Nanorecubrimientos

XV SIMPOSIUM INTERNACIONAL “APORTACIONES DE LAS UNIVERSIDADES

A LA DOCENCIA, LA INVESTIGACIÓN. LA TECNOLOGIA Y EL DESARROLLO

NANORECUBRIMIENTOS APLICADOS A SUSTRATOS TEXTILES

PRESENTA: Ing. Edith Caicedo Daza

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA TEXTIL

México df, septiembre de 2014 1

• El término “Nanotecnologia” se relaciona con ciencias y técnicas

aplicadas a un nivel de nanoescala, esto significa que un nanómetro es

la millonésima parte de un metro. Pero lo importante de manejar estas

escalas, es que a ese nivel es posible manipular materiales de forma

molecular y atómica


LA NANOTECNOLOGIA:

MATERIALESPROPIEDADADESNUEVAS

MEJORAR LAS PROPIEDADES EXISTENTES


NANOTECNOLOGIA - RAMA INTERDISCIPLINARIA

NANOTECNOLOGIA

QUÍMICA

FISICA

ING.MECÁNICA

BIOLOGIA

TECNOLOGIAS DE

INFORMACIÓN

INGENIERIA TEXTIL

CIENCIA DE LOS MATERIALES

ING. ELÉCTRICA

Los procesos actuales que se llevan a cabo en la industria textil para realizar

tratamientos a las telas con objeto de impedir el paso del agua sobre esta

(impermeabilización) y que conserve el tacto de tela o textura natural, ya sea

para fibras naturales, sintéticas, o mezclas se hacen a través de tratamientos

con fluoroquímicos, usándose varias etapas en el procedimiento como son:

• Tratamiento Primario

• Tratamiento Secundario

• Tratamientos Adicionales


PROCESOS CONVENCIONALES PARA IMPERMEABILIZAR TELAS


El tratamiento Primario, se trata exhaustivamente de

manera tópica, cubriendo ambos lados de la tela con

fluoroquímicos que pueden tener adicionado una mezcla

de agentes antimicrobianos, tales como microbicidas y/o

fungicidas y por supuesto agua. Después de penetrar las

superficies de la tela es secada en estufa a temperaturas

elevadas, como por ejemplo de 121ºC a 177ºC, quedando

como resultado una tela tratada primariamente, que es

resistente a hongos, resistente a manchas y repelente al

agua.


Estos tratamientos convencionales han sido realizados de acuerdo a la invención por una combinación de agentes antimicrobianos y agentes de tratamiento textil fluoroquímico.

Para el agente antimicrobiano se establece un porcentaje entre el o.25 al 4% en peso de la composición del tratamiento Primario, siendo una combinación de sustancias que matan o previenen el crecimiento de microorganismos y que incluye agentes antibióticos, anti fúngicos, antivirales y antialgas y dentro de ellos encontramos marcas comerciales como; ULTRAFRESHTM DM-25,de Thomas Research; otro agente es el AMICAL FLOWABLETM de Angus Chemical Company de Northbrook

En el caso del agente textil para el tratamiento se utiliza entre el 5 al 20% en peso de la composición del tratamiento primario, basado en el peso de la composición del tratamiento, el producto fluoroquímico proporciona repelencia al agua y resistencia a manchas, entre las marcas comerciales disponibles se encuentran: SCOTCHGUARDTM FC 255, SCOTHGUARD TM FC 214-230 de la empresa 3M; y TEFLÓNTM 8070 de la empresa E.I. Dupont de Nemors

De los agentes reticulantes que se usan para la composición del tratamiento primario se incluyen resinas principalmente de melanina/formaldehído y fenol/fomaldehído con sus variantes que comprende el 80% del peso en sólidos y 20% en agua, siendo preferida la marca WT-50TMy estos agentes están presentes en el tratamiento primario entre el 0.1 al 3% en peso de la composición de tratamiento primario


Se agita la mezcla hasta obtener una dispersión

uniforme

COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL TRATAMIENTO PRIMARIO

Procesos secundarios y

adicionales

El orden del mezclado de los componentes del tratamiento primario no es muy crítico se pueden añadir : primero el agente antimicrobiano, después el agente fluoroquímico + el agente reticulante+ cualquier otro ingrediente que se agregaran al agua como : dispersantes, espesantes, tintes, pigmentos, + una cantidad mínima de látex polimérico

La tela tratada primariamente se trabaja en un baño mediante la

aplicación por pulverización o rodillos sobre la tela

La aplicación debe cubrir uniformemente ambas superficies de la tela

Baja viscosidad en el primario para lograr una penetración total en la

tela

H2 O


• el procedimiento primario, crea un material textil único, no se

puede considerar totalmente repelente al agua, debido a que al

revisar la tela ante una fuente de luz, se pueden observar múltiples

orificios que pueden permitir que el agua penetre la tela, por lo

que es necesario considerar los siguientes tratamientos

secundarios y hasta adicionales; que dependerán del grado de

repelencia que se busca en el sustrato textil.


Por tanto el proceso Secundario se lleva a cabo con aplicación de látex polimérico de alto contenido de sólidos, que contiene un polímero de emulsión con una temperatura vítrea (Tg) de entre -45ºC y 0ºC que se aplicará a un lado de la tela tratada primariamente

Este látex tiene una consistencia como la cola de carpintero; y es aplicada por medio de rodillos o pulverización quedando un fino recubrimiento que puede estar entre 31,08-155,4 g/m

terminado dicho recubrimiento se seca de nuevo en estufa entre 121ºC y 277ºC, con ello se concluye el tratamiento secundario

PROCESO SECUNDARIO:

Método de Prueba del rocío de la NMX-A-2571984 AATCC-TEST-METHOD 22-2010 water repellency-spray-test


PRUEBAS DE ESPRIADO

AATCC118 (repelencia al aceite; escala 0-8 donde 0 es el mínimo y 8 el máximo de valoración

• La hidrofobicidad es una propiedad química, la superhidrofobicidad es una

propiedad fundamentalmente física. Estas propiedades son necesarias

tomarlas en cuenta, cuando hablamos de recubrimientos ya que de acuerdo a

la geometría y a las propiedades que presentan las fibras con las que se

fabrican textiles, estos son de característica Hidrofílica principalmente

(exceptuando las microfibras); que significa que tienen la capacidad de

mojarse con facilidad o con el goteo del agua sobre su superficie.


LA HIDROFOBICIDAD Y SUPERHIDROFOBICIDAD

• Las superficies superhidrofóbicas, que han existido desde hace cientos de millones de

años, vuelven ahora a estar de moda gracias a la Nanotecnologia y al efecto Loto. Hace ya

tiempo que se conocía que las hojas de Loto, una planta acuática de origen asiático, no se

mojan. Como consecuencia de ello, el agua de lluvia adopta la forma de gotas esféricas al

entrar en contacto con la superficie de sus hojas, lo cual le permite deslizarse libremente

llevándose consigo toda suciedad y manteniendo la hoja limpia y seca, como así también

libre de colonias bacterianas, a pesar de vivir en aguas contaminadas.


LOTUS EFFECT

Este Efecto fue estudiado por los biólogos Neinhaus y Barthlot

• Para explicar el comportamiento superhidrofóbico de las hojas de Loto, los biólogos tuvieron que

estudiar la composición química y la topografía de las mismas. Básicamente, encontraron que las

hojas tenían dos niveles de estructuras que explicaban este comportamiento:

• un nivel microestructurado (del tamaño de micras o milésimas de milímetro) consistente en bultos

superficiales y un nivel nanoestructurando (del orden de la millonésima de milímetro) formado por

pequeños pelos. Ambos sistemas se hallan constituidos por un revestimiento ceroso, lo que en

conjunto hace que la superficie de una hoja de Loto repela el agua y no llegue a mojarse (superficies

superhidrofóbicas).


CARACTERIZACIÓN DE LA HOJA DE LOTO

Imagen SEM del loto

IMAGEN SEM

• Tomando en cuenta el principio del Lotus Effect y la relación que existe con las

propiedades de hidrofobicidad y superhidrofobicidad, es necesario considerar la Ecuación

de Young, la cual da información de lo que sucede cuando un determinado líquido se

extiende sobre una superficie sólida. Esta Propiedad recibe el nombre mojabilidad y la

magnitud física accesible experimentalmente relacionada con la mojabilidad es el ángulo

de contacto.



Que se define como el ángulo que forma la tangente a la

interfaz líquido-fluido con la superficie del sólido en el

punto de contacto de la fase líquida; estas relaciones son

expresadas como:

cos ∅SFץ − SLץ

ץ LF

Donde ץSF LF, son las tensiones interfacialesץ ,SLץ sólido-

fluido, sólido-líquido y líquido-fluido respectivamente y

Øץ es el ángulo de Young Para superficies “ideales”

ANGULO DE CONTACTO :

• Pero es con las ecuaciones de Cassie y Wenzel (1936) donde se estableció una relación entre el ángulo intrínseco

para una superficie homogénea y rugosa:

cosØEq = rw cosØi

• Donde rw, es el factor de rugosidad, conocido también como factor de Wenzel y representa la relación entre el

área real de una superficie y el área proyectada, de manera que rw =1 para superficies perfectamente lisas y rw>1

es para superficies rugosas. Implicando que el ángulo de equilibrio de superficies rugosas hidrófilas será menor

que su ángulo intrínseco, mientras que en superficies hidrófobas, será mayor. Es decir esta ecuación se aplica a

superficies textiles que hayan sufrido una deformación de liso a rugosidad homogénea; donde los líquidos

intentan penetrar la superficie.


SUPERFICIES RUGOSAS Y HOMOGENEAS:


• Artificialmente las superficies superhidrofobas puedenser formadas por dos vías, una es generando ungradiente de rugosidad en la superficie de un material; orecubriendo dicha superficie con moléculas quemantengan la baja energía superficial

COMO SE LOGRAN ARTIFICIALMENTE SUPERFICIES HIDROFOBAS Y SUPERHIDROBAS

La idea es lograr que las gotas del líquido que se derrame sobre la superficie sólida se conviertan en una forma totalmente esférica esto es, si el ángulo de contacto Ø es = 180º se logra un efecto total de desplazamiento sobre la superficie, debido a que este no se adhiere ni humedece la superficie, y por consiguiente obtenemos una Superhidrofobicidad

Ángulos muy comunes obtenido por las películas a base del dióxido de silicio que se encuentra en presentaciones comerciales están entre los rangos de 130º a 150º; que ya ofrecen una superficie nanoestructurada muy repelente al agua y en general a líquidos, así como evita las manchas y suciedad por depósito de partículas de polvo



<<El proceso sol-gel consta de varios pasos: mezclado, gelificación, envejecimiento,

secado y sintetizado. En cada una de estas etapas hay muchos factores físicos y

químicos, Las reacciones químicas involucradas son la hidrólisis y la

policondensación que se producen simultáneamente y son incompletas.

Los más utilizados para la preparación de geles basados en sílice son

tetrametoxisilano - Si(OCH3)4 - y tetraetoxisilano - Si(OC2H5)4 - , conocidos

respectivamente por TMOS y TEOS respectivamente. El precursor de alcóxido de sílice

líquido Si(OR)4 reacciona con el agua y se producen las reacciones de hidrólisis y poli

condensación, en presencia de un disolvente común (normalmente alcohol), dado que

el agua y el alkóxido son inmiscibles

PROCESO : SOL GEL


RECUBRIMIENTOS BASADOS EN ÓXIDO DE SILICIO PARA SUSTRATOS TEXTILES

La aplicación de películas delgadas sobre el sustrato textil, que se basa en óxidos de silicio sintetizados por sol Gel, se hace principalmente por inmersión, al extraerse el material sometido al proceso, forma una película delgada que se solidifica .

El espesor de la capa se ajusta de acuerdo a la concentración de solución, viscosidad y velocidad de extracción, y en una sola aplicación se pueden obtener espesores de entre 50 nm y 1 µm


El dióxido de silicio está formado por cuatro átomos de oxígeno y un átomo de silicio, formando una red tridimensional, esto hace que sus enlaces sean bastante flexibles. Por tanto los nanorecubrimientos que se logran con estas películas son muy efectivos contra las grasas, polvo y líquidos convirtiendo en repelentes las superficies que son tratadas con ellos, no sólo textiles, sino también otro tipo sustratos como cerámicos, vidrios, pisos, papel, paredes, automóviles, electrónicos; pueden ser recubiertos con aplicaciones basados en estos precursores que al modificar los grupos de anclaje se genera mayor afinidad con relación al sustrato del cual se trate.

CONCLUSIONES:


GRACIAS POR SU ATENCIÓN…………..

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Nanorecubrimientos