Las fibras y sus diversos usos

Según un informe de la Escuela de Ingeniería de Antioquia, los vegetales que aportan el mayor volumen de fibras y su uso son:

• Abaca, cañamo de manila: para la fabricación de cordeles y revestimientos para cables.
• Algodón: hilos y telas. De la semilla se extrae aceite vegetal y el residuo es alimento para el ganado.
• Cáñamo: se utiliza en cordeles y la estopa para empaques.
• Apocia: en cordeles gruesos y materiales para costal.
• Lino: materia prima para textiles y confecciones, de la semilla se obtiene aceite para pintura sobre óleo.
• Ramio: para producir hilazas y cuerdas gruesas, cables, cordeles; aislamiento de cables, tuberías para incendios, redes de pesca y bandas industriales.
• Sisal: para cordelería marítima, pues resiste la acción del agua salada.
• Yute: por su flexibilidad y brillo, se utiliza en el tejido de alfombras, telas para muebles y cortinas.
• Fique: para elaborar cordeles, redes, sacos, costales, alfombras y adornos.

El término ‘fibras textiles’ se refiere a las que se pueden hilar o utilizar para fabricar telas mediante operaciones como tejido, trenzado o filtrado. El tejido, una de las primeras actividades artesanales, ya se practicaba en el neolítico, como lo demuestran los fragmentos de fibras de lino hallados en los restos de poblados lacustres de Suiza. En el antiguo Egipto los primeros textiles se tejían con lino; en la India, Perú y Camboya con algodón; en Europa meridional con lana y en China con seda.

Usos y Aplicaciones del Nylon

Los nylons han encontrado campos de aplicación como materiales plásticos en aquellos sectores o usos particulares donde se requiere más de una de las propiedades siguientes: alta tenacidad, rigidez, buena resistencia a la abrasión, buena resistencia al calor. Debido a su alto costo no han alcanzado, naturalmente, la aplicabilidad de materiales tales como polietileno o poliestireno, los cuales tienen un precio tres veces más bajo que el del nylon.
Las aplicaciones más importantes de los homopolímeros se encuentran en el campo de la ingeniería mecánica. Aplicaciones bien establecidas son las siguientes: asientos de válvulas, engranajes en general, excéntricas, cojinetes, rodamientos, etc.. Además de las propiedades ventajosas señaladas en líneas anteriores, las piezas de nylon pueden funcionar frecuentemente sin lubricación, son silenciosas, pudiendo en muchos casos moldearse en una sola pieza evitándose el ensamblado de las diferentes piezas metálicas o el uso de máquinas caras con la consiguiente pérdida de material.
Desde hace ya algunos años los nylons cuentan con un fuerte competidor, las resinas acetálicas, las cuales presentan superior resistencia a la fatiga, mayor resistencia a la fluencia y también mayor resistencia al agua que las poliamidas. Bajo condiciones medias de humedad, los nylons son superiores en resistencia al impacto y en resistencia a la abrasión. Cuando se considera que un nylon es apropiado para una determinada aplicación, es necesario antes de elegir el tipo de poliamida, tener en cuenta las propiedades mecánicas, la resistencia al agua y la facilidad de procesado de los mismos. Así, el nylon 6,6 presenta las mejores propiedades mecánicas, pero, por otra parte, es el que presenta mayores dificultades de procesado y tiene un valor de absorción de agua alto. El nylon 6 es el más fácil de procesar, tiene propiedades ligeramente inferiores al nylon 6,6.
En medicina y farmacia se utilizan objetos moldeados y esterilizables fabricados con poliamidas. Debido a su durabilidad, y a pesar de su mayor costo, los peines de nylon para el cabello han encontrado una amplia aceptación.
Las películas de nylon se emplean cada vez más en aplicaciones de embalaje para productos alimenticios y farmacéuticos. El valor del nylon para estas aplicaciones estriba en la posibilidad de hervir la bolsa con los alimentos dentro y en la baja transmisión del olor.
Aunque los nylons no se consideran generalmente como aislantes, debido a su tenacidad, y en cierto grado a su resistencia a la temperatura, se han abierto camino en este sector (arrollamientos y bobinas, y bloques terminales). Las ventajas que presentan en ciertos aspectos las resinas acetálicas y los policarbonatos han mermado considerablemente la aplicabilidad del nylon en este campo del aislamiento eléctrico.

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO INDUSTRIAL

1- POLÍMERO
El producto final, obtenido en forma de pellets, es la materia básica para la producción de hilados Industriales y Textiles.
El proceso de fabricación comprende varias etapas y requiere de ciertos insumos que producen plantas auxiliares como la de Agua Desmineralizada y Gas inerte.
a) SAL DE NYLON
La preparación de la sal de nylon (monómero) consiste en la neutralización del ácido adípico y la hexametilendiamina en medio acuoso para formar solución de sal. Esta solución se filtra, se ajusta su PH y/o concentración y luego se envía para concentrar en el evaporador y polimerizar en autoclaves.
La preparación de sal es un proceso continuo controlado automáticamente. La diamina en solución acuosa es extraída de los tanques de suministro y de éstos se envía en forma continua hacia un tanque elevado donde se diluye con agua desmineralizada, a una concentración tal que al reaccionar con el ácido adípico (en polvo) en el reactor primario, forma una solución de sal de la concentración requerida.
El reactor primario trabaja a presión atmosférica, y está provisto de agitación y refrigeración por recirculación de agua con enfriadores de placa para mantener la temperatura constante.
La solución de nylon es bombeada hacia el reactor secundario, previo pasaje por filtros e intercambiadores de calor.
En el reactor secundario, la reacción se completa mediante la adición continua de pequeña cantidad de HMD, con lo cual se logra el ajuste del PH que corresponde a la estequiometría de la reacción.
El reactor II posee enfriadores de placa para mantener la temperatura constante.
A continuación la sal de nylon es enviada al Reactor III. Este es un tanque de aproximadamente 12 Tns. que permite que se complete la reacción del ajuste hecho en el Reactor II.
A continuación la sal es enviada al Reactor IV. Este reactor tiene ajuste de H.M.D. para ph y agua desmineralizada para ajuste de concentración; en este tanque terminan los ajustes y la sal se encuentra técnicamente terminada y se la envía al Reactor V. Este tiene las mismas características que el Reactor III. Posteriormente la sal pasa al Sal Cruda N°2.
La sal en standard, se envía a los tanques de sal cruda, en los cuales se produce la homogeneización por medio de agitación permanente.
La solución de sal pasa por filtros y va a un tanque de transferencia desde donde es bombeada a través de filtros hasta los tanques de almacenamiento final.
Cada tanque final es analizado y si la sal se encuentra dentro de las especificaciones fijadas , es enviada por batches al tanque pesador y de allí al evaporador.
b) POLÍMERO
En la planta de polimerización, la sal es enviada a un tanque pesador que funciona automáticamente bajo presión de gas inerte. Luego la solución es enviada al evaporador, allí se encuentra la solución de sal a una presión fijada alcanzando finalmente una temperatura elegida. Estas condiciones de presión y temperatura, están directamente relacionadas con la concentración de la sal en agua.
Finalizada la evaporación, entra vapor de agua al evaporador, impulsando la sal al autoclave correspondiente.
La conversión de sal de nylon en polímero de nylon, es una reacción de condensación lineal, mediante la cual los grupos aminos reaccionan con los grupos carboxilos para formar agua y las uniones amida, que representan los eslabones de la cadena polimérica.
En los autoclaves se llevan a cabo las dos etapas fundamentales, que consisten en la eliminación del agua dilución y de reacción.
El proceso mencionado se lleva a cabo cumplimentando cinco ciclos.

FIBRAS POR POLIMERIZACIÓN
· Polivinílicas (polietileno, polipropileno)
· Poliuretano
· Acrílicas

FIBRAS POR POLIMERIZACIÓN

· Poliacrilicas

En realidad, los objetos acrílicos no son más que objetos que están hecha con algún tipo de copolímero de poliacrilonitrilo. Algunos ejemplos de ellos pueden ser los presentados a continuación.

Existen diversos tipos de poliacrilicos utilizados como pueden ser: SAN(poli(estireno-co-acrilonitrilo), el ABS poli(acrilonitrilo-co-butadieno-co--estireno)

El SAN es un simple copolímero al azar de estireno y acrilonitrilo. Pero el ABS es más complicado. Está hecho por medio de la polimerización de estireno y acrilonitrilo en presencia de polibutadieno. El polibutadieno tiene enlaces dobles carbono-carbono en su estructura, los que pueden también polimerizar. Así que terminamos con una cadena de polibutadieno, conteniendo cadenas de SAN injertados el él, tal como usted ve abajo.

El ABS es un plástico más fuerte que el poliestireno dado a los grupos nitrilo en sus unidades de acrilonitrilo. Los grupos nitrilo son muy polares, así que se atraen mutuamente. Esto permite que las cargas opuestas de los grupos nitrilo puedan estabilizarse, como usted ve en el cuadro de la izquierda. Esta fuerte atracción sostiene firmemente las cadenas de ABS, haciendo el material más fuerte. También el polibutadieno, con su apariencia de caucho, hace al ABS más resistente que el poliestireno.
· Polivinilicas
Dentro de este grupo englobamos al polietileno y al polipropileno.

- El polietileno es el plástico más utilizado en el mundo, su utilidad es infinita, ya que nos lo podemos encontrar en todas partes. Su estructura es muy simple, y es un material muy versátil. Una molécula de etileno no es más que una larga cadena de átomos de carbonos , con dos átomos de carbono unidos a cuatro átomos de hidrógeno.

Aunque en la mayoría de las ocasiones son lineales, la forma más económica de obtener el polietilieno, es cuando la cadena esta ramificada., estos son de baja densidad, pero los lineales son mucho más fuertes que los ramificados

El polietileno es un polímero vinílico, hecho a partir del monómero etileno. El polietileno ramificado se hace por medio de una polimerización vinilica por radicales libres, en cambio para poder sintetizar el polietileno lineal, el proceso que habrá que realizar será la polimerización Ziegler-Natta.

- El polipropileno, sirve como plástico y como fibra. Es un compuesto muy versátil. Como plástico nos ofrece los plásticos para guardar alimentos, estos, han de soportar altas temperaturas, el polipropileno es nuestro compuesto ideal, los plásticos comunes están hecho de polietileno, pero estos no soportan altas temperaturas. Como fibras se utiliza para hacer alfombras, el polipropileno a diferencia del nylons, no absorbe el agua, por eso se utiliza en lugares al aire libre.

Estructuralmente es un polímero vinílico, muy similar al polietileno, el polipropileno se puede hacer a partir del monómero propileno, al igual que el polietileno, por polimerización Ziegler –Natta.

· PoliuretanoLos poliuretanos son los polímeros con los que se hacen las espumas, pero no solo forman espumas, los poliuretanos componen la única familia demás versátiles de polímeros que existe. Pueden ser elastómeros pueden ser pinturas. Pueden ser fibras y pueden ser adhesivos

¿Cómo podemos sintetizar los poliuretanos?

Los poliuretanos se sintetizan haciendo reaccionar diisociantos con dialcoholes.

Los poliuretanos son capaces de unirse entre ellos por puentes de hidrógeno, estos pueden llegar a ser muy cristalinos, además son muy elásticos, por esta misma razón se denominan también elastómeros. Un elastómero termoplástico inusual es el sapndex. Este tiene como característica especial que forma una estructura de bloques rígidos y flexibles. La unión de varias moléculas de este tipo puede dar lugar a fibras, que actúan como elastómeros, esto permite crear ropa capaz de estirarse.

FIBRAS POR POLICONDENSACIÓN
· Poliamidas(nylons, aramidas(nomex, kevlar))
· Poliéster (policarbonatos)

Como ya hemos visto con anterioridad la diferencia que existe entre las fibras por policondensación y las fibras por polimerización, describiremos en que consiste cada uno de los tipos de polímeros anteriormente enunciados.

FIBRAS POR POLICONDENSACIÓN

· Poliamidas
Una de las poliamidas más usadas en el mundo de las fibras textiles, es el nylons, este tal y como lo conocemos no solo podemos encontrarlo en la ropa, tan bien forma parte de otros objetos en forma de termoplásticos.

Los nylons, están formados por la unión de infinitas cadenas que contienen un grupo amida, este grupo es muy polar, y puede llegar a formar puentes de hidrógeno, por esta misma razón , las moléculas de nylons, son regulares y simétricas, debido a que se empaquetan mejor

Existen dos tipos distintos de nylons: el original, es el nylons 6.0 creado por Du Pont, el hecho de que exista otro tipo de nylons, 6.6, es que las demás compañía debían de patentar un nuevo tipo de nylons para introducirse en el negocio. Ambos cumplen la misma función, la única razón de que existan dos distintos, es la mencionada. Los nylons se pueden sintetizar a partir de las diaminas y los cloruros de diácidos El nylon 6.6 se hace con los monómeros cloruro del adipoilo y hexametilén diamina.

Las aramidas son otro tipo de poliamidas, es más pertecene a una familia del nylons. Dentro de las aramidas podemos encontrar el Nomex y el kevlar. La mezcla de esto dos compuestos se utiliza para hacer ropa anti-llamas.

El Kevlar es una poliamida, en la cual todos los grupos amida están separados por grupos para-fenileno (posición 1 y 4), un ejemplo de la molécula de Kevlar, a continuación.

El Nomex, por otra parte, posee grupos meta-fenileno (posición 1 y 3)

Si como hemos comentado, las aramidas como son Kevlar y nomex, cumple las mismas funciones que el nylons, ¿Por qué no es utilizado como fibra?

La respuesta nos la da su conformación. En la molécula de Nomex y Kevlar, al igual que en las poliamidas no cíclicas, se dan las conformaciones cis y trans. Cuando un compuesto arómatico cambia su conformación, los grupos más voluminosos se interponen en el camino, impidiendo el empaquetamiento de las moléculas. En cambio en las poliamidas no cíclicas, las conformaciones cis y trans nos dará dos moléculas igualmente estable que se empaquetan de forma regular y simétricamente. Esta es la razón de porque utilizamos las poliamidas no cíclicas como fibras.

· Poliéster

Los poliéster son los polímeros más famoso de los años 70, esta fibra ha sido utilizado para la fabricación los extravagantes vestidos de los bailarines de aquella época. Otra utilización de gran utilidad en la actualidad son las botellas de plásticos irrompiblesdel denominado materiasl PET (poli (etilén tereftalato). Este material es irrompible pero no se puede retornar, en la actualidad, se trata de utilizar un nuevo tipo de poliéster denominado PET, este compuesto es capaz de soportar el lavado de esterificación a altas temperaturas, por lo que las botellas de plásticos de la actualidad son retornables.

Con esto podemos comprobar que los poliéster pueden ser tanto plásticos como fibras.

Los grupos éster en la cadena de poliéster son polares, donde el átomo de oxígeno del grupo carbonilo tiene una carga negativa y el átomo de carbono de ccarbonilo tiene una carga positiva. Las cargas positivas y negativas de los diversos grupos éster se atraen mutuamente. Esto permite que los grupos éster de cadenas vecinas se alineen entre sí en una forma cristalina y debido a ello, den lugar a fibras resistentes.

¿Cómo se sintetizan los poliéster?

En la industria, el proceso comienza con un compósito llamado dimetil tereftalato, este se hace reaccionar con etinglicol a través de una reacción llamada transesterificación. El resultado es el siguiente:

Si calentamos a altas temperaturas, el metanol se evapora y obtenemos nuestro producto deseado.

En el laboratorio, el PET se produce debido a otras reacciones. El ácido tereftáltico y el etilenglicol pueden polimerizarse para hacer el PET cuando se calientan con un catalizador ácido.

POLÍMEROS

¿Cómo podemos conseguir un polímero?
Como sabemos la mayoría de las fibras textiles sinteticas están formadas por polímeros, estos se obtienen mediante la reacción química de polimerización. Existen muchos tipos de formar un polímero por polimerización, pero todas ella tienen en común que parten de una molécula pequeña para dar lugar a una de mayor tamaño, dentro de la polimerización podemos ver dos sistemas, con dos subdivisiones a su vez:

· El sistema de Adición-condensación
o Polimerización por adición
o Polimerización por condensación

· El sistema de crecimiento de cadena-crecimiento en etapas
o Polimerización por crecimiento de cadena
o Polimerización por crecimiento en etapas

El sistema de Adición-condensación

Veamos en primer lugar la polimerización por adición: se dice de esta que se da cuando una molécula entera va a formar parte del polímero, es decir, que no se va a fragmentar por ninguno de sus enlaces. En cambio en la polimerización por condensación la molécula no formará parte por completo del polímero, ya que esta se romperá y formará una pequeña molécula de agua u otra sustancia que se perderá.

Un ejemplo de la polimerización por adición sería la polimerización catiónica la protonación de una olefina produce un carbocatión electrófilo que puede ser atacado por la nube pi de otra olefina.

En un polímero de condensación, algunos átomos del monómero no pasan a formar parte del polímero. En la obtención del nylon 6,6 a partir de cloruro de adipoilo y hexametilendiamina, cada átomo de cloro del cloruro de adipoilo juntamente con uno de los átomos de hidrógeno de la amina, son expulsados como HCl gaseoso.

La parte que se desprecia de los monómeros forma el condensado.

El sistema de crecimiento de cadena-crecimiento en etapas

En una polimerización por crecimiento de cadena, los monómeros pasan a formar parte del polímero de a uno por vez. Un ejemplo de ello es la polimerización aniónica del estireno, para obtener poliestireno.

En cambio en la polimerización por crecimiento en etapas, es algo más difícil. En primer lugar se unen dos monómeros para dar un dímero.

Como es de esperar, el dímero se unirá a otro monómero para formar un trímero, aunque esto sea lo de esperar, no es la única vía que existe para formar un polímero con crecimiento por etapas, el dímero formado puede unirse a otro dímero y formar un tetrámero, este a su vez unirse a un trímero y formar un oligómero, y con la unión de varios de esto formar un polímero.
La principal diferencia entre Polimerización por crecimiento de cadena y la polimerización por crecimiento en etapas es que en una reacción por crecimiento en etapas, las cadenas en crecimiento pueden reaccionar entre sí para formar cadenas aún más largas. Esto es aplicable a cadenas de todos los tamaños. El monómero o dímero puede reaccionar del mismo modo que una cadena de cientos de unidades monoméricas. Pero en una polimerización por crecimiento de cadena, sólo los monómeros pueden reaccionar con cadenas en crecimiento. Dos cadenas en crecimiento no pueden unirse como si se tratara de una polimerización por crecimiento en etapas.

Contaminación del nylon.

El nylon (o poliamida) es duro y resistente. Comunmente se lo conoce en su presentacion en forma de fibra (flexible), usado en la industria textil, su resistencia a la corrosion ambiental. la no biodegradabilidad de los plásticos ha elevado los niveles de contaminación en forma drástica en los ultimos 30 años, sobre todo desde la introducción en el mercado de las bolsas de plastico, en la decada del ’70. que el plástico sea absorbido por la naturaleza, es un proceso que dura más de 500 años, y ademas de la longevidad del material, los productos químicos que deja en la tierra son altamente contaminantes. por eso mismo es importante que se implementen en todas las ciudades del mundo procesos de reciclado de la basura, que atiendan a este problema y también a otros contaminantes en los residuos tanto hogareños como industriales.