Encapsulación en materiales inorgánicos porosos para aditivar fibras de poliamida
- Autores: Eduardo Pérez García
- Directores de la Tesis: Carlos Téllez Ariso (dir. tes.), Joaquín Coronas Ceresuela (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Zaragoza ( España ) en 2013
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Javier Herguido Huerta (presid.), Beatriz Zornoza Encabo (secret.), M. Elena Piera Camas (voc.), Jorge Pérez Cacho (voc.), Miguel Ángel Caballero López (voc.)
- Materias:
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- Resumen
La entrada en escena de países productores de hilo y textiles donde la mano de obra es muy barata ha provocado el cierre y/o la regulación de empleo de muchas empresas, así en España como en otros países europeos. El margen entre el beneficio y la pérdida es estrecho, y por tanto la industria textil española debe enfrentarse a un proceso de reestructuración en el que el desarrollo y la innovación de materiales de alto valor añadido son claves [Nelson, 2002].
En este contexto, se ha transferido a la empresa Nurel la tecnología necesaria para la producción de fibras aditivadas de alto valor añadido. Estas fibras van a tener además de su función inherente otras características muy valiosas que dependerán del aditivo que se les añada. Se obtienen modificando el proceso industrial de hilatura con una etapa previa de encapsulación del aditivo en materiales porosos inorgánicos. El aditivo a encapsular queda dentro de la estructura del material inorgánico, el cual, como han sugerido y observado otros autores [Davis, 2002; Dong y cols., 2003; Horcajada y cols., 2006; Muñoz-Pallares y cols., 2001; Yiu y cols., 2001], dosificará y ralentizará la desorción del aditivo, además de preservarlo de la degradación química que puede sufrir, principalmente por la oxidación del aire o por la acción del agua, y protegerlo de las extremas condiciones del proceso de hilatura (260 ºC).
Hasta el momento se ha comercializado la marca de fibras aditivadas Novarel, que está integrada por Novarel Aloe vera, Novarel AntiOx, Novarel Firming y Novarel Slim. Los clientes que han comprado dichas fibras, tras su confección (tejido con otros productos, tintado...), han obtenido telas comercializadas en forma de ropa interior u otras semejantes, con perspectivas de crear otro tipo de prendas como pijamas, trajes de baño y ropa de deporte. Estos cuatro tipos de fibra, como se puede observar en la página web de Nurel (www.nurel.com), son el resultado de aditivar la poliamida 6 con diferentes combinaciones de microcápsulas, las cuales se han obtenido con la encapsulación de diferentes aditivos tales como aloe vera, acetato de alfa-tocoferol, retinol, diversas ceramidas, cafeína, distintos ácidos grasos, etc. Todos estos aditivos están destinados a producir efectos beneficiosos sobre la piel, relacionados principalmente con la salud y la belleza y destacando su acción antioxidante, hidratante, cicatrizante, antiinflamatoria, antibacteriana, reafirmante o anticelulítica. No obstante, se quiere remarcar que la tecnología de microencapsulación que se desarrolla y describe en la presente Tesis se podría adaptar a la creación de fibras aditivadas con otros fines medicinales o terapéuticos, entre otros, utilizando los aditivos adecuados.
En cuanto a posibles productos similares, en la industria textil en los últimos años han aparecido patentes y publicaciones [Cheng y cols., 2009; Fei y Xin, 2007; Monllor y cols., 2007; Rodrigues y cols., 2008 y 2009; Soane y cols., 2001] que describen procedimientos de incorporación de microcápsulas con aditivos a textiles, pero en las etapas de acabado y de forma superficial, ya que las cápsulas son de naturaleza orgánica y no resistirían las extremas condiciones (260 ºC y presión superior a la atmosférica) del proceso industrial de hilatura. Este microencapsulado superficial da lugar a tejidos aditivados, pero de limitada duración debido a la acción de los lavados y al uso que reciba la prenda fabricada con las fibras mencionadas.
A continuación se muestran las principales conclusiones obtenidas de la presente Tesis:
Se ha desarrollado una metodología útil y simple para llevar a cabo la encapsulación de acetato de alfa-tocoferol en zeolita Y. Con las nuevas microcápsulas zeolíticas generadas se ha optimado la obtención de las correspondientes fibras aditivadas.
Dichas fibras aditivadas muestran una significativa cantidad de acetato de alfa-tocoferol incluso después de someterse a 100 ciclos de lavado.
Se ha determinado de forma cualitativa la presencia de acetato de alfa-tocoferol en las microcápsulas zeolíticas mediante espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier. La cantidad de acetato de alfa-tocoferol encapsulado en dichas microcápsulas se ha obtenido mediante análisis termogravimétrico. Cuantificando con esta última técnica se ha estudiado la cinética de desorción del acetato de alfa-tocoferol en fase gas a 37 ºC presente en las microcápsulas zeolíticas, y se ha determinado su pérdida al someter las microcápsulas a una simulación del proceso de hilatura.
El acetato de alfa-tocoferol existente tanto en las microcápsulas zeolíticas como en las correspondientes fibras aditivadas fue extraído y cuantificado mediante cromatografía líquida de alta eficacia o rendimiento. Se han utilizado y comparado diferentes condiciones y técnicas para extraer dicho acetato de alfa-tocoferol como la extracción con CO2 supercrítico y la extracción líquido-líquido con diferentes variantes. El rendimiento de la extracción líquido-líquido fue mayor que el de la extracción con CO2 supercrítico, pero la extracción con CO2 supercrítico puede considerarse una buena alternativa a la extracción líquido-líquido convencional, sobre todo cuando las limitaciones a la transferencia de masa son más evidentes como en el caso de las fibras aditivadas.
También se ha conseguido desarrollar y optimizar una metodología útil y simple para la encapsulación de la cafeína tanto en la zeolita Y como en el Ibersil® A-200, y sintetizar materiales silícicos mesoporosos no ordenados con cafeína en su interior mediante cuatro métodos diferentes. Esta última alternativa posibilita la encapsulación de aditivos en una sola etapa, sin la necesidad de la síntesis previa del material poroso a utilizar y la posterior adsorción del aditivo objetivo.
Se ha determinado de forma cualitativa la presencia de cafeína en las distintas preparaciones basadas en ella mediante espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier, y la cantidad de cafeína encapsulada en dichas preparaciones mediante análisis termogravimétrico.
En cuanto a los diferentes métodos utilizados en la síntesis de los materiales mesoporosos con cafeína en su interior, se ha demostrado que no es necesario el uso de ácidos para ajustar el pH ya que la presencia de la molécula de cafeína promueve la hidrólisis y condensación del TEOS a través de la formación de enlaces de hidrógeno entre dicha molécula y los grupos hidroxilo provenientes de las especies de sílice hidrolizada. Además, el uso de agua + etanol como disolvente, en lugar de solamente agua, dio mejores resultados debido a que la cafeína es más soluble en dicha mezcla.
Se ha comprobado la existencia de microcápsulas zeolíticas de acetato de alfa-tocoferol en el interior de las correspondientes fibras aditivadas mediante microscopía electrónica de barrido. Se ha determinado la cantidad de dichas microcápsulas existente, tanto en las fibras aditivadas como en los tejidos finales obtenidos combinándolas con diversos materiales, mediante difracción de rayos X.
Se han medido algunas de las propiedades mecánicas más importantes de las fibras aditivadas, como la densidad lineal, la tenacidad, el alargamiento y el encogimiento. Los valores obtenidos son muy semejantes a los mostrados por las fibras que no contienen microcápsulas zeolíticas, por lo tanto se puede afirmar que la calidad de las fibras aditivadas no se resiente por el hecho de contener a las microcápsulas.
Por último, cabe destacar que los diferentes estudios in vivo llevados a cabo con medias tejidas con las fibras Novarel que ha comercializado Nurel a lo largo del trabajo han sido un éxito y demuestran que dichas fibras aditivadas están llevando a cabo con gran eficacia la función para la que han sido diseñadas. En todos estos estudios se ha demostrado que el efecto hidratante, reafirmante o adelgazante, entre otros, de los distintos aditivos surtió el efecto deseado. Por lo tanto, se puede concluir afirmando que se consigue transferir a la piel del usuario de las prendas las beneficiosas propiedades de los diferentes aditivos encapsulados.
Cheng, S.Y.; Yuen, M.C.W.; Kan, C.W.; Cheuk, K.K.L.; Chui, C.H.; Lam, K.H.: Cosmetic textiles with biological benefits: gelatin microcapsules containing vitamin C. Int. J. Mol. Med., 24, 411-419 (2009).
Davis, M.E.: Ordered porous materials for emerging applications. Nature, 417, 813-821 (2002).
Dong, A.G.; Wang, Y.J.; Wang, D.J.; Yang, W.L.; Zhang, Y.H.; Ren, N.; Gao, Z.; Tang, Y.: Fabrication of hollow zeolite microcapsules with tailored shapes and functionalized interiors. Micropor. Mesopor. Mat., 64, 69-81 (2003).
Fei, B.; Xin, J.H.: N, N-diethyl-m-toluamide-containing microcapsules for bio-cloth finishing. Am. J. Trop. Med. Hyg., 77, 52-57 (2007).
Horcajada, P.; Márquez-Álvarez, C.; Rámila, A.; Pérez-Pariente, J.; Vallet-Regí, M.: Controlled release of ibuprofen from dealuminated faujasites. Solid State Sci., 8, 1459-1465 (2006).
Monllor, P.; Bonet, M.A.; Cases, F.: Characterization of the behaviour of flavour microcapsules in cotton fabrics. Eur. Polym. J., 43, 2481-2490 (2007).
Muñoz-Pallares, J.; Corma, A.; Primo, J.; Primo-Yufera, E.: Zeolites as pheromone dispensers. J. Agric. Food Chem., 49, 4801-4807 (2001).
Nelson, G.: Application of microencapsulation in textiles. Int. J. Pharm., 242, 55-62 (2002).
Rodrigues, S.N.; Fernandes, I.; Martins, I.M.; Mata, V.G.; Barreiro, F.; Rodrigues, A.E.: Microencapsulation of limonene for textile application. Ind. Eng. Chem. Res., 47, 4142-4147 (2008).
Rodrigues, S.N.; Martins, I.M.; Fernandes, I.P.; Gomes, P.B.; Mata, V.G.; Barreiro, M.F.; Rodrigues, A.E.: Scentfashion®: microencapsulated perfumes for textile application. Chem. Eng. J., 149, 463-472 (2009).
Soane, D.S.; Offord, D.A.; Ware, W.J.R.; Linford, M.R.; Green, E.; Lau, R.: Nanoparticle-based permanent treatments for textiles. WO0106054A1, (2001).
Yiu, H.H.P.; Wright, P.A.; Botting, N.P.: Enzyme immobilisation using siliceous mesoporous molecular sieves. Micropor. Mesopor. Mat., 44-45, 763-768 (2001).
