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OBTENCIÓN DE FIBRAS TEXTILES A PARTIR DE LA CELULOSA DE HIERBA
LAURA ORTEGA ARCILA
MARIA CAMILA RAMÍREZ ZULUAGA
Anteproyecto
Luz Marina Sierra Osorio
INSTITUCIÓN EDUCATIVA COLEGIO LOYOLA PARA LA CIENCIA Y LA
INNOVACIÓN
LABORATORIO DE TECNOLOGÍA
MEDELLÍN
2013
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CONTENIDO
Pg.
2. RESUMEN ........................................................................................................... 3
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................ 4
3.1 Descripción del problema ............................................................................... 4
3.2 Antecedentes del problema ............................................................................ 4
3.3 Pregunta de investigación .............................................................................. 5
4. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................. 6
5. OBJETIVOS ........................................................................................................ 7
5.1General ............................................................................................................ 7
5.2 Específicos ..................................................................................................... 7
6. MARCO TEÓRICO .............................................................................................. 8
7. MARCO METODOLÓGICO ............................................................................... 13
7.1Metodología ................................................................................................... 13
7.2 Formulación de hipótesis .............................................................................. 13
8. WEBGRAFÍA ..................................................................................................... 14
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2. RESUMEN
La industria textil se ha caracterizado por ser una de las actividades más
contaminantes debido a los residuos que genera y los altos consumos de agua,
energía y reactivos químicos, los cuales pueden causar serios perjuicios a la salud
y el bienestar tanto de las personas como del medio ambiente.
Teniendo en cuenta la problemática mencionada anteriormente se realiza este
proyecto de investigación que consiste en la obtención de fibras textiles amigables
con el ambiente, las cuales son fabricadas a partir de la celulosa de hierba; dicha
materia prima fue escogida ya que al ser considerada actualmente un desecho
agroindustrial no recibe el debido uso, problema al que también se le estaría
dando una solución.
Se espera obtener una fibra de óptima calidad que cumpla con determinadas
propiedades físicas, químicas y mecánicas, que en un futuro sirva como materia
prima para la elaboración de un textil.
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3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
3.1 Descripción del problema
La industria textil ha sido una de las protagonistas en la contaminación debido a
que esta genera residuos, altos consumos de agua, energía y reactivos químicos
que pueden causarle fuerte daño a la salud de los seres vivos y al medio
ambiente.
Por otra parte, la hierba, hoy en día es considerada un desecho agroindustrial ya
que no se le da un debido aprovechamiento, limitándose solo a su uso como
alimento para animales y en muchas ocasiones como abono; siendo esto también
generador de contaminación, pues en casos se han dado manifestaciones acerca
de criaderos de zancudos y mosquitos que a la vez afectan la salud de las
personas.
3.2 Antecedentes del problema
OBTENCIÓN DE CELULOSA A PARTIR DE LOS DESECHOS AGRÍCOLAS
DEL BANANO: Se realizó un estudio sobre la posibilidad de obtener celulosa a
partir de residuos agrícolas del banano (pseudotallo y pinzote), usando un
procedimiento que se basó en cuatro etapas: hidrólisis ácida, cloración,
extracción alcalina y blanqueo. Primero la celulosa se caracterizó mediante
termogravimetría, espectroscopía de FTIR y determinación de peso molecular;
luego se concluyó que se consiguen mejores rendimientos con las fibras de
pinzote, ya que la celulosa obtenida del pseudotallo presenta aglomeración de
fibras debido a residuos de lignina y hemicelulosa. En la etapa de cloración se
pudo notar que esta afecta el peso molecular de la celulosa obtenida de las
fibras de pinzote, obteniéndose pesos moleculares de 90.000 y de 49.000
cuando se usa un pH de 9.2 y 8.4 en la etapa de cloración, respectivamente.
Finalmente se obtuvieron espectros de FTIR característicos de celulosa, con lo
que se comprobó la factibilidad de usar este proceso para eliminar el material
no-celulósico. (Canché-Escamilla). Actualizado: 05/11/13
TEXTILES BIODEGRADABLES: Actualmente son cada vez más los
investigadores, productores y fabricantes textiles que contemplan la posibilidad
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de utilizar fibras biodegradables (naturales o sintéticas), como un modo eficaz
de reducir el impacto que el proceso textil tiene sobre el entorno, debido a la
problemática sobre la gestión de residuos urbanos inorgánicos. (Francés,
2011). Actualizado: 05/11/13
TEJIDOS INNOVADORES A PARTIR DE FIBRAS DE CÁÑAMO: FIBNATEX
es un proyecto transnacional sobre cáñamo en el que están involucradas
instituciones de Portugal, España y Francia. Unos de los principales objetivos
de este proyecto consiste en desarrollar textiles preparados a partir de las
fibras naturales de cáñamo así como realizar una transferencia industrial de los
conocimientos y competencias hacia las industrias del sector textil-confección
en la región SUDOE. Cada etapa y cada actividad serán desarrolladas de
forma transnacional a fin de permitir la excelencia científica e innovadora. La
fibra del cáñamo se obtiene de la planta cannabis sativa L. Esta planta crece
hasta una altura de cuatro metros con facilidad y sin necesidad de usar
productos agroquímicos. El cáñamo se ha usado durante siglos para hacer
ropa, lona y papel. (Marolda Brouta-Agnésa, 2011). Actualizado: 05/11/13
En los últimos años se está constatando un uso cada vez más frecuente de
fibras naturales por razones de sostenibilidad y por una concientización cada
vez mayor hacia el uso de materiales procedentes de recursos renovables. En
este sentido, fibras celulósicas como las de lino o cáñamo, tienen importantes
aplicaciones en los textiles de uso técnico de los sectores de la construcción,
automoción o industriales. (Ardanuy Raso). Actualizado: 05/11/13
3.3 Pregunta de investigación
¿Cuáles de las características que posee la celulosa de hierba permiten
reconocerla como una buena materia prima para ser utilizada en la industria textil?
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4. JUSTIFICACIÓN
La industria textil se ha caracterizado por ser una de las actividades más
contaminantes debido a la gran cantidad de residuos que genera y los altos
consumos de agua, energía y reactivos químicos, los cuales pueden causar serios
perjuicios a la salud y al bienestar tanto de las personas, como del medio
ambiente. Teniendo en cuenta esta problemática se busca generar una solución
que permita reducir la magnitud del problema que se ha generado a causa de la
contaminación y los residuos; dicha solución se basa en la creación de fibras
textiles amigables con el ambiente, las cuales son fabricadas a partir de la
celulosa de hierba, puesto que esta es considerada un desecho agroindustrial que
no recibe un uso adecuado, ni adopta un total aprovechamiento; en dichas fibras
se busca obtener múltiples propiedades que la conviertan en un producto de
óptima calidad y que a su vez pueda contribuir al desarrollo sostenible y a la
evasión de la producción de contaminación por parte de la industria textil.
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5. OBJETIVOS
5.1 General
Obtener mediante un proceso de hidrólisis, una fibra textil elaborada a base de la
celulosa de hierba, la cual, además de cumplir con los estándares de calidad
requeridos y poseer determinadas propiedades físicas, químicas y mecánicas, sea
amigable con el ambiente.
5.2 Específicos
Extraer por medio de un proceso de hidrólisis la celulosa de la hierba y así
remover sus otros componentes como lo son la lignina y la hemicelulosa.
Evaluar la composición de la hierba mediante procesos de hidrólisis,
espectrofotometría y filtración.
Determinar mediante la evaluación de ciertas propiedades físicas, químicas y
mecánicas la calidad de la fibra obtenida.
Evaluar los diferentes tipos de hilado artesanal y elegir el más adecuado para
fabricar un textil a partir de las fibras resultantes.
Diseñar una metodología que permita la obtención de la fibra en grandes
cantidades, para ser comercializada a nivel industrial.
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6. MARCO TEÓRICO
HIERBA
La hierba es una planta que no presenta órganos decididamente leñosos, es decir
que no presenta lignificación. La estructura herbácea está conformada por tallos
verdes, los cuales son independientes de la duración del ciclo de vida de la planta;
mueren generalmente al acabar la buena estación, siendo sustituidos por otros
nuevos si la hierba es vivaz. Estas pueden nacer a partir de una semilla, o un tallo
subterráneo (rizomas y bulbos). Como toda planta esta, está compuesta por
lignina, celulosa y hemicelulosa.
La celulosa es un biopolímero compuesto exclusivamente de moléculas de β-
glucosa, es rígido e insoluble en agua. Este es un polisacárido estructural en las
plantas, ya que forma parte del tejido de sostén, a su vez contiene también
hemicelulosa (forma parte de las paredes celulares de los tejidos de la planta,
recubriendo la superficie de las fibras de celulosa) la cual está recubierta por
lignina, quien tiene la función de proteger la celulosa.
RESIDUOS AGROINDUSTRIALES
Se considera desecho agroindustrial a todo residuo generados por esta industria al
que no se le está dando un debido aprovechamiento. Es tal el caso de la mayoría
de cascaras de frutas (Mango, Guayaba, Naranja, Guanábana, entre otras),
Algunas plantas de las que solo se necesita una pequeña parte, como el
pseudotallo del banano, el tallo del algodón, entre muchas otras cosas más.
El mayor aprovechamiento que se le está dando hoy en día a estos residuos, es
su utilización en la generación de energía por medio de la Biomasa y en el abono
de tierras.
TEXTIL
Textil es el término genérico aplicado originalmente a las telas tejidas, pero que
hoy se utiliza también para fibras, filamentos, hilazas e hilos, así como para los
materiales hilados, afieltrados o no tejidos y tejidos, acolchados, trenzados,
adheridos, anudados o bordados, que se fabrican a partir de entrelazamiento de
urdimbre y trama, ya sea plano o elástico.
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INDUSTRIA TEXTIL
Industria textil es el nombre que se da al sector de la agricultura dedicado a la
producción de tela, hilo, fibra y productos relacionados.
Los textiles son productos de consumo masivo que se venden en grandes
cantidades. La industria textil genera gran cantidad de empleos directos e
indirectos y tiene un peso importante en la economía mundial. Es uno de los
sectores industriales que más controversias genera, especialmente en la definición
de tratados comerciales internacionales. Debido principalmente a su efecto sobre
las tasas de empleo.
PROCESO PARA LA PRODUCCIÓN DE UN TEXTIL.
Un insumo de la zona textil cuenta con cuatro procesos básicos para su
producción, en primera estancia está el proceso de desinfección de la materia
prima en el que se procede a limpiar de impurezas el material anteriormente
recogido de los campos de cultivo o fabricado en un laboratorio. Este se purifica
para facilitar su teñido y garantizar una mejor calidad en el textil, además esto
evita alergias y/o reacciones en la piel.
Luego, se procede a hilar, que es el proceso por el cual un tejido textil se forma;
consiste en tomar varias fibras del material y torcerlas mediante un proceso
artesanal o mecánico, dicha torsión le proporcionará finura al hilado, o sea,
mientras más fuerte sea este retorcimiento más resistencia se le proporcionará a
la tela, luego de éste proceso viene el tejido, y para dicho mecanismo se requiere
un telar y rollos de hilo con los colores que se desean incorporar a la tela. Para
comenzar el tejido se entrelazan hilos horizontales (a lo ancho), denominados:
trama de la tela. La cantidad de hebras por centímetro cuadrado utilizadas en el
proceso de fabricación determinan el tipo y el peso de la tela. Así sabemos que el
color de las telas se obtiene de pigmentos minerales, vegetales o sintéticos.
Se puede teñir la fibra antes de ser hilada, una vez que está hilada o cuando ya es
una; y a esto se le llama teñido.
Después de haber pasado por estas cuatro fases las fibras se deben adaptar a un
proceso de formación, para éste se categorizan los textiles según el tipo de prenda
y el público para quien fue elaborado.
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FIBRA TEXTIL
Caracterizada por su flexibilidad, finura y elevada proporción entre longitud y
finura, cuyas propiedades la convierten en una materia capaz de ser transformada
en hilo, el cual luego se convierta en un textil.
Estás como cualquier otro elemento, posee ciertas propiedades físicas, químicas y
mecánicas mediante las cuales se evalúa su calidad. Cabe destacar que la
importancia de estas depende del campo de aplicación. Dentro de las más
importantes, se encuentran:
-Alto punto de fusión, que la haga apta a tratamientos térmicos, ya sean de tintura
o planchado.
-Suficiente resistencia y elasticidad.
-Tintabilidad, es decir, que se le pueda aplicar color de forma permanente.
-Hidrifilidad moderada, que sea confortable al contacto con la piel.
-Fácil cuidado de la prenda-producto.
-Resistencia a la tracción y fatiga.
-Resistencia a diferentes agentes (alcalís, disolventes orgánicos, ácidos, insectos,
microorganismos...)
-Durabilidad al uso y mantenimiento.
En la actualidad, se comenzó a tomar medidas ecológicas para la producción
textil, por ende ésta se dividió en tres ámbitos básicos, los cuales son: fibras
naturales, artificiales y sintéticas.
Las fibras naturales por su parte son elaboradas en su totalidad con materia prima
natural (como su nombre lo indica), o sea, son de contenido netamente ecológico.
Estás fibras son extraídas usualmente de plantas como hojas de abacá, sisal,
cáscaras de cocos, y tallos de plantas de yute, cáñamo, lino y ramio.
Estas materia primas anteriormente nombradas son preferidas por tener
características primordiales en un textil; las fibras de cáñamo tienen propiedades
anti-bacteriales y el coco tiene resistencia natural contra hongos y ácaros (bonote).
Las fibras artificiales, en cambio, no son netamente ecológicas debido que son
elaboradas a base de un producto natural “x” y una sustancia química “y”; esto
hace que su impacto ambiental reduzca pero no la hace completamente ecológica.
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Estas fibras surgieron como respuesta a la necesidad de obtener filamentos largos
y resistentes para tejer materiales textiles de calidad. Se distinguen de las fibras
sintéticas, pues en estas la materia prima es producto de síntesis química.
Las fibras artificiales no se pueden denominar naturales, ya que no son
directamente extraídas desde la naturaleza; estas pueden ser minerales,
proteínicas, algínicas o celulósicas; las cuales se pueden caracterizar de la
siguiente manera:
MINERALES: Se utilizan algunos metales como el oro y la plata, ya que poseen
gran maleabilidad y pueden producirse filamentos muy cortos y finos.
PROTEINICAS: Inicialmente ideadas con la esperanza de que pudiesen sustituir
satisfactoriamente a la lana, aunque no dio resultado. Pueden ser vegetales o
animales.
Derivadas de proteína animal: Caseína de la leche disuelta en soda caustica.
Derivadas de proteína vegetal: Estas son de escasa utilidad.
ALGÍNICAS: Proceden de las proteínas de las algas marinas.
RAYÓN DE ACETATO: Utiliza grandes desperdicios de algodón, los cuales más
tarde se convierten en acetato de celulosa disuelto posteriormente en acetona
obteniendo una pasta viscosa que se hila tras evaporarse en el disolvente.
CELULOSICAS: Se obtiene de la celulosa (material de sostén de los vegetales),
también se les llama rayón. Se disuelven generalmente en soda cáustica. Las
propiedades de éstas dependen de la materia celulosa utilizada, así como los
grados de polimerización, detalles del hilado y tratamientos posteriores; éstas
suelen resistir el moho y las polillas.
Se utilizan en la fabricación de medias, lencería o ropa de confección. Dentro de
esta también podemos encontrar el famoso
ETAPAS DEL PROCESO PARA LA OBTENCIÓN DE FIBRAS DE CELULOSA
DE MANERA ARTESANAL
Para la extracción de fibras de celulosa se realiza el siguiente procedimiento que
usualmente se lleva a cabo a través de procesos artesanales.
1. Se disuelve la celulosa, obteniendo así un material de elevada viscosidad. El
tipo de rayón obtenido depende del material disolvente utilizado.
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2. Se pasa el material pastoso a través de unos orificios organizados en hilera,
obteniéndose de esa forma filamentos.
3. Se solidifican y luego se forman hilos.
HIDRÓLISIS
La hidrolisis es un proceso el cual se basa en la desintegración de sustancias
complejas en otras más sencillas por efecto del agua; puede ser básica o ácida.
ESPECTROFOTOMETRIA
La espectrofotometría es un método de análisis óptico que permite comparar la
radiación absorbida o transmitida por una solución que contiene una cantidad
desconocida de soluto, y una que contiene una cantidad conocida de la misma
sustancia. Esta se basa en los siguientes principios:
Todas las sustancias pueden absorber energía radiante, aun el vidrio que parece
ser completamente transparente absorbe radiación de longitudes de ondas que no
pertenecen al espectro visible; el agua absorbe fuertemente en la región
del infrarrojo.
La absorción de las radiaciones ultravioletas, visibles e infrarrojas depende de la
estructura de las moléculas, y es característica para cada sustancia química.
Cuando la luz atraviesa una sustancia, parte de la energía es absorbida; la
energía radiante no puede producir ningún efecto sin ser absorbida.
El color de las sustancias se debe a que éstas absorben ciertas longitudes de
onda de la luz blanca que incide sobre ellas y solo dejan pasar a nuestros ojos
aquellas longitudes de onda no absorbidas.
La absorción y trasmisión de luz depende tanto de la cantidad de la concentración
como de la distancia recorrida.
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7. MARCO METODOLÓGICO
7.1 Metodología
1. Se realizará un proceso de hidrólisis, la cual se basa en la desintegración de
sustancias complejas en otras más sencillas por efecto del agua; para separar
la celulosa de los demás componentes de la planta (hemicelulosa y lignina) y
así obtener la fibra.
2. Se hará un análisis de composición de la hierba mediante procesos de
espectrofotometría (método de análisis óptico que permite comparar la
radiación absorbida o transmitida por una solución que contiene una cantidad
desconocida de soluto, y una que contiene una cantidad conocida de la misma
sustancia) y filtración (proceso de separación de uno o más elementos sólidos
de un fluido, mediante el paso de la mezcla a través de un elemento poroso
filtrante).
3. Se llevará a cabo un análisis físico-químico de las propiedades de la fibra para
determinar su calidad.
4. Se realizará un hilado artesanal a una pequeña muestra de la fibra para
ejecutar las pruebas textiles en el laboratorio de calidad.
5. Se evaluarán las propiedades físicas, químicas y mecánicas de la fibra
obtenida dentro del sector textil, con el fin de determinar su calidad.
6. Se planteará una metodología que permita obtener la fibra textil a gran escala,
y así poderla producir a nivel industrial.
7.2 Formulación de hipótesis
Se espera obtener una fibra a partir de la celulosa de hierba, la cual cumpla con
las propiedades físicas, químicas y mecánicas esenciales, que a su vez permitan
crear un textil de óptima calidad.
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8. WEBGRAFÍA
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