FIBRAS SINTÉTICAS Y ESPECIALES

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA TEXTIL

FIBRAS SINTÉTICAS Y ESPECIALES

IRIGOYEN REYES JUDITH CECILIA

2TM22

POLIURETANO

POLIURETANO

El poliuretano (PUR) es un polímero que se obtiene mediante condensación de bases hidroxílicas combinadas con disocianatos. Los poliuretanos se clasifican en dos grupos, definidos por su estructura química, diferenciados por su comportamiento frente a la temperatura. De esta manera pueden ser de dos tipos: Poliuretanos termoestables o poliuretanos termoplásticos ( según si degradan antes de fluir o si fluyen antes de degradarse, respectivamente).¹ Los poliuretanos termoestables más habituales son espumas, muy utilizadas como aislantes térmicos y como espumas resilientes. Entre los poliuretanos termoplásticos más habituales destacan los empleados en elastómeros, adhesivos selladores de alto rendimiento, suelas de calzado, pinturas, fibras textiles, sellantes, embalajes, juntas, preservativos, componentes de automóvil, en la industria de la construcción, del mueble y múltiples aplicaciones más.

Es habitual su combinación con pigmentos tales como el negro de humo y otros.

HISTORIA

Aunque la química de los isocianatos fue estudiada por primera vez por C. A. Wurtz² y por A.W. Hoffman³ en la década de 1840, no fue hasta un siglo después cuando Otto Bayer desarrolló la primera síntesis de un poliuretano en1937 trabajando en los laboratorios de IG Farben, en Leverkusen (Alemania), empleando diisocianato de 1,6-hexametileno y 1,4-butanodiol, con el objeto de conseguir un material competitivo con la poliamida (Nailon) desarrollada poco antes por W. Carothers trabajando para DuPont (EE.UU).  Otto Bayer y sus colaboradores publicaron la primera patente de poliuretanos en 1937⁵ y la producción industrial empezó en 1940 con productos como Igamid y Perlon. Sin embargo, debido a la falta de recursos por la Segunda Guerra Mundial, la producción creció muy lentamente. En 1959 DuPond desarrollaría un tejido muy elástico empleando fibras de poliuretano al que llamó Spandex, y comercializó bajo el nombre de Lycra.

OBTENCION

La polimerización se logra haciendo lograr moléculas de diisocianato difuncionales (OCN-R-NCO) con dibases (HO-R´-OH, HN-R´´-NH, o HS-R´´´-SH, por ejemplo) en proporción estequiométrica (NCO/OH= 1), lo que hace que las moléculas comiencen a unirse por ambos lados del grupo diisocianato hasta dar lugar a un polímero de alto peso molecular.

PROPIEDADES

  Posee un coeficiente de transmisión de calor muy bajo, mejor que el de los aislantes tradicionales, lo cual permite usar espesores mucho menores en aislaciones equivalentes.

  Mediante equipos apropiados se realiza su aplicación "in situ" lo cual permite una rápida ejecución de la obra consiguiéndose una capa de aislación continua, sin juntas ni puentes térmicos.

  Su duración, debidamente protegida, es indefinida.

  Tiene una excelente adherencia a los materiales normalmente usados en la construcción sin necesidad de adherentes de ninguna especie.

  Tiene una alta resistencia a la absorción de agua.

  Muy buena estabilidad dimensional entre rangos de temperatura desde -200 ºC a 100 ºC.

  Refuerza y protege a la superficie aislada.

  Dificulta el crecimiento de hongos y bacterias.

  Tiene muy buena resistencia al ataque de ácidos, álcalis, agua dulce y salada, hidrocarburos, etc.

USOS Y APLICACIONES

La espuma rígida de POLIURETANO aplicada por aspersión puede ser empleada para aislamiento térmico en construcción dentro del rango de temperatura entre -50 ºC y + 100 ºC. Los principales campos de aplicación de la espuma rígida de POLIURETANO son los siguientes: Aislamiento térmico de superficies en la construcción; suelos, paredes, techos, perfiles de acero, interior o exterior. Aislamiento térmico e impermeabilización de cubiertas. Aislamiento térmico de instalaciones de climatización. Aislamiento térmico de cámaras frigoríficas de conservación y congelación.
En aplicaciones donde la espuma rígida de POLIURETANO vaya a estar expuesta directamente a la intemperie, se debe proteger superficialmente frente a la acción de los rayos UV con un recubrimiento adecuado.
Son numerosos los factores que influyen en el gran auge que ha alcanzado esta técnica. Entre ellos cabe destacar las ventajas en la aplicación: Supresión de puentes térmicos. El aislamiento no presenta juntas ni fisuras. Es un aislamiento continuo. Posibilidad de acceder a lugares difíciles.
Buena adherencia al substrato. No es necesario de adhesivos para su instalación, es autoadherible. Posibilidad de aislar e impermeabilizar (con la densidad adecuada) en un único proceso. Esta característica se debe, por una parte, a su estructura de celdas cerradas y estancas al agua y, por otra, a su forma de aplicación en continuo que permite evitar las juntas. Rapidez de ejecución y movilidad. La espuma rígida de POLIURETANO es una sustancia imputrescible, estable frente al moho y a los detritus, inodora y es un producto químicamente neutro. Resistente a los materiales habitualmente usados en construcción e inerte bioquímicamente.

 

Aplicar POLIURETANO  sobre cubiertas de lámina, refuerza enormemente la estructura de estos y en losas de concreto reduce considerablemente las contracciones y dilataciones de la losa, evitando con esto, en gran parte, la aparición de grietas.
Debido a sus características, ofrece la más amplia gama de soluciones a la industria, para impermeabilizar, y aislar térmica y acústicamente.

POLIVINILO

ACETATO DE POLIVINILO

 El poliacetato de vinilo, acetato de polivinilo, PVA, PVAc o poli (etenil etonoato), es un polímero sintético gomoso con fórmula abreviada (C4H6O2)n. Pertenece a la familia de los polímeros poliviníl éster más fácilmente obtenible y de más amplio uso, con fórmula general -(RCOOCHCH2)-. Se trata de un tipo de termoplástico.

No se debe confundir con la relación del polímero alcohol polivinílico, que se lo denomina, en muchos casos, también con las siglas PVA (talvez PVAc podría considerarse como una abreviatura técnicamente correcta para el acetato de polivinilo y ayudaría a evitar una confusión de este tipo).
El acetato de polivinilo es un componente de un tipo ampliamente usado de adhesivo, a que se refiere indistintamente como cola para madera, cola blanca, cola de carpintero, cola escolar, cola PVA o cola vinílica.
El acetato de polivinilo fue descubierto en Alemania en 1912 por Fritz Klatte.

PROCESO DE FABRICACIÓN

En la industria de los adhesivos se obtiene el poliacetato de vinilo por los métodos convencionales de polimerización por adición o por emulsión.
Para iniciar la polimerización es común activar la doble ligadura del vinilo ya sea termicamente, o fotoquímicamente por reacción con un radical libre iniciador o por reacción con un catalizador iónico. La polimerización de adición industrial para los adhesivos, se inician por lo general, por medio de un radical libre obtenido de la descomposición de agentes oxidantes tales como el peróxido de benceno. Simultáneamente la ligadura de vinilo es activada ya que ahora ella tiene un electrón sin unir en el otro átomo de carbono. Es así como se inicia una reacción en cadena de radicales libres.
El vinil acetato monómero puede ser copolimerizado o terpolimerizado con otros compuestos no saturados y, de esta manera, obtener sustancias poliméricas con diferencias en sus propiedades físicas tales como los sólidos suspendidos, viscosidad, plásticidad y características adhesivas del producto resultante.
El acetato de vinilo puede ser copolimerizado con varios monómeros de vinilo. Son comonómeros comercialmente importantes el cloruro de vinilo, cloruro de vinilideno, dibutilo y otros maleatos y fumaratos de dialquilo, los ácidos crotónicos, acrílico, metacrílico e itacónico y sus ésteres, pirrolidona y etileno de vinilo. Un monómero que no se combina sólo con el acetato de vinilo puede combinarse con el uso de un tercer monómero que se copolimeriza con ambos (terpolimerización). La injerción puede usarse con monómeros como el estireno, que no se copolimeriza con el acetato de vinilo.

PROPIEDADES 

El grado de polimerización de acetato de polivinilo normalmente es de 100 a 5000. Los grupos éster del acetato de polivinilo son estables en sistemas neutros, pero son sensibles a los álcalis y poco a poco convertirán el PVAc en alcohol polivinílico y ácido acético.
El poliacetato de vinilo es demasiado blando y tiene una excesiva fluencia en frio debido a que su temperatura de transición vítrea es de 28°C, muy próxima a la temperatura ambiente. La densidad es de 1,19g/cm³ y su índice de refracción 1,47. Es atáctico y no cristaliza (amorfo). Los polímeros estereorregulares no se han ofrecido comercialmente. Es transparente si está libre de emulsificante. Su parámetro de solubilidad, d=19,4(MJ/m³)0,5; lo disuelven el benceno (d=18,8) y la acetona (20,4)
Los polímeros de bajo peso molecular son frágiles pero se hacen como goma cuando se mastican y de hecho se utilizan en las gomas de mascar.

APLICACIONES Y USOS

Es usado generalmente para adhesivos de encuadernación, bolsas de papel, cartones para leche, sobres, cintas engomadas, calcomanías, etc. Existen grados alimenticios utilizados como aditivo para alimentos. También es materia prima para la producción de otros polímeros.

Adhesivos:
El poliacetato de vinilo es de uso extendido en adhesivos, tanto del tipo emulsión como del de fusión en caliente (hot melt)
En emulsión acuosa, el PVAc se utiliza como adhesivo para materiales porosos, en especial para madera, papel y tela.

Recubrimiento y aglutinante: 

El homopolímero PVAc, pero sobre todo el copolímero, combinación de acetato de vinilo y etileno (etileno acetato de vinilo o VAE), se utiliza también en el recubrimiento de papel, pinturas y otros recubrimientos industriales, como aglutinante en telas no tejidas de fibra de vidrio, toallas sanitarias , papel de filtro y en acabado textil. También se utiliza como aditivo para el concreto.
Una aplicación interesante es el uso de una emulsión de PVA para aumentar la adherencia entre el concreto viejo y el nuevo. Hay dos formas en que esto se puede hacer, ya sea cubriendo el concreto viejo antes de aplicar la mezcla de cemento, o la mezcla una proporción de la emulsión de PVA con la nueva mezcla.

En alimentos: 

El PVAc también puede ser utilizado como recubrimiento para proteger el queso de los hongos y la humedad. Se usa como base de plástico neutro para la goma de mascar ya que es un sustituto barato de la savia gomosa natural del árbol Manilkara zapota.

En la industria farmacéutica, el acetato de vinilo copolimerizado con vinilpirrolidona, poli(vinilpirrolidona-co-vinilacetato), también es utilizado como excipiente en algunos comprimidos.

Base para otros polímeros
El acetato de polivinilo es también la materia prima para hacer otros polímeros como:
- Alcohol de polivinilo -[HOCHCH2]-: acetato de polivinilo es parcial o completamente hidrolizado para dar el alcohol polivinílico. El polivinil acetato parcialmente hidrolizado con NaOH y metanol da un copolímero de poli (alcohol vinílico-co-vinil acetato). Esta reacción se controla para dar un 20% de grupos acetato en el polímero. El poli (alcohol vinílico-co-vinil acetato) es utilizado en pinturas acrílicas para crear una suspensión de PMMA en agua puesto que presenta partes polares y no polares. A estas pinturas se las denomina pinturas al látex (pinturas en emulsión acuosa).
- Copolímeros: El poliacetato de vinilo se copolimeriza frecuentemente con dimetil fumarato, vinil estereato, 2-etilhexil acrilato o etil acrilato, o se plastifica, para obtener composiciones más blandas para su uso en emulsiones.
- Ftalato de acetato de polivinilo (PVAP): El acetato de polivinilo parcialmente hidrolizado y esterificado con ácido ftálico .

ELASTANO (SPANDEX)

 ELASTANO (SPANDEX)

El spandex o elastano (en inglés elastane) es una fibra sintética conocida por su excepcional elasticidad. Es fuerte, pero menos duradero que su principal competidor no sintético, el látex natural. Se trata de un copolímero uretano-urea que fue inventado en 1959 por los químicos C.L. Sandquist y Joseph Shivers en Benger Laboratory de DuPont en Waynesboro, Virginia. Cuando se introdujo por primera vez, significó una revolución en muchos ámbitos de la industria textil.
El nombre de "spandex" es un anagrama del vocablo inglés "expands" (expandir). Es el nombre preferido en América del Norte; en Europa continental se denomina por variantes de "elastane", por ejemplo: Elasthanne (Francia), elastan (Alemania), elastano (España y Portugual), elastam (Italia) y Elasthaan (Holanda), y es conocido en el Reino Unido e Irlanda principalmente como Lycra. Los nombres del spandex incluida Lycra (hecho por la filial Koch Invista, previamente una parte de DuPont), Elaspan (también Invista), Acepora (Taekwang), Creora (Hyosung), ROICA y Dorlastan (Asahi Kasei), Linel (Fillattice), y ESPA (Toyobo).

HISTORIA 

El desarrollo del spandex se inició durante la Segunda Guerra Mundial. En este tiempo, los químicos asumieron el reto de desarrollar sustitutos sintéticos para el caucho. Dos factores principales motivaron la investigación. En primer lugar, el esfuerzo de la guerra requería la mayor parte de la goma disponible para la construcción de equipos. En segundo lugar, el precio del caucho era inestable y había fluctuado frecuentemente. El desarrollo de una alternativa a la goma podría resolver ambos problemas. 
Al principio, su objetivo era desarrollar una hebra durable elástica a base de polímeros sintéticos. En 1940, los primeros elastómeros de poliuretano fueron producidos. Estos polímeros producidos eran elásticos, los cuales eran una alternativa adecuada a la goma. Aproximadamente al mismo tiempo, los científicos de Du Pont produjeron los primeros polímeros de nylon. Estos tempranos polímeros de nylon eran duros y rígidos, por lo que los esfuerzos habían comenzado por hacerlos más elástica. Cuando los científicos descubrieron que otros poliuretanos podría convertirse en hilos finos, se decidió que estos materiales podían ser útiles en la fabricación de medias de nylon estirables o utilizarlos en la fabricación de prendas de vestir de peso ligero. 
Las primeras fibras spandex se produjeron a nivel experimental por uno de los pioneros de la química de polímeros, Farbenfabriken Bayer, obteniendo una patente alemana para su síntesis en 1952. El desarrollo final de las fibras se trabajó de forma independiente por los científicos de Du Pont y de Rubber Company EE.UU. Du Pont usó el nombre de Lycra y comenzó la fabricación a gran escala en 1962. Es actualmente el líder mundial en la producción de fibras spandex.

PRODUCCIÓN DE FIBRAS

Las fibras de spandex son producidos en cuatro formas diferentes: extrusión en estado fundido, hilado por reacción, hilatura en seco e hilado en húmedo. Todos estos métodos incluyen la etapa inicial de la reacción de monómeros para producir un prepolímero. Una vez que el prepolímero se forma, se hace reaccionar adicionalmente de diversas maneras y prolongado para hacer las fibras. El método de hilado seco se usa para producir más del 90% de fibras de spandex del mundo.

Hilatura en seco 

Paso 1: El primer paso es producir el prepolímero. Esto se hace mediante la mezcla de una macro glicol con un monómero diisocianato. Los dos compuestos se mezclan en un recipiente de reacción para producir un prepolímero. Una proporción típica de glicol - diisocianato es de 1:2.

Paso 2: El prepolímero se hace reaccionar adicionalmente con una cantidad igual de diamina. Esta reacción se conoce como reacción de extensión de cadena. La solución resultante se diluye con un disolvente para producir la solución de hilado. El disolvente ayuda a hacer la solución más delgada y una manipulación más fácil, y entonces puede ser bombeado a la célula de producción de fibra.

Paso 3: La solución de hilado se bombea en una célula cilíndrica hilatura donde se cura y se convierten en fibras. En esta celda, la solución de polímero se fuerza a través de una placa de metal llamada hilera o spinneret. Esto hace que la solución se alinee en hebras de polímero líquido. Como los hilos pasan a través de la célula, se calientan en presencia de un gas nitrógeno y disolvente. Este proceso hace que el polímero líquido reaccionar químicamente y formar hebras sólidas.

Paso 4: Cuando las fibras salen de la célula, una cantidad de hebras sólidas se agrupan para producir el espesor deseado. Cada fibra de spandex se compone de muchas pequeñas fibras individuales que se adhieren el uno al otro debido a la pegajosidad natural de su superficie.

Paso 5: Las fibras resultantes se tratan después con un agente de acabado que puede ser estearato de magnesio o de otro polímero poli(dimetil-siloxano). Este tratamiento evita la fusión de las fibras entre sí y ayuda en la fabricación de textiles. Las fibras son entonces transferidas a través de una serie de rodillos sobre un carrete. La velocidad de bobinado de todo el proceso puede estar alrededor de 300 a 500 millas (482,7 hasta 804,5 km) por minuto en función del espesor de las fibras. 

Paso 6: Cuando los carretes están llenos de fibra, se colocan en el embalaje final y es enviado a los fabricantes de textiles. Aquí, las fibras pueden ser tejidas con otras fibras tales como algodón o nylon para producir la tela que se utiliza en la fabricación de ropa. Esta tela también puede ser teñida para producir el color deseado.

PRINCIPALES USOS

El spandex se utiliza para la confección de ropa y prendas de vestir donde la elasticidad es deseable, generalmente para comodidad y ajuste, tales como: ropa deportiva, cinturones, cintas de sujetador, traje de baño competitivo, pantalones cortos de ciclista, cinturones de baile usado por los bailarines masculinos y otros, guantes, calcetería, polainas, artículos ortopédicos, pantalones de esquí, jeans ajustados, pantalones, minifaldas, ropa interior, prendas de compresión tales como corsetería y trajes de captura de movimiento, prendas con forma tales como copas del sujetador entre tantos otros usos.
Para la ropa, el spandex generalmente se mezcla con algodón o poliéster, y representa un pequeño porcentaje de la tela final, por lo tanto, el tejido final conserva la mayor parte de la apariencia de las otras fibras. Es de poco uso en ropa de hombre, pero frecuente en el de las mujeres. Se estima que un 80% de la ropa que se vende en los Estados Unidos contenía spandex en 2010.

NANOFIBRAS

NANOFIBRAS

Una nanofibra es una fibra polimérica con diámetro inferior a 500 nanómetros. Se obtienen a partir de técnicas especiales que permiten obtener esas fibras ultrafinas, de propiedades muy particulares y de muy diversos usos.

OBTENCION

Un proceso convencional para obtener fibras comunes consiste en el hilado en el que un polímero fundido o en solución se hace pasar por una boquilla a cierta velocidad y temperatura. Además se estira el material buscando darle más módulo y resistencia. Pero para obtener una nanofibra, se utiliza lo que se llama electrohilado (electrospinning), que permite producir filamentos continuos cien veces inferiores a los métodos convencionales ² . Dichos filamentos se depositan en una membrana o malla no tejida llamada material nanofibroso.

PROPIEDADES

En el material nanofibroso la relación superficie-volumen es muy elevada. Las estructuras obtenidas generan sistemas dinámicos que pueden variar tanto el tamaño de los poros como la forma. Las propiedades de flexibilidad, tenacidad y resistencia a la tracción son imposibles de conseguir con otros materiales de estructuras convencionales.

APLICACIONES

La baja densidad y elevado volumen de los poros hacen a estos materiales apropiados para dispositivos biomédicos como el sistema de liberación controlada de fármacos o la obtención de cosméticos. ¹

También para principios activos e ingeniería de tejidos; prendas de vestir, implementos de limpieza y hasta productos industriales de catálisis, filtrado, barrera y aislamiento, pilas, transistores, óptica, tecnología de la información y delsector espacial