podemos escuchar a la gente energética
decir: "Estoy completamente cargada". ¿Qué tal si nuestro traje está también
cargado?. Esta es una maravilla, fruto de la los avances en textiles técnicos.
Investigadores de la Universidad de Stanford han usado la tinta de nanotubos de
carbono que se convierte en tejidos normales para baterías portátiles. Las
innovaciones de la electrónica de vestir han hecho las telas que puedan actuar
como baterías.
� En el sector automotriz
La mayor utilización de los tejidos en los
vehículos FIGURA 10 modernos, en la
sustitución de piezas metálicas
convencionales, es cada vez más visto como
una forma de reducir el peso de los vehículos.
Nonwovens ya desempeñan un papel vital en
el confort interior, el refuerzo, aislamiento
acústico y la filtración avanzada, tal como se
ilustra con los innumerables productos para la
industria automotriz. Mitsubishi Mmotors
desarrolla un plástico verde, en colaboración
con el Instituto de Tecnología Industrial Aichi,
ha desarrollado un material para el interior de automóviles que utiliza una resina
de base vegetal (succinato de polibutileno PBS) combinada con nanofibras de
bambú que permiten incrementar su rigidez. Las piezas fabricadas con este
material serán utilizadas en el interior de un nuevo minicoche que será lanzado en
Japón, donde el principal componente del material es una resina compuesta
básicamente por ácido succínico y 1,4-butanediol. El ácido succínico es creado a
partir de la fermentación del azúcar extraído de la caña de azúcar o del maíz.
Otros productos de interés son las nanopieles para dispositivos electrónicos
flexibles investigados por el Rensselaer Polytechnic Institute donde han
desarrollado un nuevo proceso para fabricar "nanopieles" flexibles y conductoras,
Estos materiales combinan la resistencia y conductividad de los nanotubos de
carbono con la flexibilidad de los polímeros. En principio estas pieles pueden
doblarse o enrollarse, manteniendo su capacidad de conducir la electricidad.
Hay una carrera para la tecnoglobalización, con ropa autobronceadora,
camisetas capaces de detectar el dolor y de transmitir constantes vitales, ropa de
camuflaje, control de olor corporal, invisible a rayos IR, prendas climatizadas
capaces de amoldarse al estado de ánimo de la persona, ropa que nos de felicidad
basada en un concepto superior al confort tradicional es decir un confort VIP. etc.
En general esta vía abre una asombrosa capacidad de innovación y de
reconversión en un sector tradicional como la industria textil. Las NN tienen un
futuro enormemente prometedor para la industria textil. El desarrollo de las fibras
ultra finas, acabados funcionales y de textiles inteligentes basados en la NN tiene
INGENIERÍA TEXTIL 32

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
infinitas posibilidades.En la actualidad la aplicación de la nanotecnología en la
industria textil se ha limitado a la etapa final del proceso de producción. En el
futuro se puede esperar ver más avances en la industria textil basados en
nanotecnología.
Como se mencionó, la Comisión Europea, a través del VI Programa Marco
de Investigación, ha adoptado una estrategia para aplicar la nanotecnología en
todo tipo de áreas. La europarlamentaria Concepción Ferrer, miembro del Forum
for Textiles, Clothing and Leather, recomendó en el congreso que Europa debe
reforzar las aplicaciones industriales de las nanotecnologías. Por ahora, Estados
Unidos supera a Europa en el número de patentes de nanomateriales relacionados
con el textil. Pero el potencial de la nanotecnología en este sector es elevado.
Cálculos del consultor sueco Roshan Shishoo revelan que en 2010 el 20% de los
11 millones de toneladas de tejidos técnicos que fabricará Europa utilizará
nanomateriales, un mercado que generará 12.000 millones de euros. La NN
relacionada con el sector textil tiene muchos otros campos de aplicación, la
optimización de membranas para laminados imper-respirables utilizados para
ropa de protección, la obtención de membranas antiestáticas para protección
frente al mal tiempo y a las descargas electrostáticas, etc
Crear, modificar y mejorar los textiles a escala molecular e incrementar su
durabilidad y prestaciones más allá de lo que ofrecen los textiles en la actualidad
es posible gracias a las NN. Para continuar con esta tendencia favorable y generar
valor agregado a los productos textiles, la industria textil debe contribuir más a la
investigación en nanotecnología y lo que es más importante, intensificar su
colaboración con otras disciplinas. Es necesario dar soluciones para competir
basadas en la innovación la investigación y la tecnología, permitiendo el cambio
de paradigma le dé un nuevo impulso inyectándole sangre llena de innovación,
dinamismo basada en mimetización y revivir a la decayente industria textil. Se
deja claro que los desarrollos textiles involucran NN para Tener Investigafion
Desarrollo e innovación I&D&i basada en nuevos materiales más avanzados sin
dejar los materiales tradicionales con modificaciones moleculares innovadoras y
criterios de sustentabilidad, como la nanolana.
INGENIERÍA TEXTIL 33

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
INGENIERÍA TEXTIL 34

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
CAPITULO V. CASOS DE ESTUDIO TECNOLOGÍAS DE PURIFICACIÓN
DE EFLUENTES TEXTILESRESIDUALES CON COLORANTES MODELO Y
DE DIFUSORES DE NANOFIBRAS EN BASE CARBON.
Caso de estudio 1: Purificación de aguas residuales modelo de
colorantes textiles con nanofibras inorgánicas.
Se ha señalado a lo largo de esta comunicación la importancia de la
perspectiva holística con la que el sector textil de México se desarrolla, bajo la
consideración de un crecimiento económico, científico y tecnológico mundial, con
una dinámica difícil de alcanzar. Se deben tomar acciones inmediatas para
integrarse a los universos del conocimiento, donde la existencia de áreas de
vanguardia, nanotecnología y nanociencia al aplicarse a los diferentes campos: la
medicina, el sector militar, la energía, etc. (figura 1 ), brindan la oportunidad de
un desarrollo en Ciencia Tecnología e Innovación CTI, en el capitulo lll se mostró
la existencia a nivel mundial de un sector textil innovador, lo cual sirvió de
incentivo a la presente contribución, que pretende fortalecer dicho sector con el
desarrollo de dos casos de estudio descritos a continuación, donde se muestra el
Figura 1. N N MULTIPLES APLICACIONES GENMERACION DE NANOFIBRAS CON UTLIDAD NO INDUMENTARIA
PROTOTIPOS DE LOS CASOS DE ESTUDIO 1 Y 2
NANOFIBRAS
NO USO EN
PRENDAS
diseño de Nanofibras para usos no textiles en base Titania, el primer caso es
asociado al cuidado ambiental con el tratamiento de residuos colorantes textiles y
el segundo caso es referente a la generación de energía limpia mediante NN
INGENIERÍA TEXTIL 35

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
mediante la constitución de difusores en base carbón con posibilidades para PEM.
En la figura 1 también se muestra la relación de las nanofibras en la aplicación
industrial y la subdivisión a no indumentaria.
Caso de estudio 1: Los efluentes de la industria textil representan un
gran problema de impacto ambiental debido a los grandes volúmenes de agua
residual generados con un alto contenido de materia orgánica y una fuerte
coloración. A causa de la gran estabilidad de los colorantes (azo-compuestos), los
procesos convencionales para el tratamiento de aguas residuales tales como
adsorción, floculación y procesos de lodos activados no resultan ser eficientes
para la decoloración de los efluentes textileros, ya que no pueden remover
eficientemente los compuestos orgánicos o generan contaminantes secundarios
que pueden ser tóxicos para el ambiente, los cuales requieren de un tratamiento
adicional (Velegraki et al. 2006, Wawrzyniak y Morawski 2006, Pintar et al. 2001).
Una alternativa al tratamiento convencional de las aguas residuales es la
oxidación fotocatalítica, la cual ha despertado interés debido a que las
investigaciones han mostrado la degradación de contaminantes orgánicos a bajas
y medianas concentraciones, con una generación baja en contaminantes
secundarios. La fotocatálisis heterogénea consiste en la degradación del
contaminante a través de la utilización de materiales fototransformadores (Su et
al. 2008, Xing et al. 2008). Los procesos de oxidación avanzada, con materiales
que tienen propiedades fotoconductoras presentan un mayor impacto en la
degradación de azo-colorantes, oxidación de compuestos orgánicos volátiles
(COV’s) y degradación de compuestos orgánicos clorados, entre otras (Bouazza et
al. 2008, Ibhadon et al. 2008, Fabbri et al. 2006, Kang et al. 2008, Addamo et al.
2004). Mediante la producción de nanofibras fotodegradadoras en base titanio,
nanofibras de titanio NFT, se analizo el nivel de degradación de colorantes tipo
azo presentes en efluentes de la industria textil.
Estrategia sintética para preparar las nanofibras de titanio NFT.
Las nanofibras de titanio NFT, se prepararon por el método de sol-gel con
inducción de direccionador, se partió de una solución acuosa de Titanio 1 M, se
adicionaron mediante goteo lento en agua desionizada con choque térmico. La
solución fue homogenizada, acidificada y neutralizada, hasta alcanzar un pH entre
8 y 9, posteriormente se agrego el agente dopante. Se dejo añejar por un periodo
comprendido entre 12 y 84 hrs., después se filtró y lavo con agua desionizada,
hasta alcanzar un pH en el rango de 6.5-7.5. La nanofibra se obtuvo después de
un secado a 80 ºC a 120 ºC en un intervalo de 12 a 36 hrs., seguido de una
calcinación con un flujo de atmosfera oxidante entre 300 ºC y 650 ºC por 0.5 a 8
hrs. El tratamiento postsíntesis para la obtención de la fibras fue mediante la
extrusión con jeringa y la aplicación de voltaje entre 2 y 10 kV.
Determinación de las propiedades de NFT sintetizadas.
La fisisorción de nitrógeno para determinar el área específica de los
materiales se efectuó a la temperatura del nitrógeno líquido (-196 ºC) en un
equipo marca Quantachrome modelo Autosorb-1. Previó al análisis, las muestras
se desgasificaron durante 2 hrs. a 350 ºC a una presión de vacío de 0.1 mPa. Los
patrones de difracción de rayos X se obtuvieron en un Difractómetro D800-
INGENIERÍA TEXTIL 36

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
Advance Bruker AXS el cual utilizó radiación Cu Kα (λ = 1.5406 Ǻ) y un
monocromador de grafito en el haz secundario; las intensidades de las líneas de
difracción se obtuvieron en el intervalo de 0-80º en la escala 2θ, con pasos de
0.02º y 2.4 s por punto. La espectroscopía de infrarrojo se realizó en un
espectrómetro de transformada de Fourier marca Perkin-Elmer modelo Spectrum
One con pastillas transparentes conteniendo la muestra a analizar y KBr como
aglutinante (90% en peso), utilizando un número de barridos de 16 y una
resolución de 4 cm-1. Los espectros de reflectancia difusa UV-visible se
obtuvieron mediante un espectrofotómetro Shimadzu UV-2401, utilizando BaSO4
como muestra de referencia y realizando el análisis de las muestras en el
intervalo de 200-800 nm.
La capacidad de las NFT de fototransformación se midió bajo una solución modelo
con diferentes concentraciones de un azocolorante naranja de metilo (figura 2),
se muestra la estructura y la apariencia física del colorante), elegido como
molécula modelo por ser unos de los constituyentes de los desechos de la
industria textil.
Figura 2 Estructura molecular del naranja de metilo y aspecto
físico del colorante naranja de metilo
Se partió de una concentración del naranja
de metilo cuya concentración inicial se estableció en un intervalo de 5 a 20 mg/L.
Se probó la incidencia en una lámpara de mercurio con una potencia de 50 y 150
W para la radiación UV y con colector para el caso solar. Con la inmersión entre
0.1 y 0.5 g de NFT en la solución de prueba en estático y dinámico con una razón
de alimentación de 0.5 y 1.5 L/min. Esto permitió tener la cinética de
transformación del colorante, se siguieron mediante un espectrofotómetro UVvisible
(Spectronic 21D, Milton Roy).
Resultados obtenidos:
Fisisorción de nitrógeno
Las propiedades texturales de las NFT sintetizadas se presentan en el
cuadro 1. Como puede observarse en este cuadro, el material denominado NFT-
MA reduce su área específica 3.5 veces y aumenta hasta 2.5 veces su diámetro
de poro promedio cuando se somete a un tratamiento térmico entre 450 ºC y 550
ºC durante 3 hrs., esto ocurre como resultado de la sinterización del material
durante el proceso de calcinación. Las áreas específicas de las NFT están
influenciadas por la cantidad de ácido utilizado durante la síntesis, presentado el
valor más alto de área específica el material denominado NFT-MC (140 m 2 /g), el
cual fue sintetizado con el menor volumen de ácido. En general, la fisisorción de
nitrógeno mostró áreas específicas comprendidas entre 80-300 m 2 /g, mismas que
superan el área específica del titanio comercial (51 m 2 /g). En la figura 3 se
muestra que las isotermas de adsorción-desorción obtenidas para los materiales
INGENIERÍA TEXTIL 37

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
calcinados (materiales NFT-MB y NFT-MC) son del tipo IV, características de los
materiales mesoporosos. Su isoterma de desorción forma un amplio ciclo de
histéresis tipo II, en contraste, el hidróxido de titanio (material NFT-MA) presentó
una isoterma tipo I, característica de los materiales microporosos, con un fino rizo
de histéresis que implica una estrecha distribución de tamaño de poro (Leofanti et
al. 1998, Storck et al. 1998). Por otro lado, la distribución porosa muestra un
perfil muy homogéneo con máximos en la frontera de los materiales micromesoporosos,
la cual se desplaza hacia la región mesoporosa en función de la
temperatura de
calcinación (Figura
4).
Volumen adsorbido, (cm 3 /g)
160
140
120
100
80
60
40
20
MA
MB
MC
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Presión relativa, (P/Po)
CUADRO I.
Nomenclatura y
propiedades texturales de
los NFT (MA, MB y MC)
sintetizados
Figura 3.
Isotermas de
adsorcióndesorción
de
nitrógeno
obtenidas con
los NFT
sintetizados
INGENIERÍA TEXTIL 38

Desorción dV/dlog (D) (u.a.)
Difracción de rayos
INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
10 100 1000 10000
Diámetro de poro (A)
Figura 4. Distribución del
tamaño de poro en los NFT
(MA,MB y MC)sintetizados
La figura 5 muestra los patrones de difracción de rayos X del titanio comercial
(Titanio Degussa) y los materiales NFT-MC y MB sintetizados. Los materiales
calcinados (materiales NFT-MC y MB) exhibieron líneas de difracción en 2θ = 25º,
37º, 48º, 54º, 55º, 62º, 71º y 75º, que corresponden a los planos cristalográficos
(101), (004), (200), (105), (211), (204), (116) y (311), que caracterizan la fase
anatasa (tetragonal) (Weerachawanasak et al. 2008). Los tamaños de cristal
obtenidos para estos materiales fueron de 15 y 10 nm, respectivamente,
clasificándose como sólidos nanocristalinos. El patrón de difracción de rayos X del
material NFT-MA lo muestra como un material completamente amorfo y con pobre
cristalinidad. A diferencia de los materiales sintetizados, el titanio comercial
presenta una mezcla de fases cristalinas, una minoritaria perteneciente a la fase
rutilo (2θ = 27º, 36º, 41º,
44º y 57º) y otra
mayoritaria perteneciente a
A
TiO comercial
2 Material MA
la fase anatasa
� = 21 nm
� = 2 nm
(tetragonal), observando un
tamaño de cristal de 21 nm
(Sohn y Shin 2008). Los
resultados sugieren que el
dopaje de la estructura del
R
A
A
R
R
R
A A
R
A
A A
titanio, estabiliza la fase
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
2 Theta (º)
2 Theta (º)
anatasa del mismo,
A
Material MB
A
Material MC
impidiendo la difusión en
estado sólido, la drástica
sinterización del material y
� = 15 nm
� = 10 nm
el crecimiento abrupto del
cristal.
A
A
A A
A
A
A
A A
A
A
A
A A
Figura 5. Diagramas de
difracción de rayos X obtenidos con
Titanio(Degussa) y NFT(MA, MB y MC) sintetizados.
Intensidad (u.a.)
Intensidad (u.a.)
INGENIERÍA TEXTIL 39
MA
MB
MC
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
2 Theta (º)
Intensidad (u.a.)
Intensidad (u.a.)
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
2 Theta (º)

Espectroscopía infrarroja
INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
Los espectros de infrarrojo de la figura 6, en los cuales se hace una comparación
entre los NFT(MA, MB y MC) sintetizados y el comercial, permiten especular sobre
la sustitución de átomos de oxígeno por átomos dopantes dentro de la estructura
de titanio y la posible formación de nuevos enlaces N-Ti-O y/o N-O-Ti. Las señales
que aparecen en los espectros de infrarrojo de los materiales sintetizados
alrededor de los 3400 cm -1 son atribuidas a estiramientos vibracionales de grupos
–OH, mientras que la señal localizada a 1630 cm -1 es asignada a vibraciones de
deformación de tipo tijera de los protones del agua adsorbida. En los espectros
también es posible observar que existen bandas situadas en el intervalo de 550-
450 cm -1 , características de enlaces Ti-O-Ti (Yoon et al. 2006). Los picos que
aparecen en 1452, 1401, 1276 y 1116 cm -1 pueden ser atribuidos a átomos
enlazados en la estructura del titanio. Estos resultados claramente demuestran
que la hidrólisis del Ti mediante una solución de básicas, resulta no solo en la
quimisorción
del ión dopante
en la superficie
del titanio
observados a
3150 cm -1 ,
también a una
posible
nitración del
material.
Figura
6.Espectros
infrarrojo
obtenidos con el
óxido de titanio
Ti(Degussa) y
NFT(MA, MB y MC)
sintetizados
MB
4000
Reflectancia difusa UV-visible
TiO 2 comercial
MC
MA
3400
3400
3150
3500
La figura 7 muestra los espectros de reflectancia difusa UV-visible del
titanio comercial y los NF de titanio sintetizados. En esta figura es posible
observar que todos los materiales presentan una fuerte absorción de luz en
longitudes de onda alrededor de los 400 nm, la cual es atribuida a las transiciones
de los electrones de la banda de valencia a la banda de conducción pertenecientes
al Ti. Sin embargo, con la incorporación de especies dopantes en la estructura del
titanio y la utilización de ácido durante la síntesis, hace que se presenten ligeras
INGENIERÍA TEXTIL 40
3000
2500
2000
1276
1452
1452
1401
1630
Número de onda (cm -1 )
1500
1276
1116
1000
450
550
500
Transmitancia (u.a.)

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
diferencias entre los materiales. Se puede observar una relación inversamente
proporcional entre la cantidad de ácido con respecto a la cantidad de agente
dopante, de tal forma, que cuando se utiliza mayor cantidad de ácido, menor
cantidad de especies de dopante quedan retenidas en la estructura del material
después del proceso de calcinación (Figura 6), reflejándose en una mayor
absorción de luz en el material NFMB. Las especies de nitrógeno retenidas en los
óxidos de titanio confieren a los mismos una ligera coloración amarillenta, la cual
se intensifica para el material MC causando una menor absorción de luz.
Probablemente ésta sea la razón por la cual el óxido de titanio comercial (polvo
blanco) presenta una longitud de onda mayor en comparación con las NF de
titanio sintetizadas. Acorde con los resultados de Wawrzyniak y Morawski (2006),
la disminución de la reflectancia es causada por el cambio de color obtenido en los
materiales, el cual depende de la temperatura de tratamiento térmico y cambia
de un ligero color amarillento a un amarillo intenso. Teniendo presente que la
tendencia observada en el cambio de color puede ser debido a la concentración de
átomos de dopante en las partículas de Ti-xDopante x.
Los valores de energía de banda prohibida de las NF de titanio sintetizadas, se
estimaron mediante la ecuación 1 (Xue et al. 2008):
m / 2
� ( h� ) � A(
h�
� E )
(1)
g
Donde � representa el coeficiente de absorción, h � es la energía del fotón, A
es una constante y m �1
para una transición directa entre la banda de valencia y
g
la banda de conducción. La energía de banda prohibida ( E ) se determinó
utilizando los espectros de reflectancia difusa UV-vis de la figura 7, mediante la
extrapolación de una línea recta a partir de la curva de absorción hacia el eje de
la abscisa. Cuando � es igual a cero, entonces la ecuación 1 se reduce a la
expresión 2:
E g
hc
h�
�
�
� (2)
En donde la longitud de onda ( � ) expresada en nanómetros correspondiente a
dicha extrapolación, se convierte a unidades de energía en electrón volts (eV). En
el cuadro II se puede apreciar un aumento en la energía de banda prohibida en
función de la disminución del tamaño de cristal. El titanio comercial que presenta
el tamaño de cristal más grande (21 nm), comienza a absorber cerca de los 407
nm, longitud de onda que corresponde a una energía de banda prohibida de 3.05
eV. Para el caso particular de las NF de titanio sintetizadas en los cuales el
tamaño del cristal disminuye, los materiales comienzan a absorber a longitudes
de onda más cortas (< 400 nm) y presentan valores de energía de banda
prohibida ligeramente más grandes. Se infiere que con la reducción del tamaño de
cristal, el ancho de banda del semiconductor se incrementa, atribuyéndose al
efecto del tamaño quántico de la partícula (Linsebliger et al. 1995).
INGENIERÍA TEXTIL 41

Figura 7. Espectros de
reflectancia difusaUV-visible
obtenidos con el titanio
comercial (Ti Degussa) y los
NFT (MA,MB y MC) sintetizados
Las especies dopantes
retenidas en la estructura
de las NF de titanio
sintetizadas,
disminuyeron el tamaño
de cristal y provocaron
un cambio en la
coloración de los
materiales, reflejándose
en un incremento en el
ancho de banda del
semiconductor.
Material Temperatura
de
calcinación
(ºC)
INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
Tamaño
de
cristal
(nm)
Longitud
de onda
(nm)
Energía
de
banda
(eV)
Ti Degussa --- 21 407 3.05
NFT-MA
[Ti(OH)4]
70
Absorbancia (u.a.)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
200 250 300 350 400 450 500 550 600
2
388 3.20
CUADRO II.
TAMAÑO DE
CRISTAL, LONGITUD
DE ONDA Y ENERGÍA
DE BANDA
PROHIBIDA.
PARÁMETROS
DETERMINADOS
PARA DIFERENTES
NF TITANIO
NFT-MB [Ti] >400 15 393 3.16 Para analizar el
comportamiento
NFT- MC [Ti] >400 10 391 3.17 de los materiales
preparados
como fototransformadores se partió de una alícuota de la solución del naranja de
metilo elegido como molécula modelo para evaluar la foto-actividad de la NF de
titanio, la que se analizó en el espectrofotómetro UV-visible en el intervalo de
longitud de onda de 400-600 nm, con la finalidad de determinar la máxima
absorción del azo-colorante, tal como se muestra en la figura 8a. La máxima
absorción del azo-compuesto establecida a 460 nm se utilizó para realizar la curva
de calibración mostrada en la figura 8b, a partir de la cual se determinó el cambio
de concentración en la solución del naranja de metilo durante el proceso de
fototransformación. La figura 9 presenta la actividad titanio comercial y la de un
INGENIERÍA TEXTIL 42
MB
MC
Longitud de onda (nm)
TiO 2 comercial
MA

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
NFT (MA, MB y MC) sintetizado (material NFT-MC) evaluadas bajo las mismas
condiciones, en la figura 10 se muestra una foto de los productos obtenidos bajo
los dos esquemas de inducción. El perfil de actividad fototransformadora muestra
una degradación del azo-colorante de 100% con ambos materiales, sin embargo,
el Ti comercial logra degradar el azo-compuesto a 90 min de transformación,
volviéndose la degradación más lenta con el material sintetizado. Esta diferencia
en tiempos de reacción puede ser explicada en base a la capacidad de absorción,
longitudes de onda y energías de banda prohibida determinadas en ambos
materiales. En contraste, solo un pequeño decremento en la concentración de la
solución problema pudo observarse cuando ésta es irradiada con luz ultravioleta
en ausencia de acelerador de proceso. El proceso de fotólisis directa al cual es
atribuido éste decremento, contribuye con menos del 10% de la degradación total
del colorante después de 3 h de
reacción. El experimento realizado
en ausencia de luz ultravioleta
utilizando como catalizador al
titanio comercial no mostró
resultados significativos. Estos dos
últimos experimentos demostraron
que la degradación del naranja de
metilo se llevó a cabo en un
verdadero régimen que requiere la
participación de un agente
acelerador de la fotodegradación,
en nuestro caso son las NF de
Titania.
Figura 8. (a) Espectro UV-visible y (b)
curva de calibración del naranja de metilo.
Figura 9. Perfil de actividad fototransformadora
desarrollado durante la degradación del
naranja de metilo con el catalizador (�) Ti
comercial (Ti), (�) Ti sintetizado
(material NF-MC), sin inductor de
aceleración (�), Ti comercial (Ti Degussa)
sin iluminación (�). Condiciones de
operación: 0.5 g/L de Ti, Luz UV (254
nm), 2 volumen del azo-colorante.
0.0
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270
INGENIERÍA TEXTIL 43
Absorbancia (u.a.)
Absorbancia (u.a.)
C/C o
0.0
400 425 450 475 500 525 550 575 600
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
Tiempo (min)
Por otro lado, los resultados experimentales indican la existencia de dos
regímenes cinéticos durante la fotodegradación del naranja de metilo,
dependientes del catalizador usado. Para el caso particular del óxido de titanio
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0 5 10 15 20 25 30
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
y = 0.0665x + 0.0251
R 2 = 0.999
Concentración (mg/L)
Longitud de onda (nm)
(b)
(a)

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
comercial (Ti Degussa ), la cinética de reacción se ajusta a un orden igual a 0.5 y
es descrita por la ecuación 3:
dC
� r � � � kapar
dt
C
(3)
C C �
Al integrarse la ecuación 3 con respecto a las condiciones límite:
t � 0 y C � C a t
C
Donde
k
C �
2
t
t � , se obtiene la ecuación 4:
apar
o � (4)
tiempo t k apar y representa
o C es la concentración inicial del azo-colorante, C la concentración a
la constante de
velocidad de reacción
aparente. Graficando
� Co � C �
con
respecto al tiempo de
reacción se obtiene la
figura 11, en la cual se
puede observar que los
datos experimentales se
ajustan a una línea
recta, corroborando el
modelo cinético
propuesto. Vulliet et al.
(2002) sugieren para
este orden cinético, una
reacción con estados
disociados del
reactante, adsorbidos
sobre la superficie del catalizador. El la figura 10
se tiene el sistema experimental.
Figura 11. Ajuste de datos experimentales a una cinética
de orden 0.5 desarrolla por el fotomaterial Ti comercial
durante la degradación del naranja de metilo. Condiciones de
operación: 0.5 g/L de Ti, Luz UV (254 nm), volumen del azocolorante
= 2 L y agitación constante
La ecuación 5 describe una cinética de orden cero
0.0
la cual fue sugerida para la reacción catalizada 0 15 30 45 60 75
INGENIERÍA TEXTIL 44
( C o �� C)
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
Tiempo (min)
o
a

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
por el óxido de titanio sintetizado (material NF MC).
dC
r � � � k
dt
� (5)
apar
La integración de la ecuación anterior, utilizando las condiciones límite
establecidas para la ecuación 3, da como resultado la expresión mostrada por la
ecuación 6:
� C � k t
(6)
Co apar
Graficando la diferencia de concentraciones como una función del tiempo de
reacción, se puede observar una linealidad obtenida con los datos cinéticos
experimentales figura 12. El perfil de actividad catalítica mostrado en la figura 9
para el óxido de titanio sintetizado, se apega a lo mencionado por Levenspiel
(2006), en relación a que las reacciones son de orden cero solamente en ciertos
intervalos de concentración (concentraciones altas). Si la concentración disminuye
lo suficiente, suele encontrarse que la velocidad de reacción depende de la
concentración, en cuyo caso el orden de
reacción es superior a cero (Kumar et al. 2008,
22.5
Herrmann 1999).
20.0
Figura 12. Ajuste de datos experimentales a una
cinética de orden cero desarrolla por el material de Ti
sintetizado (material NFMC) durante la degradación del
naranja de metilo. Condiciones de operación: 0.5 g/L de Ti,
Luz UV (254 nm), volumen del azo-colorante = 2 L y
agitación constante.
En el cuadro III se presentan los valores de las
constantes de velocidad y los coeficientes de
correlación para cada perfil de concentración graficados en la figura 10 y figura
12, respectivamente. Como se puede apreciar, la constante de velocidad de
reacción del óxido de titanio comercial es más grande que la del NFT sintetizado,
corroborándose éste hecho con el perfil de actividad catalítica mostrado en la
figura 9 y con la diferencia en tiempos de degradación total.
CUADRO III.
parámetros
cinéticos obtenidos
en la degradación
del naranja de
metilo
Se puede decir
que se logro
0.0
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165
INGENIERÍA TEXTIL 45
(C o � C)
17.5
15.0
12.5
10.0
7.5
5.0
2.5
Tiempo (min)

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
obtener un NFT de titanio mesoporoso, nanocristalino, permitiéndose establecer
en los materiales sintetizados la fase anatasa, impidiéndose la difusión en estado
sólido, obteniéndose materiales con áreas específicas superiores a las de los
productos comerciales, los niveles de degradaciones que se obtuvieron son del
100% del azo-colorante naranja de metilo, con tiempos de abatimiento de 90
min.
El segundo caso de estudio, muestra otra aplicación de los nanotextiles
en el cuidado del ambiente, con análisis de nanofibras en base carbón
como difusores para PEM conformándose como un componente de estas
tecnologías de producción de energía limpia.
En México más del 75% de los kWh generados públicos y privados,
provienen de combustibles fósiles, pero con los cambios del modelo energético
pasan de estar basados en hidrocarburos, a ceder un lugar a un modelo, de más
amplio espectro donde las energías renovables adquieren un papel
preponderante, considerando este modelo energético y los análisis de prospectiva
energética llevan al 2025 a la aplicación masiva de tecnologías basadas en
renovables, como se muestra en
el cuadro l para llegar a estas
tecnologías limpias se requerirán
de textiles nanométricos tanto
para la producción de
combustibles, el almacenamiento
energético o para la producción
misma de energía limpia.
Cuadro l Perspectiva de la evolución de
los combustibles en aplicaciones móviles.
La perspectiva en cuanto a la evolución de los combustibles está asociada a los
cambios de paradigma en cuanto al procesamiento de combustibles es parte
integradora de estas tecnologías con alta eficiencia, bajo costo y alta
sustentabilidad. Sumarse al desarrollo de este tipo de tecnología con la
producción de nanotextiles basados en nanofibras de carbón como posibles
componentes para las MEA de las PEM, son motivo de inspiración para el estudio
de estos materiales.
Evolución del procesamiento de combustibles al 2100
Los nanotextiles basados en carbón como telas difusoras al ser integradas
en monoceldas o stack, han hecho que las nanofibras de carbón adquieran gran
importancia, por ello se han desarrollado estrategias de síntesis para las
nanofibras carbónáceas naturales NFCN y sintéticas NFCS así como la
caracterización. Los nanomateriales fibrosos en base carbón, se han obtenido por
INGENIERÍA TEXTIL 46

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
medio de tres métodos de síntesis; Los métodos sintéticos basados en la pirolisis
activa bajo diferentes condiciones, tiempo de residencia, temperaturas y
atmosferas. Un segundo método de obtención se basa en el proceso sol-gel y por
último mediante electrospinning, en todos los casos con tratamientos de
postsíntesis. En cuanto a las materias primas son de tipos diversos desde las
naturales hasta las sintéticas del tipo lignocelulósicas, serrãgo-ĩnis, PAN, PEO,
rayón etc.
Considerando la materia prima de la que se parte, se tienen dos tipos de
nanofibras carbonáceas naturales y sintéticas. Para la preparación de las
nanofibras carbonaceos naturales NFCN se partió de dos tipos de materiales
residuales lignocelullosicas y serrãgo-ĩnis. En el caso de las nanofibras
carbonaceas sintéticas NFCS el carbono poroso se preparó a partir de una matriz
híbrida microporosa-mesoporosa, MZM que es una estructura basada en silicio la
cual se utilizó como plantilla, generando la estructura híbrida MZM (ZSM-5/MCM-
41), este material partió de la síntesis de un mesoporoso de tipo MCM-41 de
acuerdo a G. Clet, J.A. Peters, H. van Bekkum (2000, y Lui, T.J. Pinnavala, Chem.
(2002) y una la zeolita pentacil preparada de acuerdo a la patente USA Patent
3,702,886, (1972). La plantilla micro-mesoporosa MZM se desaluminizó y junto
con el resorcinol sirvieron de precursores de carbono. Ambos tipos de nanofibras
de carbón las NFCN y NFCS se sometieron a un tratamiento de post-síntesis con
soluciones dopantes.
La determinación de las propiedades de las
NFCN y NFCS preparadas, se hizo desde el punto
de vista estructural con DRX, las propiedades
texturales con fisisoción de nitrógeno, el
comportamiento de estabilidad térmica con un
ATG. y el análisis morfológico de la NFC se tiene
en la Figura 3. Donde se muestra que la NFC está
constituida por filamentos nanométricos
hexagonales con un buen nivel de ordenamiento constituido por poros de forma
hexagonal.
Los tratamientos postsintéticos se
han asociado básicamente a un
incremento en la microposidad lo
que puede deberse al efecto de
oxidación en los grupos asociados
a la superficie carbonosa, por ello
se modifica el carácter hidrofilicolipofilico
de la superficie y el tipo
de poro. Los procesos de postsíntesis
favorecen la cantidad de
microporos, mejorando las
INGENIERÍA TEXTIL 47

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
propiedades texturales tanto para las NFCN como para las NFCS. Es necesario
continuar con el desarrollo de procesos de fabricación de nanofibras de carbón
con propiedades texturales controlables y adecuadas a los requerimientos,
partiendo especialmente de residuales, como es el caso expuesto para las NFCN
permitiendo darles un valor añadido. Considerando que hay varios puntos por
mejorar tales como evitar el deterioro de la resistencia mecánica y la flexibilidad
del material, permitiendo así la miniaturización y/o invisibilidad de los dispositivos
o sensores. Para el caso específico de nuestro caso de estudio hay propiedades
adicionales que requieren mejoras como la conductividad electrónica, el nivel de
hidrofobicidad, la estabilidad química y por supuesto el control de la producción
de poros de tamaño nanométrico que produzcan superficies específicas con
relación a la masa adecuadas para favorecer el trabajo de estas NFC difusoras
facilitando que los gases lleguen de manera uniforme a todas las partículas del
catalizador en el sistema MEA.
Conclusiones
La caracterización de las propiedades
estructurales, texturales, de estabilidad
térmica, morfología permiten señalar a
priori a estos materiales como
prometedores para la generación de
sistemas tejidos figura 4 y no tejidos en
base carbón para su utilidad como
precursores para la producción de
difusores componentes aplicables a
sistemas PEM, los cuales se ejemplifican
en figura 5.
Los materiales textiles a partir de la ingeniería de materiales tienen mucho
que aportar para mejorar la calidad de vida. El uso de la NN es un mundo es
prometedor debe medirse el riesgo
y reglamentar su uso.
La innovación en productos textiles
abre un extraordinario campo para
la competitividad sectorial,
integrando equipos
multidisciplinarios de I & D e I con
físicos, modeladores moleculares,
matemáticos, diseñadores,
ingenieros textiles, ingenieros
INGENIERÍA TEXTIL 48

INFLUENCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA EN EL SECTOR TEXTIL
mecánicos, en general profesionales de distintas disciplinas.
A lo largo de esta discusión se plasmó que los desarrollos se deben basar en
nuevos materiales avanzados con un compromiso de daño mínimo al ambiente y
que la integración holística permita solucionar problemas locales extrapolables a
nivel global.
Bibliografia
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CURRICULUM
Jefe de proyectos en I&D, 11 años, Gerente de Producción dos años, Jefe de
control de calidad un año, actualmente participo como profesor investigador en la
Sección de Estudios de Posgrado de la Escuela Superior de Ingeniería Textil ESIT
del Instituto Politécnico Nacional, jefe de proyecto de Investigación nacionales e
internacionales en Ciencia y tecnología en los temas de nuevos materiales para
aplicaciones textiles y no textiles, estudio de funcionalización de nano y
microfibras. Lo más relevante de las actividades de Investigación Tecnológica
científica y en la académica se puede resumir con los siguientes puntos: 6
patentes en México y una internacional, alrededor de 250 comunicaciones a nivel
tanto nacional como internacional, 20 tesis de licenciatura, 2 de maestría, 4 de
doctorado, 26 publicaciones en revistas indexadas. En la académica: Se han
impartido aproximadamente 30 cursos a nivel de licenciatura y 30 posgrado con
aproximadamente 30 conferencias nacionales en internacionales. Miembro del
sistema nacional de investigadores. Formación académica Doctorado en el
Consejo Superior de Investigaciones Científicas CSIC-Universidad Autónoma de
Madrid UAM , Diplomados en Investigación científica Tecnológica en UVM México
ITESM, Universidad Iberoamericana, etc. Estancias de investigación en la Div. de
Estudios de Postgrado Dpto. de Química Analítica Universidad Nacional Autónoma
de México, Facultad de Química del Instituto Tecnológico de Monterrey,
Monterrey, Dpto. de Química Orgánica del Centro de Investigación y Estudios
Avanzados del IPN, Subdirección de Investigación Básica de Procesos Instituto
Mexicano del Petróleo-México, en diversos centros nacionales e internacionales.
En referencia a premios entres más relevantes la Mención Honorífica a la brillante
trayectoria académica, Cum Laude Sobresaliente etc. Se han recibido más de 60
cursos de formación académica.datos:�:móvil: 044-55 37 23 18 03, 02 y 044 55
23747569 radio62*212549*6 �: e-mail draluzg@gmail.com; lugarcias@ipn.mx
AGRADECIMIENTOS:
A todos los seres que amo porque me permiten estar cerca de su corazón.
Antonio Carmona G. . Lucy Serrano. C. Anguis, R. Radillo, J. M.
Hernández, Cueto, G. Noriega y para no omitir a ninguno no sigo
nombrando simplemente gracias a todos los seres maravillosos.
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