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PRESENTE Y FUTURO DE LA I+D+i EN EL SECTOR TEXTIL / CONFECCIÓN

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PRESENTE Y FUTURO DE LA I+D+i EN EL SECTOR TEXTIL / CONFECCIÓN

M. Alejandro Fernández Hernández Juan A. Piquer Rojas Roberto Recio Vázquez Martha L. Torres Barreto

Talavera de la Reina, Octubre de 2008 © 2008 ASINTEC – Centro Tecnológico de Confección. ISBN: 978-84-691-6427-3 Depósito Legal: TO-0745-2008 Diseño: Spacio2 | estudio de diseño. Imprime: Gráficas Luengo.

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ÍNDICE

INTRODUCCIÓN....................................................................................................................................11 CAPÍTULO I NUEVOS CONCEPTOS EN TEXTIL / CONFECCIÓN............................................................................13 1.1 LA SITUACIÓN DE LOS MERCADOS ACTUALES......................................................................13 1.2 INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO EN EL SECTOR TEXTIL: ETAPAS DEL PROCESO...............15 1.3 EXIGENCIAS DEL CONSUMIDOR Y DESARROLLO DEL SECTOR............................................16 1.4 ETAPAS EN LAS QUE SE INTRODUCEN NUEVOS MATERIALES EN EL PROCESO T/C...........17 1. 5 PERSPECTIVAS GENERALES DEL SECTOR.............................................................................21 CAPITULO II LA BIOTECNOLOGÍA Y SUS APLICACIONES EN EL SECTOR TEXTIL / CONFECCIÓN......................23 2.1 HISTORIA DE LA BIOTECNOLOGÍA............................................................................................25 2.2 LA INDUSTRIA MODERNA Y LA BIOTECNOLOGÍA....................................................................29 2.3 UN VISTAZO HACIA LA GENÉTICA Y LA MEDICINA DEL FUTURO A TRAVÉS DE LA BIOTECNOLOGÍA...............................................................................................................................27 2.4 CLASIFICACIÓN DE LAS ÁREAS DE APLICACIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA...........................28 2.4.1 Biotecnología roja.................................................................................................................28 2.4.2 Biotecnología blanca............................................................................................................28 2.4.3 Biotecnología verde..............................................................................................................29 2.4.4 Biotecnología azul.................................................................................................................29 2.5 VENTAJAS Y RIESGOS DEL USO DE TÉCNICAS DE BIOTECNOLOGÍA.....................................29 2.6 BIOTECNOLOGÍA APLICADA A LA INDUSTRIA TEXTIL.............................................................32 2.6.1 La industria textil: desde la antigüedad hasta la modernidad...............................................32 2.6.2 Utilización de enzimas en procesos textiles..........................................................................32 2.6.3 Utilización de enzimas en el tratamiento de efluentes...........................................................38 2.7 PROYECTOS DE I+D RECIENTES RELACIONADOS CON EL TEXTIL Y LA BIOTECNOLOGÍA..39 2.7.1 Tejidos hechos de arroz y plumas.........................................................................................39 5


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2.7.2 Algodón genéticamente modificado para evitar la tinción de las fibras................................40 2.7.3 Fibras de biopolímeros: nuevas propiedades, nuevas aplicaciones.....................................40 2.8 EL FUTURO DEL TEXTIL A TRAVÉS DEL FUTURO DE LAS FIBRAS...........................................44 2. 9 BIBLIOGRAFÍA............................................................................................................................45 CAPÍTULO III NANOTECNOLOGÍA: CONCEPTOS, EVOLUCIÓN Y APLICACIONES EN LA INDUSTRIA TEXTIL.......47 3.1 EVOLUCIÓN HISTÓRICA.............................................................................................................50 3.2 APLICACIÓN AL SECTOR TEXTIL/CONFECCIÓN......................................................................58 3.2.1 Aplicación de nanomateriales al vestir..................................................................................59 3.2.2 Textiles autolimpiables..........................................................................................................61 3.2.3 Textiles antibacterianos........................................................................................................63 3.2.4 Textiles antiarrugas...............................................................................................................64 3.2.5 Textiles antiolores.................................................................................................................64 3.2.6 Textiles ligeros y resistentes.................................................................................................65 3.2.7 Textiles coloreados sin tintes................................................................................................66 3.2.8 Textiles con elevada protección UV......................................................................................67 3.3 BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................................................67 CAPÍTULO IV LA ELECTRÓNICA COMO ELEMENTO DINAMIZADOR DEL VALOR AÑADIDO DE PRODUCTOS DEL SECTOR TEXTIL / CONFECCIÓN...........................................................................................................71 4.1 HISTORIA Y EVOLUCIÓN............................................................................................................72 4.2 APLICACIONES DE LA ELECTRÓNICA EN DIVERSOS SECTORES INDUSTRIALES.................74 4.3 LA ELECTRÓNICA EN LA INDUSTRIA TEXTIL Y CONFECCIÓN.................................................76 4.4 UN NUEVO TÉRMINO: LA TEXTRÓNICA....................................................................................78 4.5 NANOELECTRÓNICA..................................................................................................................79 4.6..APLICACIONES

PRÁCTICAS

EN

EL

CAMPO

DE

LA

TEXTRÓNICA

Y

LA

NANOELECTRÓNICA.........................................................................................................................80 4.6.1 Tejidos con nanosensores incorporados..............................................................................80 6


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4.6.2 Nanodispositivos electrónicos de almacenamiento........................................................81 4.6.3

La camiseta inteligente......................................................................................................81

4.6.4 Un sujetador electrónico para la detección de cáncer de mama..................................83 4.6.5 El chaleco sensor para recién nacidos.............................................................................83 4.6.6

LifeShirt...............................................................................................................................84

4.6.7 Textiles interactivos.............................................................................................................85 4.6.8 Un sujetador inteligente..........................................................................................86 4.6.9 El ordenador que se puede “vestir”...................................................................86 4.6.10 La chaqueta que sabe dónde está......................................................................................87 4.6.11 Manos libres........................................................................................................................87 4.7 CONCLUSIONES.........................................................................................................................88 4.8 BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................................................89 CAPÍTULO V MICROENCAPSULACIÓN..................................................................................................................91 5.1 TIPOS DE MICROCÁPSULAS Y TÉCNICAS DE OBTENCIÓN....................................................91 5.1.1 Núcleo de la microcápsula....................................................................................................92 5.1.2 Recubrimiento del núcleo......................................................................................................93 5.1.3 Tratamientos de las microcápsulas obtenidas......................................................................94 5.1.4 Cesión del material activo.....................................................................................................95 5.2 PROCESO DE MICROENCAPSULACIÓN...................................................................................95 5.2.1 Coacervación o separación de fases....................................................................................96 5.2.2 Polimerización interfacial.......................................................................................................97 5.2.3 Atomización y atomización-congelación...............................................................................98 5.2.4 Suspensión en aire o recubrimiento en lecho fluido..............................................................98 5.3 CARACTERIZACIÓN DE LAS MICROCÁPSULAS.......................................................................99 5.3.1 Microscopía electrónica de barrido (SEM)...........................................................................99 5.3.2 Cromatografía de permeación en gel..................................................................................100 5.3.3. Distribución de tamaños de partículas................................................................................100 7


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5.3.4 Calorimetría diferencial de barrido (DSC).........................................................................101 5.3.5 Análisis termogravimétrico..................................................................................................101 5.3.6 Rendimiento........................................................................................................................101 5.4 APLICACIONES DE LA MICROENCAPSULACIÓN...................................................................102 5.4.1 Aplicaciones farmacéuticas................................................................................................103 5.4.2 Aplicaciones alimentarias....................................................................................................105 5.4.3 Aplicaciones en el sector del calzado.................................................................................107 5.4.4 Aplicaciones en el sector Textil/Confección........................................................................108 5.5 CONSIDERACIONES FINALES..................................................................................................113 5.6 BIBLIOGRAFÍA...........................................................................................................................113 CAPÍTULO VI APLICACIONES ENERGÉTICAS EN LA INDUSTRIA DE LA CONFECCIÓN.........................................117 6.1 ¿QUÉ ES LA ENERGÍA?.........................................................................................................118 6.2

TIPOS DE ENERGÍA...............................................................................................................121

6.2.1 Energía térmica o calorífica.................................................................................................121 6.2.2 Energía eléctrica.................................................................................................................122 6.2.3 Energía química..................................................................................................................122 6.2.4 Energía nuclear o atómica..................................................................................................123 6.2.5 Energía radiante..................................................................................................................124 6.2.6 Energía geotérmica.............................................................................................................124 6.2.7 Energía hidráulica...............................................................................................................125 6.2.8 Energía solar.......................................................................................................................126 6.2.9 Energía eólica.....................................................................................................................127 6.2.10 Energía de biomasa..........................................................................................................128 6.3 LA ENERGÍA COMO RECURSO NATURAL...............................................................................129 6.4 ENERGÍA Y SOCIEDAD: ECONOMÍA ENERGÉTICA................................................................129 6.5 APLICACIONES ENERGÉTICAS EN EL SECTOR TEXTIL / CONFECCIÓN..............................131 6.5.1 Cortina energética...............................................................................................................132 8


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6.5.2 Prendas inteligentes que aprovechan el efecto termoeléctrico.........................................132 6.5.3 Aprovechamiento de la energía cinética..............................................................................133 6.5.4 Corriente eléctrica: prendas electroestimuladoras..............................................................133 6.5.5 Energía fotovoltáica: Prendas que aprovechan la luz del sol...............................................134 6.6 BIBLIOGRAFÍA...........................................................................................................................136 CAPÍTULO VII TRATAMIENTOS SUPERFICIALES PARA TEXTILES............................................................................139 7.1 TRATAMIENTOS SUPERFICIALES EN EL SECTOR TEXTIL/CONFECCIÓN.............................141 7.1.1 Aprestos..............................................................................................................................142 7.1.2 Estampación.......................................................................................................................147 7.1.3 Plasma................................................................................................................................151 7.1.4 Microfibrilación...................................................................................................................156 7.2 BIBLIOGRAFÍA...........................................................................................................................158 CAPÍTULO VIII OTRAS TECNOLOGÍAS APLICADAS AL TEXTIL Y CONFECCIÓN: RFID............................................161 8.1 BREVE HISTORIA......................................................................................................................162 8.2 LA TECNOLOGÍA RFID..............................................................................................................163 8.3 ETIQUETAS RFID.......................................................................................................................166 8.3.1 Tags pasivos.......................................................................................................................166 8.3.2 Tags activos........................................................................................................................168 8.3.3 Tags semipasivos................................................................................................................169 8.4 ANTENAS EN LOS TAGS...........................................................................................................170 8.5 UBICACIÓN DE LOS TAGS........................................................................................................171 8.6 ENTORNOS DE USO.................................................................................................................172 8.7 ESTANDARIZACIÓN NORMAS ISO...........................................................................................173 8.8 APLICACIONES DE RFID EN LA ACTUALIDAD.........................................................................174 8.8.1 Logística y almacenaje........................................................................................................176 8.8.2 Implantes humanos.............................................................................................................178 9


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8.8.3 Identificación de pacientes.................................................................................................179 8.9 EL FUTURO DEL RFID...............................................................................................................179 8.9.1 Tráfico y posicionamiento...................................................................................................181 8.9.2 Pasaportes.........................................................................................................................182 8.9.3 Carné de conducir..............................................................................................................182 8.10 RFID EN EL SECTOR TEXTIL/CONFECCIÓN..........................................................................183 8.10.1 Trazabilidad del producto.................................................................................................184 8.10.2 La gestión del almacén inteligente..............................................................................184 8.10.3 La recepción de insumos..................................................................................................185 8.10.4 Servicios de trazabilidad, gestión y control de la producción...........................................185 8.10.5 Gestión de puntos de venta, tienda inteligente.................................................................186 8.11 OTRAS APLICACIONES...........................................................................................................186 8.12 BIBLIOGRAFÍA.........................................................................................................................187

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INTRODUCCIÓN Puede que los términos textil y confección sean bastante familiares para muchos de los lectores a cuyas manos llegue esta publicación, por su trabajo directo con ellos, o por su experiencia o formación. No obstante, para otros puede significar elementos con los que hasta ahora se habían relacionado exclusivamente como usuarios finales de los bienes que dichos sectores generan. Es hacia estos lectores de manera especial, hacia quienes hemos querido dirigir esta publicación. Usuarios finales de los bienes industriales de un sector como el del textil/confección, del que probablemente hayan oído y leído mucho en los últimos años, debido básicamente a la abolición de las cuotas de importación para textiles y prendas que ingresan a la Unión Europea provenientes de terceros países. Ha sido principalmente este evento el que ha disparado en los medios de comunicación, una avalancha de información esencialmente negativa sobre el futuro de este sector no sólo en España, sino también en otros países de la Unión, hasta ahora intensivos en mano de obra dedicada a este sector. En este punto hemos de reconocer entonces, que la competitividad en los mercados globales cambia rápidamente por su liberalización y por el cambio tecnológico que se produce a su alrededor, y como consecuencia de ello, se ocasionan fenómenos económicos importantes, entre otros, la reducción en los costes de los productos finales. No obstante, la tecnología también se está globalizando y países como España empiezan ya adquirir casi a manera de commodity, y a hacer suyas, tecnologías aplicables, entre otros sectores, al del textil/confección. De esta forma, y bajo nuestro punto de vista, es necesario abordar la temática del presente y futuro del sector textil/confección no sólo en los aspectos relacionados con la disminución de la mano de obra dedicada a la confección y el textil en nuestros países, sino también en aquéllos que implican nuevas vías de futuro y de aplicación de tecnologías, bien emergentes, o bien empleadas ya con éxito en otros sectores industriales, y que ahora podrían demostrar su efectividad también en este sector al que pertenecemos y por el que tenemos un especial interés. 11


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Es precisamente ésta la intención del libro que tiene usted ahora mismo en sus manos: dar una visión acerca de la otra realidad del textil/confección, de aquélla que implica cambios y modificaciones tecnológicas, de aquélla que se perfila como alternativa razonable y más segura frente a la competencia en precios, de aquélla que implica cambios en la mentalidad de los empresarios hasta ahora dedicados exclusivamente a optimizar las líneas de producción mediante ingeniería de procesos, o a innovar en tendencias con cada colección, intentando ahora hacer que vean en el horizonte nuevas posibilidades tecnológicas para sus productos más tradicionales. No obstante, es una tarea que no sólo involucra a los empresarios y trabajadores actuales del sector, sino que también pretende implicar a jóvenes investigadores y técnicos, incluso a estudiantes que podrían decidir en su futuro profesional aplicar sus conocimientos en diversas disciplinas orientadas hacia el sector textil/confección. El mensaje entonces no podría ser más claro: el presente y el futuro del sector pasan por abordar un proceso de renovación tecnológica y de investigación aplicada, del que podemos hacer parte todos, y que además es tan interesante y prometedor como cualquier otro proceso de renovación vivido en otros sectores industriales en el pasado y como cualquiera de los que se sucederán en el futuro.

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CAPÍTULO I NUEVOS CONCEPTOS EN TEXTIL / CONFECCIÓN Tan importante es adentrarse en lo que se considera “El futuro del sector T/C1”, como lo es el familiarizarse con su entorno actual, con los términos que se relacionan, con las nuevas tecnologías y con la estructura de campos de aplicación, los nuevos materiales empleados, entre otros. Es por esto que hemos decidido abordar en un primer capítulo esta temática para permitir al lector situarse en un marco en el cual podrá comprender con más exactitud tanto la importancia de este cambio tecnológico, como las líneas de trabajo e investigación para el futuro del T/C. En este sentido, el libro abordará la temática del presente y futuro del sector en materia tecnológica, de la siguiente manera: Capítulo I: Nuevos conceptos en textil / confección. Capítulo II: La biotecnología y sus aplicaciones en el sector textil / confección. Capítulo III: Nanotecnología: conceptos, evolución y aplicaciones en la industria textil. Capítulo IV: La electrónica como elemento dinamizador del valor añadido de productos del T/C. Capítulo V: Microencapsulación. Capítulo VI: Aplicaciones energéticas en la industria de la confección. Capítulo VII: Tratamientos superficiales. Capítulo VIII: Otras tecnologías aplicadas al textil / confección.

1.1 LA SITUACIÓN DE LOS MERCADOS ACTUALES. A escala mundial, el sector textil indumentaria, esto es, las prendas de vestir, tiene una facturación anual de alrededor de los 365.000 millones de dólares, lo que representa aproximadamente el 6% de la facturación del comercio mundial. A su vez, la indumentaria es el sector que lidera la tasa de crecimiento del comercio internacional (7.2% versus 5.7% del promedio). Esto proporciona una idea del tamaño de este mercado a nivel mundial. Se trata de una actividad industrial que 1 T/C: textil / confección

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genera un movimiento económico de proporciones considerables. No obstante, hoy en día el entorno competitivo que se ha generado alrededor de esta industria es innegable si consideramos, por ejemplo, que durante los últimos 50 años (al menos) la moda ha estado acotada a la fluctuación de estilos, colores y tendencias, en contraposición a una situación de estabilidad en la tecnología de producción empleada en esa misma industria, y también estabilidad en los materiales disponibles con los que se confeccionaban las prendas. No obstante, la presencia de cada vez más marcas, así como el acortamiento de los ciclos de vida del producto ante un comprador que exige novedades permanentemente, han creado un entorno competitivo sin precedentes en el que la tecnología juega un papel totalmente preponderante. Es precisamente de esa tecnología de la cual nos queremos ocupar a partir de este momento, de la que hace posible, desde nuestro punto de vista, mantener satisfecho a un consumidor ávido de nuevas aplicaciones y funcionalidades en las prendas, mantener una competencia basada en tecnología y no en precios en el entorno globalizado en el que nos desenvolvemos, y de esta forma, mantener la competitividad del sector T/C europeo frente al de otros países y continentes. Para ello es importante conocer a priori algunos aspectos acerca de este sector y de sus formas organizativas, que corresponden hoy día a dos tipologías bien diferenciadas: Productos de moda y técnicos. Artículos de producción muy segmentada, compuestos por pequeños lotes con alto contenido de diseño, color, formas, estructuras, nuevos materiales, detalles determinados por las tendencias de la moda y las necesidades de nichos específicos tales como deportes de alto rendimiento, salud, protección, etc. Por otra parte, el advenimiento de sistemas de producción masiva personalizada no implica la fabricación de productos hechos a medida sino a partir de un cuidadoso análisis sobre los aspectos que el consumidor determina como importantes. Y es que la diferenciación se logra en las últimas etapas del ensamble con tecnología y con organización, además de con el empleo de materiales especiales derivados de los desarrollos tecnológicos recientes. 14


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Prendas estandarizadas. Se trata de prendas no tan vulnerables a los cambios de moda que se podrían caracterizar como commodities. Entre ellas se encuentran las T-shirts, vaqueros, prendas básicas etc., que corresponden a grandes volúmenes de producción basados en el bajo coste de la mano de obra, siendo el elemento clave de estos productos la calidad y el bajo precio. Es precisamente sobre el primer grupo de productos sobre los cuales. en nuestra opinión, deben centrarse los esfuerzos investigadores y de desarrollo, ya que para el segundo, continentes como Asia, África e incluso América del Sur cuentan con empresas mucho más especializadas que pueden presentar una cómoda competencia en costes.

1.2 INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO EN EL SECTOR TEXTIL: ETAPAS DEL PROCESO. Desde hace ya algunos años, los gobiernos de Europa, Estados Unidos y Asia, especialmente Japón, están impulsando con mucha fuerza la investigación en nuevos materiales en casi todos los centros de investigación especializados. De hecho, la National Science Foundation reconoció que el desarrollo de los nuevos materiales fue uno de los seis descubrimientos científicos que más impacto tuvo en la calidad de vida de las personas, entre otros aspectos por su contribución a la comodidad y confort, manifestado en multitud de aplicaciones de la vida cotidiana. Por otra parte, y al hablar en particular del sector T/C, es necesario señalar que la innovación en el mismo durante la primera mitad del siglo XX se basó esencialmente en la química: nuevas tinturas, terminaciones en tejidos y nuevas fibras. Ya durante la segunda mitad, la electrónica y la ingeniería permitieron grandes avances en la maquinaria, y en la actualidad, se prevé que para la primera mitad del siglo XXI los grandes cambios del sector estarán basados en la física y mecánica de fibras esencialmente. Stanley Williams, por ejemplo, de Laboratorios Hewlett Packard, se refirió a tres tipos de desarrollo científico que cambiarían nuestras vidas: 15


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- La nanotecnología. - La ciencia de la información. - La biología molecular. Estas tres áreas, desde nuestro punto de vista, tienen un alto impacto en el desarrollo de la industria textil para el nuevo siglo. Si se observan las etapas de fabricación, desde la polimerización en el caso de las fibras sintéticas, hasta el producto final, es posible observar la importancia que hoy tienen otros campos del conocimiento en el desarrollo de procesos y productos con el fin no sólo de lograr mayor confort y estética, sino de contribuir a la calidad de vida de la sociedad. Ésta puede lograrse a través de nuevas funciones vinculadas al cuidado de la salud, la medicina, la protección, la seguridad y por medio de procesos que cuiden el medio ambiente.

Etapas del proceso textil y contribución de otras áreas del conocimiento

1.3 EXIGENCIAS DEL CONSUMIDOR Y DESARROLLO DEL SECTOR. La aparición de nuevos materiales para el sector T/C tiene un momento clave: el lanzamiento en Japón, en la década de los 80, de las fibras Shin-gosen, término que significa “nuevos sintéticos”. A partir del desarrollo de nuevos métodos de producción de las fibras sintéticas tradicionales fue posible la obtención de microfibras y luego de ultramicrofibras. 16


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Es de destacar el cambio de concepción de las fibras artificiales y sintéticas surgidas a principios del siglo XX desde una función imitativa de las fibras naturales, a una fase de superación con nuevas prestaciones que da origen al concepto de “textiles inteligentes” o “smart textiles”. De esta manera, la evolución de las necesidades de los usuarios y sus exigencias respecto a los materiales textiles marca diferentes etapas. Por ejemplo, hacia mediados de los 90, entre los criterios principales, la industria del T/C consideraba el del confort. Hacia el año 2000 se tuvieron en cuenta otros aspectos como, por ejemplo, el de la ecología y en la actualidad se identifican exigencias en relación a la salud y la versatilidad del material. A partir de estos cambios, han comenzado a surgir nuevas denominaciones hacia los productos del mundo textil como ecotextiles, smart textiles, nanotextiles, aerotextiles, geotextiles, medical textiles, sport textiles, fashion textiles, textiles inteligentes, etc. Evolución de las exigencias de los usuarios con respecto a productos T/C Década

Exigencias

Años 90

Confort

2000

Confort + ecología

Actualidad

Confort + ecología + salud + versatilidad del material

1.4 ETAPAS EN LAS QUE SE INTRODUCEN NUEVOS MATERIALES EN EL PROCESO T/C. Para referirnos a los “momentos” del proceso textil en donde es posible incluir nuevos elementos tecnológicos para así obtener un producto con materiales diferenciados, podemos citar los siguientes: - La selección y construcción de fibras. - El proceso de acabado. - El ensamblaje de las prendas. 17


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En cuanto a la selección y construcción de fibras, es importante destacar que la materia prima fundamental para que un producto sea considerado textil son ellas mismas: las fibras textiles. De la selección y construcción de estas depende el resultado a obtener, el tipo de tejido y sus propiedades y apariencia finales. Por otra parte, ese mismo proceso en sí, de selección y construcción de la fibra, depende de numerosos condicionantes, siendo el más importante el uso final al que está destinado el producto. Las fibras, de esta forma, se clasifican en tres grandes grupos: - Naturales. - Artificiales. - Sintéticas. Y para el desarrollo de un producto son habituales las mezclas entre ellas combinando así sus propiedades. No obstante, en las últimas décadas, la tecnología, en particular la nanotecnología, ha incidido significativamente sobre la construcción de estas fibras añadiendo, además de las combinaciones entre estos tipos de fibras ya tradicionales, propiedades especiales y construcciones particulares sobre nuevas fibras, procesos que harán que el tejido fabricado a partir de las mismas tenga propiedades especiales, como por ejemplo hidrofobia, hidrofilia y propiedades bactericidas entre otras. En cuanto al proceso de acabado, y considerando la secuencia de procesamiento textil, una vez obtenida la fibra se continúa al proceso de tejeduría, y posteriormente sigue el de tintura y estampado que da a los materiales textiles el color y el diseño deseado respectivamente. Posteriormente, siguen tratamientos físicos o químicos que le otorgan a los tejidos propiedades especiales denominadas de terminación, acabado, o finishing. Entre los procesos físicos de acabado más innovadores se ubican los tratamientos con plasma, que permiten cambiar las características superficiales de fibras y tejidos y modifican fundamentalmente las propiedades vinculadas a la higroscopicidad de los materiales transformando su nanoestructura. No obstante, estos tratamientos serán abordados con mayor detenimiento en uno de los capítulos posteriores.

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Adicionalmente, se encuentran tratamientos mecánicos que modifican la superficie de los tejidos, como la microfibrilación y compactación, entre otros. Dentro de los tratamientos químicos se destacan los métodos biológicos (enzimas) que cambian la superficie de los tejidos con efectos especiales y tactos más suaves. Un campo en permanente crecimiento es el de la aplicación de nanosustancias que le confieren a los tejidos nuevas propiedades. El uso de nanocompuestos o los procesos de nanocambios superficiales, nano-finish y nanofibras lideran los llamados smart textiles. Se estima que, en los próximos años, los productos textiles con nanotecnología representarán un valor en el comercio internacional de 150 millones de dólares. Algunas propiedades inéditas de materiales con tecnología nano: Antimicrobianos

No permiten desarrollar olor frente al proceso de transpiración.

Antiácaros

Especialmente diseñados para personas alérgicas a estos organismos. No permiten la propagación de los mismos.

Anti-UV

Suministran protección solar a quien los viste.

Luminiscencia

Especialmente diseñados para prendas de seguridad. Su uso es común en profesiones que requieren que la persona esté expuesta durante largo tiempo a entornos con poca visibilidad.

Reflectancia

Permite desarrollar indumentaria que por sus propiedades de camuflaje logra mimetizarse con el medio exterior.

Autolimpiante

Impide que penetren las manchas.

Microencapsulado

Encapsulación de componentes a escala nano que otorgan diferentes propiedades a la prenda: olor, confort térmico, etc.

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Materiales que respiran

Impermeables al agua pero permeables para eliminar la transpiración.

Finalmente, en cuanto al proceso de ensamblaje de las prendas, durante el mismo es posible incluir una cantidad importante de elementos, relacionados principalmente con la electrónica para el vestir, o wearable electronics. La electrónica para aplicaciones textiles precisa las siguientes características: - Debe ser flexible y fácilmente adaptable al cambio de forma que se produce en el textil con el movimiento del individuo. - Debe responder positivamente a los cambios en las variables del entorno tales como temperatura, humedad, exposición al sol, etc. - Debe poder resistir las condiciones normales de uso de una prenda, entre ellas el lavado, la limpieza en seco, etc. - Los circuitos y demás elementos deben ser expresados en su mínimo tamaño y dimensiones tales, que permitan que el individuo que finalmente vestirá la prenda no perciba un decrecimiento en las condiciones de confort previas.

Estos componentes electrónicos se integran en los textiles en el momento del ensamblaje de la prenda, requiriendo para ello un diseño especial que tome en consideración tanto el confort como la seguridad del individuo que los usará. De esta forma se producen prendas que integran dispositivos MP3, prendas de alta visibilidad basadas en el uso de fibra óptica, prendas con dispositivos de localización como el GPS, o prendas que captan la energía del sol y la emplean para hacer funcionar en la prenda un dispositivo de telefonía móvil, entre otros ejemplos.

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1. 5 PERSPECTIVAS GENERALES DEL SECTOR. En este punto, resultará obvio para el lector que la industria textil ha comenzado el siglo XXI con grandes transformaciones después de décadas de estancamiento. Estas transformaciones obedecen básicamente a nuevas exigencias del consumidor y, por ende, a la comercialización y al avance en otros campos científicos y tecnológicos que están cambiando drásticamente la comunicación con el cliente y, por consiguiente, la logística y organización de la empresa. Fundamentalmente los avances en la microelectrónica, la biología y la nanotecnología están incorporando nuevos procesos y materiales. Cabe destacar que este sector, por la mano de obra que ocupa y por el volumen de negocio que representa, es de gran importancia tanto en las economías de los países consumidores como en las de los productores. Sin duda, la industria textil hoy se encuentra en la búsqueda de un camino competitivo que a través de la innovación pueda desarrollar nuevos productos con funciones que mejoren la calidad de vida con alto valor agregado. Por tanto, la innovación en los productos del T/C a partir del conocimiento disponible se debe basar, de acuerdo con nuestra opinión, en las oportunidades de nuevos materiales así como en el uso de materiales tradicionales disponibles, con modificaciones estructurales innovadoras vinculadas fundamentalmente con la ingeniería de materiales. La misma ha desarrollado técnicas y procesos de posible aplicación en materiales textiles, tales como tecnología de polímeros en general, desarrollo de materiales compuestos, reciclado, polímeros naturales así como la aplicación de nanotecnología en fibras y procesos superficiales.

Ahora mismo el sector dispone de una importante oportunidad a partir de materias primas autóctonas, únicas en algunos casos, que con desarrollos en I+D (investigación más desarrollo) pueden aportar productos extraordinarios que se inserten como materiales innovadores.

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CAPITULO II LA BIOTECNOLOGÍA Y SUS APLICACIONES EN EL SECTOR TEXTIL Y CONFECCIÓN Dentro de la selección de tecnologías modernas con aplicación en el sector T/C, hemos querido iniciar este libro con el capítulo dedicado a la biotecnología, tal vez por la cercanía de esta ciencia con el ser humano, o quizá por el carácter remoto de sus orígenes, que datan incluso del periodo neolítico. No obstante, para empezar a hablar de biotecnología aplicada al T/C, es necesario antes comprender de qué se trata esta ciencia, cuáles son sus principios y su historia, cuáles las líneas de investigación actuales y con mayor prospectiva, así como las posibilidades de investigación y de desarrollo tecnológico que tienen que ver con el textil y la confección. En primer lugar, y para situar al lector en un contexto más cercano, diremos que es posible definir la biotecnología como "toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos" 2. Esta definición sitúa la biotecnología como una disciplina que, basada en diversas ciencias, se desarrolla en un enfoque multidisciplinario que involucra áreas como biología, bioquímica, genética, virología, agronomía, ingeniería, física, química, medicina y veterinaria entre otras. Tiene gran repercusión en la farmacia, la medicina, la microbiología, la ciencia de los alimentos, la minería, la agricultura y en los últimos años se continúan descubriendo aplicaciones en otros sectores industriales, tales como el textil.

2 Convenio sobre Diversidad Biológica de 1992

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Para ser más concretos, la biotecnología moderna se define como la aplicación de: Técnicas in vitro de ácido nucleico, incluidos el ácido desoxirribonucleico (ADN) recombinante y la inyección directa de ácido nucleico en células u orgánulos, o la fusión de células más allá de la familia taxonómica que supera las barreras fisiológicas naturales de la reproducción o de la recombinación y que no son técnicas utilizadas en la reproducción y selección tradicional 3.

2.1 HISTORIA DE LA BIOTECNOLOGÍA. Quizá sea necesario remontarse a otros tiempos para entender de dónde surge esta disciplina que se proyecta hoy día como una de las más prometedoras científicamente en diversos sectores de la industria moderna. Para ello es necesario movernos cronológicamente hasta la revolución del neolítico, hace casi 12.000 años. Es allí donde surge uno de los primeros usos de la biotecnología y también uno de los más prácticos: el cultivo de plantas para producir alimentos para el hombre. En esta época la agricultura se convirtió en la principal forma de obtener alimentos, de forma que sin saberlo, y usando técnicas antiguas de biotecnología, los agricultores fueron capaces de seleccionar los cultivos más resistentes y con mejor rendimiento para producir alimentos suficientes para una población en continuo aumento. A medida que la cantidad de alimentos obtenida en los cultivos se fue volviendo cada vez más grande y difícil de mantener, se requirieron técnicas biotecnológicas para mantenerlos y aprovecharlos, lo que dio origen a prácticas como la rotación de cultivos, el control de plagas, la domesticación de animales, la producción de cerveza y pan, etc., y aunque no fue sino hasta muchos años después que se descubrieron los principios que gobiernan cada una de estas técnicas, los agricultores del neolítico ya empezaban a emplear técnicas de biotecnología en sus cultivos. Más adelante, y también en el sector agrícola, nuestros antepasados de civilizaciones antiguas continuaron empleando técnicas biotecnológicas aún sin saberlo, con el uso de organismos microscópicos que viven en la tierra para incrementar el rendimiento de los cultivos por medio de la rotación. Aunque no se 24

3 Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología del Convenio sobre la Diversidad Biológica.


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sabía cómo funcionaba, Teofrasto, un griego que vivió hace 2.300 años sostenía, por ejemplo, que el frijol dejaba “magia” en la tierra. Aún pasaron otros 2.200 años antes de que otro químico francés sugiriera en 1885 que algunos organismos del suelo son capaces de “fijar” el nitrógeno atmosférico en una forma que las plantas pueden usar como fertilizante. Esos fenómenos fueron estudiados más tarde, dando origen a principios de la ciencia objeto de estudio en este capítulo y proporcionando igualmente aplicaciones en muchos otros sectores aparte del agrícola.

2.2 LA INDUSTRIA MODERNA Y LA BIOTECNOLOGÍA . ¿Qué ha sucedido entonces a partir de ese momento? Esta ciencia ha evolucionado a gran velocidad hasta el punto en el que surge la “Era de la Biotecnología”, en la cual los avances en este campo se han sucedido con gran celeridad. En genética, por ejemplo, en 1980 la Suprema Corte de los Estados Unidos determinó que los organismos modificados genéticamente podían ser patentados, lo que permitió en ese momento a la compañía Exxon patentar un microorganismo diseñado para “comer” petróleo y utilizarse en derrames. Ese mismo año se consigue introducir exitosamente un gen humano en una bacteria, y al año siguiente Bill Rutter y Pablo Valenzuela publicaronun reportaje en la revista Nature sobre un sistema de expresión en levaduras para producir el antígeno de superficie del virus de la hepatitis B. Fue igualmente en 1981 cuando un grupo de científicos de la Universidad de Ohio produjo los primeros animales transgénicos al transferir genes de otros animales a ratones, y en 1988 los biólogos moleculares Philip Leder y Timothy Stewart recibieron la primera patente para un animal genéticamente modificado, un ratón altamente susceptible a desarrollar cáncer. En cuanto a la caracterización del ADN como herramienta para la identificación de personas, fue A. Jeffreys quien en 1984 la introduce como técnica biotecnológica y 25


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ya en 1985 empieza a usarse como herramienta legal en las Cortes de Estados Unidos, dejando ver de esta forma que la biotecnología era una ciencia que poco a poco se iría implantando en nuestras vidas, en nuestro día a día, en la cotidianidad de los elementos que usamos, que comemos o en el entorno en el que vivimos. En cuanto a la alimentación y el consumo, fue en 1985 cuando la compañía belga Plant Genetic Systems desarrolló plantas genéticamente modificadas con resistencia al ataque de insectos. Esta compañía desarrolló plantas de tabaco que expresaban genes que codifican proteínas insecticidas de la bacteria Bacillus thuringiensis (Bt). Un poco más adelante, en 1987, Calgene Inc. recibe una patente para la secuencia de ADN de la poligalacturonasa del jitomate, usada para producir una secuencia antisentido de ARN que permite alargar la vida de anaquel de este fruto. Unos años más tarde, en 1993, la FDA4 declara que los alimentos genéticamente modificados “no son inherentemente peligrosos” y por lo tanto no requieren una regulación específica, lo que permitió que estos jitomates obtuvieran el permiso de la FDA para ser comercializados. Ya se empezaba entonces a percibir la repercusión de esta ciencia en nuestras vidas diarias. A partir de este momento se han producido alimentos destinados al consumo humano modificados, por ejemplo, para contener mayores cantidades de vitaminas y ayudar así, según sus desarrolladores, a mejorar la salud y prevenir algunas enfermedades. En medicina, por su parte, no tardó en obtenerse una cantidad importante de medicamentos provenientes de técnicas de biología molecular, y fue precisamente en ese año, 1993, cuando se funda la Organización de Industria Biotecnológica (Biotechnology Industry Organization, BIO) partiendo de la fusión de otras dos organizaciones industriales más pequeñas, con la intención de apoyar el avance de este sector y sus aplicaciones no sólo en la medicina, genética y agricultura, sino también en otras áreas y disciplinas de la industria.

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4 United States Food and Drug Administration (FDA).


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2.3 UN VISTAZO HACIA LA GENÉTICA Y LA MEDICINA DEL FUTURO A TRAVÉS DE LA BIOTECNOLOGÍA. Sin duda, uno de los proyectos más sonados relacionados con la biotecnología en los últimos años es precisamente el del genoma humano. Un proyecto iniciado en 1990 cuyo objetivo era identificar y secuenciar todos los genes del genoma humano. Como resultado del mismo, se publica en 2001 la secuencia de dicho genoma en las revistas Science y Nature, haciendo posible que investigadores de todo el mundo comenzaran a desarrollar tratamientos genéticos frente a enfermedades. La secuencia se completó en el año 2003, dos años antes de lo planeado, y con un gasto menor al estimado. De esta forma, a partir de la secuencia identificada, se empiezan a obtener vacunas y terapias para un buen número de enfermedades y dolencias del ser humano. Por ejemplo, la vacuna contra el cáncer cérvico, la primera vacuna preventiva para algún tipo de cáncer. En 2003, se encuentra un gen relacionado con la depresión y se avanza en la detección de lazos genéticos como la esquizofrenia y el desorden bipolar. Ese mismo año, el gobierno de China aprueba el uso del primer producto de terapia génica (Gendicine), para el tratamiento del cáncer de cabeza y cuello. Por su parte, y en relación con los genomas de otros animales, alrededor del año 2000 comienza la carrera por obtener el genoma de organismos vivos a partir de sus secuencias de ADN. En el 2000 se obtuvo el de la primera planta, Arabidopsis thaliana; en 2002 la primera planta usada como alimento, el arroz, así como el parásito que causa la malaria y la especie de mosquito que lo transmite; en 2004 el pollo, la rata de laboratorio y el chimpancé, el primate más cercano al hombre; en 2005, el perro; en 2006, la abeja y de manera parcial el Neandertal; y en 2007, el caballo. Ya en 2005, se logra sintetizar parcialmente el virus de la influenza causante de la muerte de al menos 20 millones de personas en todo el mundo de 1918 a 1919. En 2003 se logra clonar por primera vez una especie en peligro de extinción (el banteng) y otras especies como el caballo, venados y mulas; al año siguiente se lleva a cabo la clonación de la primera mascota: un gato; un año más tarde, en 2005, se logra la clonación de una vaca a partir de células de un animal muerto. En ése 27


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mismo año, científicos de la Universidad de Harvard aseguran haber tenido éxito en convertir células de piel en células troncales embrionarias al fusionarlas con células troncales embrionarias existentes. 2.4 CLASIFICACIÓN DE LAS ÁREAS DE APLICACIÓN DE LA BIOTECNOLOGÍA. Hasta ahora hemos hablado de un conjunto de posibles aplicaciones de la biotecnología en áreas como la genómica, o la medicina, con el desarrollo de nuevos enfoques para el tratamiento de enfermedades; la agricultura con el desarrollo de cultivos y alimentos mejorados, y el consumo, pero para abordar el tema de una manera más estructurada, es necesario establecer una clasificación formal de las posibles áreas de aplicación de esta ciencia. De esta forma es posible afirmar que las aplicaciones de la biotecnología son numerosas y se suelen clasificar como: 2.4.1 Biotecnología roja. Este término se aplica a la utilización de biotecnología en procesos médicos. Algunos ejemplos son: el diseño de organismos para producir antibióticos, el desarrollo de vacunas más seguras y nuevos fármacos, los diagnósticos moleculares, las terapias regenerativas y el desarrollo de la ingeniería genética para curar enfermedades a través de la manipulación génica. 2.4.2 Biotecnología blanca. También conocida como biotecnología industrial, es aquélla aplicada a procesos industriales. Un ejemplo de ello es el diseño de microorganismos para producir un producto químico o el uso de enzimas como catalizadores industriales, ya sea para producir productos químicos valiosos o destruir contaminantes químicos peligrosos, por ejemplo utilizando oxidorreductasas. También se aplica a los usos de la biotecnología en la industria textil, en la creación de nuevos materiales como plásticos biodegradables y en la producción de biocombustibles. Su principal objetivo es la creación de productos fácilmente degradables, que consuman menos energía y generen menos desechos durante su producción. La biotecnología blanca tiende a consumir menos recursos que los procesos tradicionales utilizados para producir bienes industriales. 28


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2.4.3 Biotecnología verde. Es la biotecnología aplicada a procesos agrícolas. Un ejemplo de ello es el diseño de plantas transgénicas capaces de crecer en condiciones ambientales desfavorables o plantas resistentes a plagas y enfermedades. Se espera que la biotecnología verde llegue a soluciones menos contaminantes que los métodos tradicionales de la agricultura industrial. Un ejemplo de esto es la ingeniería genética en plantas para expresar plaguicidas, con lo que se elimina la necesidad de la aplicación externa de los mismos, como es el caso del maíz Bt. Si los productos de la biotecnología verde como éste son menos perjudiciales para el medio ambiente o no, es un tema de debate. 2.4.4 Biotecnología azul. También llamada biotecnología marina, es un término utilizado para describir las aplicaciones de la biotecnología en ambientes marinos y acuáticos. Aún en una fase temprana de desarrollo, sus aplicaciones son prometedoras para la acuicultura, cuidados sanitarios, cosmética y productos alimentarios.

2.5 VENTAJAS Y RIESGOS DEL USO DE TÉCNICAS DE BIOTECNOLOGÍA. A partir de la revolución biotecnológica, han sido numerosos los frentes que se han manifestado a favor y en contra del uso de estas tecnologías en diversos sectores industriales. Cuestiones éticas han estado de por medio, pero también cuestiones de eficiencia industrial y aprovechamiento de recursos, entre otras. Para comprender mejor las posiciones podemos echar un vistazo a los principales argumentos a favor y en contra de las aplicaciones de esta ciencia en nuestra vida diaria. Ventajas Rendimiento superior

Mediante los OGM5 el rendimiento de los cultivos aumenta, dando más alimento por menos recursos, disminuyendo las cosechas perdidas por enfermedad o plagas así como por factores ambientales.

5 Organismo Genéticamente Modificado.

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Reducción de pesticidas

Cada vez que un OGM es modificado para resistir una determinada plaga se está contribuyendo a reducir el uso de los plaguicidas asociados a la misma que suelen ser causantes de grandes daños ambientales y a la salud.

Mejora en la nutrición

Se pueden llegar a introducir vitaminas y proteínas adicionales en alimentos así como reducir los alérgenos y toxinas naturales. También se puede intentar cultivar en condiciones extremas, lo que auxiliaría a los países que tienen menos disposición de alimentos.

Mejora en el desarrollo de nuevos materiales

Es posible producir nuevos materiales, más eficientes, con menor cantidad de recursos industriales y por tanto, gastando menos energía y otros recursos no renovables. Éste es el caso de muchos productos y aplicaciones desarrollados para el ámbito textil.

Desventajas Riesgos para el medio ambiente

Entre los riesgos para el medio ambiente cabe señalar la posibilidad de polinización cruzada, por medio de la cual, el polen de los cultivos genéticamente modificados (GM) se difunde a cultivos no GM en campos cercanos, por lo que pueden dispersarse ciertas características como resistencia a los herbicidas de plantas GM a aquéllas que no son GM. Esto que podría dar lugar, por ejemplo, al desarrollo de maleza más agresiva o de parientes silvestres con mayor resistencia a las enfermedades o a los estreses abióticos, trastornando el equilibrio del ecosistema. Otros riesgos ecológicos surgen del gran uso de cultivos modificados genéticamente con genes que producen toxinas insecticidas, como el gen del Bacillus thuringiensis.

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Esto puede hacer que se desarrolle una resistencia al gen en poblaciones de insectos expuestas a cultivos GM. También puede haber riesgo para especies que no son el objetivo, como aves y mariposas, por plantas con genes insecticidas.También se puede perder biodiversidad, por ejemplo, como consecuencia del desplazamiento de cultivos tradicionales por un pequeño número de cultivos modificados genéticamente. Riesgos para la salud

Existen riesgos de transferir toxinas de una forma de vida a otra, de crear nuevas toxinas o de transferir compuestos alergénicos de una especie a otra, lo que podría dar lugar a reacciones alérgicas imprevistas. Existe el riesgo de que bacterias y virus modificados escapen de los laboratorios de alta seguridad e infecten a la población humana o animal.

Preocupaciones éticas y sociales

Los avances en genética y el desarrollo del Proyecto Genoma Humano, en conjunción con las tecnologías reproductivas, han suscitado preocupaciones de carácter ético sobre las cuales aún no hay consenso. Reproducción asistida del ser humano. Estatuto ético del embrión y del feto. Derecho individual a procrear. Sondeos genéticos y sus posibles aplicaciones discriminatorias: derechos a la intimidad genética y a no saber predisposiciones a enfermedades incurables. Modificación del genoma humano para "mejorar" la naturaleza humana. Clonación y el concepto de singularidad individual ante el derecho a no ser producto del diseño de otros. Cuestiones derivadas del mercantilismo de la vida (por ejemplo, patentes biotecnológicas).

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2.6 BIOTECNOLOGÍA APLICADA A LA INDUSTRIA TEXTIL. Una vez disponemos de la información relacionada con los aspectos más genéricos de la biotecnología, sus aplicaciones generales, su historia y evolución y los campos industriales sobre los que ha actuado de manera especial en las últimas décadas, es el momento para adentrarnos en el sector industrial del textil y de la confección, un área para la cual la ciencia de la biotecnología ha demostrado igualmente un potencial importante y para la cual se encuentran actualmente abiertas líneas de investigación que pretenden básicamente conseguir: - La utilización cada vez más eficiente de enzimas en procesos textiles a escala industrial; - El desarrollo de polímeros obtenidos a partir de recursos renovables y su posterior aplicación en la cadena de valor textil. Para hablar de estas dos líneas de investigación, estudiemos primero la evolución de las tecnologías de materias primas en este sector industrial. 2.6.1 La industria textil: desde la antigüedad hasta la modernidad. Como es sabido, el uso de hilos y de tejidos tiene sus orígenes hace miles de años. El uso del lino, por ejemplo, se remonta a la Edad de Piedra en Europa meridional, mientras que en el norte de Europa se empleó la lana desde la Edad de Bronce, y la seda, originaria de China, se fabrica hace más de 5.000 años. Mucho tiempo después, a partir del siglo XVIII, con la revolución industrial y la invención de la máquina de vapor, se comenzaron a fabricar y confeccionar telas a gran escala. A escala industrial. 2.6.2 Utilización de enzimas en procesos textiles. En la actualidad, la industria textil y de la confección, está constituida por subsectores diferentes aunque interrelacionados, que producen desde las fibras hasta productos para el hogar. Cada subsector puede considerarse como una industria por separado, aunque el producto que se obtiene en cada etapa de la producción constituye el principal insumo de materia prima para la siguiente. No obstante, en todas las etapas se emplea una amplia variedad de tintes y otros compuestos químicos (ácidos, bases, sales, agentes humectantes, colorantes), 32


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cuyos productos han sido tradicionalmente desechados en los efluentes, con el consiguiente impacto ambiental que esto genera, ya que si consideramos que el consumo mundial en prendas de vestir no deja de crecer, nos encontramos frente a un problema de dimensiones e impacto importantes. Por esta razón, uno de los objetivos de los tratamientos textiles modernos es obtener el efecto deseado en las fibras, pero utilizando procesos que conlleven el mínimo impacto ambiental. Dentro de este contexto, se comenzaron a utilizar diversos procesos biotecnológicos mediante el empleo de enzimas. Éstas cumplen el requisito de ser respetuosas con el medio ambiente (debido a que las enzimas son biodegradables), actúan sobre moléculas específicas y lo hacen bajo condiciones suaves.

Empleo de la biotecnología en procesos textiles. En términos del proceso de fabricación, la industria T/C puede dividirse en cuatro etapas principales: -

Producción de la hebra; Hilado, tejido; Acabado de los tejidos; Fabricación del producto confeccionado. 33


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En esta industria, las enzimas se pueden aplicar tanto al tratamiento de fibras proteicas naturales (lana y seda), como en fibras celulósicas (algodón, lino y cáñamo) y en fibras sintéticas. Estas enzimas se usan en las fases de hilado, teñido y acabado de los tejidos con el objetivo de limpiar la superficie del material, reducir las pilosidades y mejorar la suavidad. En el siguiente esquema, se muestran las etapas de la fabricación de tejidos y las enzimas utilizadas en cada una de ellas. La rama inferior muestra la producción de tejido Denim, con la que se confeccionan los vaqueros.

Enzimas utilizadas en el proceso de producción textil. * Stone wash: tipo de lavado industrial utilizando piedras que le da al material un aspecto “usado” o “gastado”. De esta forma, las enzimas empleadas a día de hoy en los procesos textiles, y que corresponden precisamente a una de las áreas de aplicación de la biotecnología, se pueden resumir en:

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Amilasas. Al comenzar el tratamiento de la fibra, se debe extraer el almidón que la recubre (proceso llamado desengomado). El proceso de desengomado convencional puede ser realizado por hidrólisis (ruptura del almidón en presencia de agua), donde los productos textiles son tratados con ácido, álcalis o agentes oxidantes. También se puede eliminar por descomposición del almidón por fermentación, en agua con microorganismos presentes en forma natural que descomponen el almidón del tejido. Actualmente, estos tratamientos se encuentran en desuso debido a las dificultades propias del método, dejando lugar al uso de las enzimas amilasas. Las amilasas son enzimas que intervienen en la degradación del almidón. Para ello se utilizan las amilasas bacterianas provenientes de Bacillus subtilis y Bacillus lichenformis, las cuales son estables a altas temperaturas. Para evitar la desnaturalización (pérdida de la estructura terciaria y la función) de esta enzima durante el desengomado, primero se debe añadir agua, calentar hasta alcanzar la temperatura óptima (entre 60 y 100ºC), establecer el pH óptimo (neutro) y entonces añadir la enzima. - Según su temperatura óptima, se distinguen tres grupos de amilasas: - Temperatura óptima de 60-70ºC: se utiliza para el desengomado en un baño de larga duración que dura entre dos y seis horas; - Temperatura óptima de 80ºC: usada en máquinas de lavado continuo por algunos minutos; - Temperatura óptima 100ºC: tratamientos con vapor de uno a dos minutos. Lipasas. Son enzimas que degradan lípidos y son usadas en la industria textil, junto con las amilasas, para el desengrasado de las fibras. Pectinasas. En el tratamiento de las fibras de algodón, se deben extraer las pectinas de la pared de las células primarias del algodón. Las enzimas pectinasas (que degradan esta 35


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sustancia), son utilizadas en el lavado alcalino del algodón. Numerosos estudios realizados muestran que un tratamiento usando solamente pectinasa, seguido por un enjuagado en agua caliente, es capaz de hacer que la fibra de algodón se vuelva hidrófila y absorbente, facilitando su posterior utilización. Catalasas. En la industria textil la catalasa es utilizada para descomponer en oxígeno y agua el peróxido de hidrógeno residual (H202) después del blanqueo de las fibras de algodón. La remoción de este producto es necesaria para que las fibras puedan luego ser teñidas. La catalasa es una enzima que se encuentra en organismos vivos y su empleo disminuye el consumo de productos químicos, de energía y de agua. Después del blanqueo, se produce el enjuague, se aplica ácido acético y se aplica la catalasa en un baño nuevo o en el propio baño de teñido por aproximadamente diez minutos, a temperaturas entre 20 y 50ºC, con un pH de entre seis y diez. Peroxidasas. Los restos de peróxido de hidrógeno utilizados en la etapa de blanqueo, en contacto con pigmentos sensibles a la oxidación, pueden provocar pequeñas alteraciones en la tonalidad causando reducción en el color. En el proceso convencional, los residuos de peróxido de hidrógeno son removidos a través de varios enjuagues o de la adición de un reductor inorgánico, el cual causa gran carga de sales en los efluentes. Para minimizar este efecto, se utilizan las peroxidasas que reducen el peróxido de hidrógeno. La cantidad de enzimas usada es menor que la cantidad de agente reductor inorgánico y no causan problemas ecológicos, como la elevada carga de sales. Las peroxidasas también pueden ser utilizas después del teñido para la reducción de colorantes residuales. Celulasas. Las fibras están compuestas básicamente de celulosa la cual, al ser un material no biodegradable, constituye un problema para el posterior tratamiento de efluentes.

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Las celulasas son enzimas que degradan las fibras de la superficie (fibras sueltas y microfibrillas) haciendo a los tejidos más lisos y blandos. También son usadas para producir la apariencia stonewashed en los vaqueros. Tradicionalmente esta apariencia en los tejidos Denim (nombre de la tela con que se realizan los vaqueros) es otorgada por un proceso que utiliza piedra-pómez para desgastar el color localmente por roce. Este proceso presenta muchas desventajas ya que causa el desgaste rápido y rotura de las máquinas utilizadas, provocan gran abrasión empeorando la calidad de la tela y causan problemas ambientales ya que se generan efluentes no biodegradables. La ventaja en la utilización de celulasas en el proceso de desgaste del vaquero en relación al proceso convencional, es que no causa gran degradación de la fibra como la piedra-pómez y el desgaste es más uniforme. Las celulasas son utilizadas juntamente con las piedras o sustituyéndolas totalmente. El procedimiento general para su aplicación consiste en: - Introducción de los artículos de celulosa en la máquina; - Ajuste de las condiciones del baño de tratamiento con pH entre 5,5 y 8,0 y temperaturas de 50 a 60ºC; - Adición de la enzima y control de las condiciones de reacción (tiempo, temperatura, pH y agitación mecánica); - Interrupción de la actuación de la enzima: agregando carbonato de sodio y/o aumentando la temperatura hasta 80ºC durante diez minutos. Al culminar este proceso, se suele realizar un tratamiento de limpieza con un agente blanqueante para resaltar los contrastes y eliminar la reposición de microfibras teñidas de color azul que enmascaran el efecto logrado. Estas enzimas no sólo se utilizan en el proceso de stone-wash de tejidos para vaqueros, sino que también se utilizan en tejidos destinados a la confección de blusas y faldas, porque el proceso enzimático les otorga una textura aterciopelada similar a la seda natural. 37


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Lactasas. Son enzimas del tipo fenol-oxidasa dependientes del cobre que tienen la capacidad de catalizar reacciones de desmetilación. Éste es un paso importante en la biodegradación de polímeros que contengan grupos aromáticos fenólicos. Debido a esta propiedad, la lactasa es utilizada en la oxidación del índigo (colorante de tipo fenólico) en la preparación de telas para vaqueros. Esta enzima es extraída de hongos como Trametes hirsuta y Sclerotium rolfsii. Además, en procesos de oxidación de muchos compuestos (principalmente de compuestos fenólicos), la lactasa presenta una gran especificidad para un elevado número de compuestos no biodegradables, por lo cual se empezó a utilizar en tratamientos de efluentes industriales. 2.6.3 Utilización de enzimas en el tratamiento de efluentes. Hoy en día, muchas enzimas son utilizadas por una amplia diversidad de industrias y esto no es ajeno a la industria textil. Tradicionalmente, se han utilizado enzimas en el proceso de limpieza de las fibras. Ahora, las enzimas como las proteasas, lipasas, celulasas y enzimas oxidativas, se utilizan en el bioprocesamiento de fibras naturales, mientras que otras son fundamentales en el tratamiento de desechos/efluentes derivados de esos procesos. La industria textil es una de las mayores productoras de efluentes líquidos, los cuales son tóxicos, contienen productos no biodegradables y también resistentes a la destrucción por métodos de tratamiento físico-químico. Los efluentes textiles poseen un elevado contenido de colorantes (el 10-15% de los colorantes no fijados son vertidos en los cauces fluviales) y aditivos que generalmente son compuestos orgánicos de estructuras complejas no biodegradables. Las enzimas aplicadas en la industria textil deben producirse a bajo coste, ser estables en las condiciones de pH y temperatura en que se realizan los tratamientos textiles, y de uso y manipulación segura. En esto, la biotecnología moderna juega un rol importante al producir enzimas recombinantes a gran escala por fermentación de microorganismos cuyo cultivo es conocido y controlado. Por ejemplo, existen enzimas alfa amilasa y lipasas y celulasas obtenidas a partir de microorganismos recombinantes. 38


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Actualmente, son estudiadas nuevas alternativas que utilizan microorganismos capaces de degradar de manera eficiente un gran número de contaminantes a un bajo coste operacional para el adecuado tratamiento de efluentes textiles. Un ejemplo es el Bacillus subtillis que fue adaptado a un medio de cultivo artificial para biodegradar colorantes del tipo "azo" bajo condiciones anóxicas (con deficiencia de oxígeno). Estas bacterias utilizan el nitrato o nitrito como aceptor final de electrones, posibilitando la oxidación biológica de colorantes "azo”. También se utilizan bacterias, como Pseudomonas sp y Sphingomonas sp, particularmente útiles en la degradación de azo-colorantes. Los hongos de descomposición blanca, como Phanerochaete chrysosporium, Pleorotus ostreatus, Trametes versicolor, Trametes hirsuta, Coriolus versicolor, Pycnoporus sanguineus, Pycnoporus cinnabarinus, Phlebia tremellosa, Neurospora crassa y Geotrichum candidum, son conocidos por degradar varios tipos de colorantes textiles. Estos hongos poseen la capacidad de mineralizar, además de la lignina, una variedad de contaminantes resistentes a la degradación. Esta característica se debe a la acción de las enzimas peroxidasas y lacasas producidas por ellos.

2.7 PROYECTOS DE I+D RECIENTES RELACIONADOS CON EL TEXTIL Y LA BIOTECNOLOGÍA. 2.7.1 Tejidos hechos de arroz y plumas. En el futuro podría ser perfectamente factible usar vestidos y trajes fabricados con materiales derivados de plumas y desechos vegetales. Así lo afirman los científicos de la Universidad de Nebraska, quienes están trabajando en desarrollar métodos para convertir los desechos de la actividad agropecuaria en fibras textiles, como una manera de reducir el empleo de fibras sintéticas derivadas del petróleo. En el caso de las plumas, que normalmente son un desecho de la producción avícola, consiguieron transformarlas en fibras que lucen como la lana, y en el caso del rastrojo de arroz, las telas resultantes se parecen a las de lino o algodón. Se espera, con esta iniciativa, que esa investigación en particular estimule el interés por emplear desechos o productos secundarios de la actividad agropecuaria para hacer fibras y tejidos. 39


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Con los millones de toneladas de plumas de pollo y el rastrojo de arroz que se descarta cada año, estos materiales representan una alternativa abundante y barata a las fibras sintéticas basadas en derivados del petróleo. Pero además, a diferencia de las fibras sintéticas, son biodegradables. El proyecto más avanzado es el de arroz. El rastrojo consiste en los tallos de la planta de arroz que quedan después de la cosecha de esos granos. Como el lino y el algodón, el rastrojo de arroz está compuesto principalmente de celulosa. Usando una especial combinación de químicos y enzimas, los investigadores lograron desarrollar fibras a partir del rastrojo. Las propiedades de estas fibras indican que podrían emplearse para confeccionar tejidos usando las máquinas textiles comunes. El resultado tendrá una apariencia similar a los tejidos de lino o algodón. En cambio las plumas de pollo están constituidas principalmente de queratina, la misma proteína que tiene la lana. Los investigadores están trabajando para fabricar fibras inclusive mejores que la lana, basándose en la arquitectura particular que tienen ciertos aportes de las plumas. 2.7.2 Algodón genéticamente modificado para evitar la tinción de las fibras. Un grupo de científicos chinos descubrió recientemente un método que podría servir para modificar el color de la fibra de algodón sin necesidad de teñirla. La clave está en usar los genes que la bacteria Streptomyces antibioticus emplea para la síntesis de melanina, que le otorgarían al algodón un color pardo. Los investigadores usaron los genes dORF438 y dtyrA para transformar genéticamente al cultivar de algodón Xinluzao 6. Estos genes estarían involucrados en la síntesis de la enzima tirosinasa, necesaria para la síntesis de la melanina. Los autores ensayaron los genes primero en tabaco, y vieron que en la plantas transgénicas se acumulaba melanina en los tricomas de las hojas (apéndices epidérmicos). Luego transformaron plantas de algodón, donde los genes se expresaron también correctamente, observándose la producción de melanina en las células epidérmicas y la coloración marrón de las fibras. 2.7.3 Fibras de biopolímeros: nuevas propiedades, nuevas aplicaciones. El estudio de los biopolímeros de forma continuada se asienta en los años 70 del siglo pasado. Previamente se habían realizado intentos sin obtener resultados que fueran viables. Es a partir de 1985 cuando estos estudios comienzan a adquirir 40


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importancia como consecuencia de la obtención de resultados positivos de las primeras investigaciones. Los biopolímeros o bien provienen de organismos naturales, o los imitan presentando funciones similares al material del que proceden. En un principio, estos productos se aplicaban exclusivamente en los campos de alimentación o de la medicina, pero recientemente se ha incrementado el interés de estas materias en otros sectores como el de la información y las comunicaciones. En la industria textil destacan en el campo de la fibrología, pues forman parte de la última generación de fibras que se obtiene a partir de materiales de alta tecnología. El mundo textil en los últimos años ha incorporado esta tecnología a sus investigaciones y en la actualidad se comienzan a vislumbrar algunos resultados. Las áreas de investigación en aplicaciones textiles se pueden dividir en tres categorías: - Modificaciones genéticas de fibras naturales existentes (algodón, lana, seda, etc.). - Nuevas fibras, biopolímeros. - Colorantes, productos intermedios y auxiliares textiles. A continuación se exponen algunos ejemplos de biopolímeros. Biopolímeros basados en enzimas. Desde hace años se aplican procesos enzimáticos al procesado textil, tales como desencolados y lavados. Sin embargo, se están desarrollando fibras que simulan el comportamiento enzimático. Estas fibras pretenden imitar la acción de enzimas que se encuentran involucradas en reacciones químicas de los seres vivos como: síntesis, descomposición, suministro de energía, emisión de luz de algunos animales o intercambio iónico del 41


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hierro en sangre. Éste último comportamiento se aplica en las membranas de algunas baterías. Biopolímeros de polisacáridos. La aplicación de la biotecnología a las fibras de algodón conduce a algodones transgénicos en busca de una mejora de propiedades como longitud, resistencia, resilencia, reactividad química y absorción de agua o líquidos. Por el tratamiento del maíz, se pueden obtener fibras del ácido poliláctico (PLA). Se trata de una fibra con un coste competitivo que, a pesar de ser biodegradable presenta características similares a las del poliéster o la poliamida en cuanto a densidad, tenacidad y alargamiento a la rotura. Absorbe poca humedad al igual que el poliéster y su temperatura de fusión es de 175º C. El esquema de obtención de esta fibra sería el siguiente:

Biopolímeros de seda y lana. Los filamentos de seda que generan ciertos gusanos se componen de fibroína y sericina. Gracias a la biotecnología se han obtenido gusanos capaces de producir filamentos con longitudes superiores a los 1.500 m. de longitud. En este campo también se han obtenido innovaciones al desarrollarse por parte de los japonenses un híbrido de seda y poliamida comercializado desde 1987 con el nombre de silran. Se obtiene por extrusión a través de una hilera especial de modo que el filamento obtenido se compone de un núcleo de poliamida, y se rodea de cinco filamentos de seda de dos deniers. 42


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Los tejidos obtenidos con estos filamentos se caracterizan por presentar un tacto excelente, el brillo típico de la seda y resistencias similares a la de la poliamida. Otro desarrollo respecto de la seda se basa en el obtenido por la casa Mizushima, que ha obtenido un filamento de proteína capaz de mantener la forma prefijada, y que se caracteriza por tener una gran elasticidad, lo que permite su empleo tanto en tejidos de calada como en género de punto. PA Technology (Cambridge) ha desarrollado una tecnología que permite obtener un filamento proteínico similar al de la tela de araña. Si se logra reducir su elasticidad, encontrará aplicación en el campo de protección balística y de refuerzo de composites. La biotecnología está investigando cómo modificar, por ejemplo, el pelo de la cabra de cachemira, o la adaptación de algunas especies a climas diferentes al de su hábitat natural, o facilitar el esquilado entre otras. Fibras producidas por bacterias. Existe un tipo de bacterias que son capaces de sintetizar celulosa en ausencia de luz. En la actualidad se está estudiando este proceso de síntesis y considerando el cultivo de estas bacterias. El empleo de estas fibras en el sector papelero se traduce en papeles que ven incrementado su módulo de Young hasta el punto de poderse comparar con el papel de aluminio, propiedades debidas a sus características moleculares. En el campo textil se están empleando sobre todo en artículos que imitan la piel, y su introducción en “no tejidos” hace que también se empleen en el interior de altavoces o micrófonos. Existe una bacteria que como reserva alimenticia produce poliéster, concretamente PHB. Se trata de una fibra muy fina. A diferencia del resto de las fibras naturales posee la propiedad de fundir a 180º C, lo que permite conferirle la forma de cualquier otra fibra sintética, presenta una elevada biodegradabilidad, aspecto beneficioso para el ecosistema, y en medicina no provoca rechazos. 43


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La obtención de plantas de algodón que sean capaces de producir fibras de algodón/poliéster se está estudiando por Monsanto (USA). Está transfiriendo genes de esta bacteria a la planta. En la actualidad se han obtenido algodones con gránulos de poliéster PHB. Biopolímeros procedentes del caparazón de crustáceos. El principal componente de estos organismos es la quitina. En 1926 se obtuvieron fibras de quitina, pero no se comienza a estudiar con profundidad hasta 1970. En la actualidad continúan en estudio sus posibles aplicaciones. Entre los principales usos destaca su utilización para la filtración de agua del grifo, hilos para puntos de sutura que no precisan ser retirados, agrotextiles de rápida descomposición, curación de heridas o papel. Existen “no tejidos” de quitina que se suelen aplicar como piel artificial por su buena adherencia al cuerpo humano, estimulan el crecimiento de la piel, reducen el dolor y no producen rechazo. Su derivado, el quitosano, también se emplea en el sector textil. Aplicado sobre las fibras de lana actúa como suavizante e incrementa el rendimiento de la tintura. A las fibras de algodón les proporciona mayor estabilidad dimensional y aumenta el agotamiento en la tintura, lo que se traduce en vertidos de menor carga contaminante con su consiguiente contribución medioambiental.

2.8 EL FUTURO DEL TEXTIL A TRAVÉS DEL FUTURO DE LAS FIBRAS. Realizar una previsión futura de las fibras y textiles que empleen biotecnología no es una tarea fácil. No obstante, a partir de los desarrollos actuales se puede afirmar que las investigaciones se están centrando en aspectos muy interesantes como la reducción de costes y la mejora de la productividad de los procesos ya existentes, para lo que se debe abordar, entre otros puntos, la polimerización, la extrusión o el estiraje. Los trabajos más recientes y prometedores también se orientan hacia encontrar procesos que sean respetuosos con el medioambiente, o bien obtener fibras con nuevas características, por ejemplo, que sean biodegradables o capaces de absorber productos nocivos (NOx, SOx, etc.). 44


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Además, si los resultados son satisfactorios, es posible que se desarrollen fibras mucho más finas de las que se dispone en la actualidad. Otro campo de estudio pretende la consecución de secciones transversales nuevas que aportarán diferentes coeficientes de fricción. Es de esperar que el desarrollo de estas fibras evolucione paralelamente a los avances científicos y tecnológicos, lo cual supondrá tanto la apertura como la consolidación de amplios campos de aplicación y, por tanto, de mercados, algunos tradicionalmente vetados a las fibras comunes.

2.9 BIBLIOGRAFÍA [1] <http://www.enq.ufsc.br/labs/probio/disc_eng_bioq/trabalhos_pos2004/textil/ introducao.htm>. [2] <http://www.bioplanet.net/magazine/bio_sepoct_1999/bio_1999_sepoct_ industria.htm>. [3] <Definiones disponibles on line a través de Wikipedia. [4] <www.porquebiotecnologia.com>. [5] <http://www.enq.ufsc.br/labs/probio/disc_eng_bioq/trabalhos_pos2004/textil/ efluentes.htm>. [6] Química viva. Vol. 2, número 3, 2003. Disponible en: <www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar>. [7] Biorremediación. Disponible en: <http://www.bioplanet.net/magazine/bio_julago_2001/bio_2001_julago_reportaje. htm>. [8] <http://www.biocab.org/Biotecnologia.html>. [9] <http://www.ugr.es/~eianez/Biotecnologia/>. [10] <http://aitex.org>. 45


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CAPÍTULO III NANOTECNOLOGÍA: CONCEPTOS, EVOLUCIÓN Y APLICACIONES EN LA INDUSTRIA TEXTIL En los últimos años la utilización de definiciones relacionadas con el concepto “nano” ha sufrido un espectacular aumento. Nanociencia, nanotecnología, o nanopartículas son palabras que antes o después todos oímos e incluso utilizamos en nuestra vida diaria. Pero, en todo ese maremágnum de nomenclaturas ¿qué se entiende realmente por nanotecnología?. Nano es un prefijo griego que indica una medida, no un objeto, de manera que la nanotecnología se caracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinar y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja. Así, su ámbito de influencia incluye, además de las áreas del saber relacionadas con su origen, tanto de la Física, la Química, la Ingeniería o la Robótica, otros campos, en su comienzo más alejados, pero para los que ya hoy en día tiene una gran importancia, como son la Biología, la Medicina o el Medio Ambiente.

Nanotecnología: una ciencia multidisciplinar. Por ello, dentro de esta gran diversidad de aplicaciones, las posibles definiciones aplicables pueden llegar a ser enormemente variadas. En este sentido, una de las más completas encontrada es aquélla que califica la nanotecnología como “el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a dicha escala”. 47


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De esta manera, dado que cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, se observan fenómenos y propiedades totalmente nuevos, los científicos tratan de utilizar la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas. Así, algunos ejemplos de aplicaciones de las distintas ramas de la nanotecnología son: sistemas de magnetorresistencia gigante para almacenamiento magnético de la información, dispositivos nanoelectrónicos, recubrimientos para mejora de técnicas de imagen, catalizadores nanoestructurados, biosensores y biodetectores, nanosistemas para administración de fármacos, cementos, pinturas especiales, cosméticos, sistemas para purificación y desalinización de agua, etc. Sin embargo, estos conceptos pueden llegar a ser demasiado técnicos y poco intuitivos. Así, se hace necesario el acercamiento del concepto “nano” a la vida cotidiana, buscando ejemplos representativos con los que poder compararlos. De esta manera, un nanómetro es la unidad que se entiende como la mil millonésima parte de un metro (10-9 m.), que si se compara con el tamaño que los seres humanos podemos alcanzar (más de dos metros), con la longitud de una hormiga (aproximadamente un centímetro:10-2 m.), o incluso con una célula, cuya medida está cercana a los 20 micrómetros (20 x 10-6 m.), nos podemos imaginar con relativa facilidad las dimensiones a las que nos estamos refiriendo.

Relación de tamaños. Finalmente, a modo de ejemplo gráfico se puede indicar que el tamaño asociado al término nano (10-9 m.) es aproximadamente la relación que existe entre el diámetro de una pelota de tenis y el diámetro de la tierra.

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Ejemplo representativo del tamaño nano. En este campo de actuación, se pueden llegar a clasificar de manera conceptual dos tipos de nanotecnología en función de cómo se llegue a ella o hacia donde se construya. Así, se puede clasificar como: A) -Top-down: reducción de tamaño. El concepto literal sería ir desde arriba (mayor), hasta abajo (menor). De esta manera lo que se conseguiría es que los mecanismos y las estructuras se vayan miniaturizando hasta llegar a la escala nanométrica. Hasta la fecha, ésta ha sido la metodología más frecuente y utilizada, destacando en el ámbito de la electrónica donde predomina la miniaturización; B) -Bottom-Up: también conocida por auto-ensamblado. Indica de abajo (menor) hasta arriba (mayor). Con esta metodología, se comienza con estructuras de tamaño nanométrico y mediante un proceso de montaje o auto ensamblado, se llega a crear un mecanismo mayor que el inicial. Este enfoque es considerado por algunos como la tecnología nano- verdadera y podría llegar a permitir un control de la materia de manera muy precisa. Este procedimiento llevaría a abandonar la utilización de la miniaturización y de todas las limitaciones que actualmente presenta. Sin embargo y a pesar de todos los potenciales avances que esta ciencia presenta, no todas las voces surgidas son de apoyo. Así por ejemplo Pat Mooney, director del Grupo de Acción sobre Erosión, Tecnología y Concentración (Grupo ETC) ha llegado a comentar en conferencia de prensa que "más que una nueva ola tecnológica, la nanotecnología es un tsunami tecnológico: “no se le ve venir hasta

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que está sobre nosotros. Ya existen en el mercado 720 productos, incluyendo alimentos, cosméticos y productos farmacéuticos que contienen nanopartículas y no existe ningún tipo de regulación, etiquetado ni evaluación de sus posibles impactos". Pero a pesar de este tipo de reticencias, la nanotecnología presenta en la actualidad un mercado de 50.000 millones de dólares a escala mundial y, según la Fundación Nacional de la Ciencia de Estados Unidos, el mercado de productos nanotecnológicos podrá alcanzar el billón de dólares para el año 2011. Otros analistas de la industria llegan incluso a estimar que sólo tres años después, en el 2014, este mercado llegará a ser de 2,6 billones de dólares, o lo que sería lo mismo, unas diez veces el mercado de la biotecnología e igual a la suma combinada de los mercados de la informática y las comunicaciones.

Segmentación industrial estimada para la nanotecnología en 2015 (Fuente: National Science Foundation)]. 3.1 EVOLUCIÓN HISTÓRICA. La búsqueda del punto de partida para el concepto de nanotecnología puede resultar variable en función de si se considera como inicio la aparición de la palabra definitoria como tal, o bien la consecución de investigaciones que con el paso del tiempo se han comprobado como elementos esenciales en este campo. Dentro de esta última posibilidad, se podría establecer un inicio intuitivo de la nanotecnología en 1820 con el descubrimiento de la Ley de Inducción Magnética 50


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por el científico inglés Michael Faraday. Según la misma, se establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde. Gracias a ella y a pesar de la desconfianza inicial típica de cualquier descubrimiento (“¿para qué sirve esto?” fue una de las preguntas formuladas en su presentación), hoy en día toda la tecnología eléctrica moderna tiene su inicio en el descubrimiento de Faraday. Habría que adentrarse ya en el siglo XX para encontrar nuevos descubrimientos en este campo. Así, todos los avances experimentados por el hombre en conocimientos científicos han sido espectaculares: física, química, ingenierías o medicina han sido campos de desarrollo con una evolución permanente que continúa hasta nuestros días. En este sentido, la consolidación de las teorías relacionadas con la descripción de la estructura atómica a comienzos de siglo, permitirá iniciar un viaje sin retorno en la búsqueda de tamaños cada vez más pequeños para la constitución de la citada materia.

Ejemplo de átomo. En este sentido, 1947 marcará un antes y un después en la revolución tecnológica con el descubrimiento, por parte de los físicos Walter Brattain, William Shockley y John Bardeen, de un dispositivo que ha cambiado la vida de los siglos XX y XXI: el transistor6. De manera genérica se puede decir que un transistor contiene un material semiconductor, normalmente silicio, que puede cambiar su estado eléctrico. En su estado normal el semiconductor no es conductivo, pero cuando se le aplica un determinado voltaje se convierte en conductivo y la corriente eléctrica fluye a 6 Fácil acceso a biografías de los autores: <http://nobelprize.org/nobel_prizes/>.

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través de éste, funcionando como un interruptor electrónico. Cuando sus descubridores observaron este efecto, realmente no podrían haber imaginado las repercusiones que tendría en el futuro. Así, prácticamente toda la electrónica actual está basada en el transistor unido, en mayor o menor medida, a las técnicas microelectrónicas. Este dispositivo ha llevado al ser humano al desarrollo de prácticamente todos los campos imaginables, desde las telecomunicaciones a la medicina. El reconocimiento a todo el estudio con los semiconductores y el descubrimiento del efecto transistor fue el Premio Nobel de Física compartido por los tres científicos. Otro de los años que podría considerarse como esencial para el desarrollo de la nanotecnología fue 1959. Así, el ganador del premio Nobel de Física Richard Feynman, en el célebre discurso que dio en el Caltech (Instituto Tecnológico de California) el 29 de diciembre titulado “There's Plenty Room at the Bottom”, fue la primera persona en hacer referencia a las posibilidades de la nanociencia y la nanotecnología. Sin llegar a pronunciar la palabra como tal, sí que llego a plantear ciertas afirmaciones como: "a mi modo de ver, los principios de la Física no se pronuncian en contra de la posibilidad de maniobrar las cosas átomo por átomo". Pronosticó que tarde o temprano se podrían mover los átomos de manera individual y construir configuraciones diferentes de las que existen en la naturaleza. Además, gracias a este trabajo a escala atómica, se debería poder llegar a construir ordenadores que podrían consumir poquísima energía y dar lugar a velocidades asombrosas. A pesar de que hoy en día se ha podido comprobar la certeza de sus afirmaciones, sus reflexiones no generaron gran impacto en la época. En este camino histórico, un punto interesante de mencionar está relacionado con la industria del celuloide y no con la investigación científica. Así, en 1966 Richard Fleicher dirige la película Viaje alucinante que cuenta la travesía de unos científicos a través del cuerpo humano. En el film, los científicos reducen su tamaño al de una partícula y se introducen en el interior del cuerpo de un investigador para destrozar el tumor que le está matando. Por primera vez en la historia, se considera esto como una verdadera posibilidad científica, significando además la película un gran éxito comercial.

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Viaje alucinante. Volviendo a la ciencia, habría que avanzar algo más de una década en el tiempo para encontrar las primeras utilizaciones conceptuales de la nanotecnología. En este sentido, otro hombre destacado en la definición y desarrollo de este concepto fue Eric Drexler. Ingeniero estadounidense, fue dado a conocer durante las décadas de los 70 y 80 por popularizar los potenciales de la nanotecnología molecular. De esta manera, en su libro de 1986 Engines of Creation describe los posibles avances con esta tecnología, utilizando como propio el concepto de nanotecnología que había sido acuñado en 1974 por el profesor de la Universidad de Tokio Norio Taniguchi para describir la posibilidad de manufacturar materiales con una precisión de nanómetros. Su tesis doctoral realizada en el MIT fue posteriormente revisada y publicada bajo el título Nanosystems Molecular Machinery Manufacturing and Computation en 1992, recibiendo el premio de la Asociación de Editores Americanos como el mejor libro de ciencia de dicho año. Entre sus diferentes predicciones, resaltaba que la nanotecnología podría llegar a usarse para solucionar gran cantidad de los problemas de la humanidad, pero, por otra parte, si fuera utilizada con los fines no adecuados, también podría generar un elevado grado de destrucción (a través, por ejemplo de poderosas armas). A pesar de todo, muchas de sus predicciones iniciales realizadas no se han cumplido y, hoy en día, muchas de sus ideas parecen exageradas ante la opinión de otros expertos en la materia. Habría que saltar a la década de los 80 para encontrar nuevamente un descubrimiento de importancia significativa en este campo: en 1982 Gerd Binning y Heinrich Rohrer descubren el microscopio de barrido efecto túnel (STM). El

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funcionamiento consiste básicamente en detectar una corriente eléctrica túnel, no permitida clásicamente pero si cuánticamente, entre una punta de dimensiones atómicas y una superficie. La corriente es minúscula, un nanoAmperio (0.000000001 Amperios) cuando se aplica un voltaje de milivoltios. Galardonados con el Premio Nobel de Física en 1986, su invención ha permitido obtener mapas tremendamente precisos de superficies en las que cada átomo puede distinguirse. Además, también ha proporcionado imágenes atómicas de moléculas de ADN, de extrema importancia en el campo de la genética.

Esquema del funcionamiento del efecto túnel. En esta misma década de los 80, aparece un nuevo concepto asociado con la nanotecnología: los fulerenos. En 1985, Curl, Harold Kroto y Richard Smalley descubren la tercera forma alotrópica del carbono. Usando experimentos de espectroscopía molecular, pudieron observar picos que correspondían a moléculas con una masa molecular exacta de 60, 70 o más átomos de carbono. Este descubrimiento fue premiado en 1996 con el Premio Nobel de Química. De entre los fulerenos más conocidos, destaca el buckminsterfulereno. Se trata del fulereno más pequeño de C60 en el que ninguno de los pentágonos que lo componen comparte un borde. La estructura de C60 es la de una figura geométrica truncada y se asemeja a un balón de fútbol (domo geodésico), constituido por 20 hexágonos y doce pentágonos, con un átomo de carbón en cada una de las esquinas de los hexágonos y un enlace a lo largo de cada arista. El nombre de Buckminsterfulereno 54


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Ejemplo de fulereno C60. viene de Richard Buckminster Fuller con motivo de la similitud de la molécula con una de las construcciones del mencionado arquitecto. Desde su descubrimiento, la evolución en el estudio de estas estructuras ha sido constante: fulereno C20, no tiene hexágonos sólo doce pentágonos; fulereno C70, tiene doce pentágonos al igual que el buckminsterfulereno, pero tiene más hexágonos y su forma, en este caso, se asemeja un balón de rugby; nanotubo; etc. Descubiertos en 1991 por Sumio Iijima mientras investigaba con los fulerenos, la evolución de los mismos ha sido constante en el tiempo. A pesar de existir de diferentes materiales (silicio o boro, por ejemplo), los más importantes y aquéllos que de manera genérica son denominados bajo este concepto son los nanotubos de carbono. Por todo ello, hoy en día estos compuestos son considerados como una forma alotrópica más del carbono, al igual que el diamante, el grafito o los fulerenos anteriormente mencionados. Su estructura puede considerarse procedente de una lámina de grafito enrollada sobre sí misma. Dependiendo del grado de enrollamiento y de la configuración de la lámina original, el resultado puede llevar a nanotubos de distinto diámetro y geometría interna. Estos tubos conformados como si los extremos de un folio se uniesen por sus extremos formando un canuto, se denominan “nanotubos monocapa”. Existen también nanotubos cuya estructura se asemeja a la de una serie de tubos concéntricos, incluidos unos dentro de otros, a modo de muñecas matrioskas y,

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Ejemplo de nanotubo. lógicamente, de grosores crecientes desde el centro a la periferia, los cuales son denominados “nanotubos multicapa”.

Ejemplo nanotubo monocapa. Dada su importancia y el desarrollo de estudios relacionados con los mismos, hoy en día los nanotubos están considerados como un elemento esencial para el desarrollo de campos tan distantes como el militar, la electrónica, los sensores o los tejidos. Con todos estos estudios y trabajos previos, ¿cuál es la situación en la actualidad? Pues bien, se debe indicar que el número de grupos investigando en esta área avanza de manera imparable. Prácticamente todos los campos están invirtiendo tiempo y dinero en el desarrollo de nuevos materiales en el mundo “nano”. Aunque los ejemplos pueden ser diversos y de lo más variopinto (en el año 2001, James Gimezewski entra en el libro de los récord Guinness por haber inventado la calculadora más pequeña del mundo), un campo que se encuentra siempre en mente de todos es el relacionado con la inteligencia artificial. Así, proyectos basados en integraciones a escala de terabits (un billón de bits) por centímetro cuadrado, están acaparando una gran relevancia. Esta memoria es la equivalente a 56


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la que tienen aproximadamente 200 ordenadores juntos y se podría llegar a conseguir en un botón y en un plazo muy corto de tiempo. Para ello se está trabajando en memorias magnéticas y, naturalmente, se necesitan lectores magnéticos en el rango del nanómetro. Por ello diferentes investigaciones están trabajando en el desarrollo de nanocontactos magnéticos balísticos que presenten una gran magnetoresistencia a temperatura ambiente. La memoria de un terabit es la que tiene un ser humano, con lo que el funcionamiento de estas estructuras podría calificarse de inteligente. De esta manera, con semejante capacidad, no sólo se podrán almacenar datos, sino también analizarlos, seleccionarlos y tomar las decisiones más convenientes en un momento determinado. En este camino, ya existe el proyecto denominado “milpies” consistente en construir millones de pequeñas puntas de manera que unas leen datos y otras procesan, seleccionan y toman decisiones. Este proyecto se desarrolla en IBM Zurich y tiene implicaciones científicas y tecnológicas de gran trascendencia como ocurrió con el microscopio de efecto túnel descrito anteriormente. Pero ¿cuál es el horizonte de esta tecnología? La respuesta a día de hoy a semejante pregunta se presenta muy compleja, ya que las perspectivas que se vislumbran por el momento son prácticamente inimaginables. Seguramente todo dependerá de nuestra imaginación, curiosidad, tenacidad y medios materiales pero,

El futuro de la “inteligencia artificial”. sobre todo y como siempre, de nuestros recursos económicos y humanos. En este sentido, las inversiones públicas millonarias en nanotecnología realizadas por EE.UU., Japón, China y Europa ponen de manifiesto que la investigación del 57


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nanomundo es considerada un área estratégica por las potencias mundiales. Como ejemplo, el presupuesto del Gobierno Federal de los Estados Unidos de América dedicados a esta área para el periodo 2005-2008 ha ascendido a 3.700 millones de dólares y la dotación presupuestaria de la Unión Europea para el periodo de 20072013 se eleva a 4.800 millones de dólares7. Y en España ¿qué ocurre en nanotecnología? Pues como en otros muchos campos, vamos con retraso. A modo de ejemplo, en el Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica 2000-2003, la nanotecnología no estaba presente. Otro dato representativo de nuestra situación lo muestra la Comisión Europea, la cual revela en sus comunicaciones sobre esta área que somos el país europeo con menor gasto por habitante en nanotecnología, incluidos los nuevos socios (EU-25). La cantidad de gasto, cifrada en 0,039 € por habitante, dista mucho de los 5,6 € de Irlanda, el país de Europa que más invierte en esta tecnología. Sin embargo y a pesar de esta escasa financiación, tanto pública como privada, los nanotecnólogos españoles se encuentran entre los más destacados del mundo, compitiendo en campos como la nanobiología con grupos de investigación de países mucho más desarrollados que el nuestro. Por ello, buscando solucionar esta problemática de retraso, e intentando impulsar la nanotecnología en España para poder acercar el nanomundo a la sociedad, se ha creado la red NanoSpain, coordinada por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Fundación Phantoms. Esta red es la mayor de nanotecnología dentro del panorama científico español y cuenta actualmente con la presencia de 189 grupos de investigación (y más de 1.000 investigadores) pertenecientes a instituciones públicas, Universidades, CSIC, parques científicos, centros tecnológicos y empresas. Por ello, si queremos colocarnos al mismo nivel que la Europa avanzada en esta materia, éste debería ser un ejemplo de camino por recorrer, poniendo todos aquellos medios humanos y económicos necesarios para su ejecución.

3.2 APLICACIÓN AL SECTOR TEXTIL / CONFECCIÓN. Los diferentes usuarios de prendas textiles muestran, día a día, unas necesidades de uso cada vez más exigentes. Por este motivo, las distintas actividades industriales relacionadas con el sector se ven involucradas en la búsqueda y 58

7 Hacia una estrategia europea a favor de las nanotecnologías. Comunicación de la Comisión Europea, COM, 2004, 338.


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desarrollo de nuevas tecnologías potencialmente utilizables en los textiles, siendo estas nuevas necesidades uno de los impulsores que mueven a la industria. Crear, modificar y mejorar los textiles a escala molecular e incrementar su durabilidad y prestaciones más allá de lo hoy ofrecido por los tejidos convencionales, puede ser posible gracias a la utilización de la citada tecnología a escala nano. De esta manera, valores añadidos a los tejidos tales como: hidrofobicidad, hidrofilidad, antibactericidad, transpirabilidad, resistencia mecánica o electrónica incorporada, se pueden conseguir hoy en día gracias a la aplicación de la nanotecnología. En este sentido y como ya se ha comentado previamente, esta metodología debe ser considerada como un campo de análisis esencialmente multidisciplinar donde coexisten una gran variedad de estudios cuyo nexo de unión es la escala de la materia con la que se trabaja. Por este motivo, cualquier tipo de clasificación o subdivisión dentro de la misma se muestra complejo ya que, de manera general, una gran cantidad de áreas permanecen permanentemente interrelacionadas. Así, una manera inicial e intuitiva de poder relacionar y diferenciar los productos textiles dentro de esta área podría estar relacionada con la implicación de elementos electrónicos en su estructura. De esta manera, se podría realizar una división entre materiales no-electrónicos (englobados dentro de un apartado genérico de nanomateriales) y aquellos compuestos que sí presenten dichos elementos en su estructura. Ejemplos representativos de ambos grupos se recogen a continuación. 3.2.1 Aplicación de nanomateriales al vestir. Se entiende por nanomateriales aquellos materiales que son construidos a nanoescala, es decir, con unas características estructurales de una dimensión entre 1-100 nanometros, independiente del tipo de material que sea. La cualidad más importante y sorprendente de esta nueva familia de materiales es el desarrollo de importantes propiedades dependientes del tamaño cuando sus dimensiones alcanzan el rango nanométrico. De esta manera, los potenciales usos derivados de estas nuevas propiedades obtenidas a escala nano, abren un abanico de posibilidades de trabajo de dimensiones inimaginables.

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Debido a la elevada diversidad que presentan los nanomateriales, su posible clasificación se presenta muy compleja y ha ido variando con el tiempo. Una primera subdivisión consistía en introducir estos compuestos en tres grandes grupos: nanopartículas, nanocapas y nanocompuestos. Sin embargo, la evolución de las clasificaciones se muestra constante, en función de los nuevos descubrimientos. De esta manera, en la actualidad, la Agencia del Medioambiente en los Estados Unidos ha desarrollado una nueva clasificación de los nanomateriales basada en cuatro grupos. Basados en carbono: Son aquellos nanomateriales que están formados con un gran porcentaje de carbono, y suelen adoptar diferentes tipos de formas como esferas huecas, elipsoides o tubos. Basados en metal: Son aquellos nanomateriales que incluyen puntos cuánticos tales como las nanopartículas de oro y plata, o los óxidos metálicos como el dióxido de titanio. Dendrímeros: Estos compuestos tienen la característica de ser polímeros construidos a partir de unidades ramificadas. Compuestos: Como su propio nombre indica, este tipo de nanomateriales está basado en combinaciones de nanopartículas tanto con otros compuestos similares en escala como con materiales de mayor tamaño. Como se puede comprobar, las potenciales clasificaciones pueden llegar a ser muy variadas y su ámbito de aplicación enormemente extenso. Por ello, para una mejor comprensión en el campo del TC, sería mejor tratar los diferentes tipos de materiales de manera individual, aludiendo a sus principales aplicaciones dentro del sector. En este camino, desde que Nano-Tex, empresa subsidiaria de Burlington Industries, INC, comercializó en 1998 por primera vez el término nanotecnología en la industria textil para dar nombre a un acabado hidrófobo, el auge experimentado por la investigación en este campo en los últimos años ha sido espectacular, 60


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poniendo de manifiesto las potenciales mejoras que pueden proporcionar a la vida cotidiana. Algunas de ellas son mostradas a continuación. 3.2.2 Textiles autolimpiables. Los tejidos con superficies nanoestructuradas pueden ofrecer grandes ventajas comparados con sus análogos convencionales en una gran cantidad de campos, entre ellos en limpieza. De esta manera, el sueño de no lavar la ropa podría estar más cerca. Es conocido que el agua de lluvia no puede mantenerse en las hojas de la flor de loto y resbala, dado que en ningún momento entra en contacto con dichas hojas. Esto es debido a que la superficie de las hojas está estructurada nanogranularmente, lo cual hace que, por una cuestión de tensión superficial, cuando el agua o la suciedad líquida cae sobre ella, permanece en forma de gota sin extenderse ni adherirse.

Hojas de loto. Este hecho, conocido como “Efecto Loto”, ha sido imitado por los científicos y llevado a la práctica a través de micro y nano esferas de poliestireno recubiertas de nanotubos, buscando así facilitar y acortar los trabajos de limpieza y disminuyendo la cantidad de medios de limpieza a emplear. Un dato importante es que ninguno de los componentes por separado presenta estas propiedades de elevada hidrofobia. Solamente cuando se combinan bajo unas condiciones determinadas, consiguen dotar a la superficie de dichas propiedades.

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“Efecto Loto”. Los potenciales usos de estas prendas son muy variados y podrían resultar prácticamente imprescindibles para aquellos negocios obligados a mantener la higiene como tiendas de alimentación, restaurantes, bares, carnicerías, mataderos, etc.; así como resultaría de gran ayuda, para todos aquéllos que quieran ahorrarse tiempo y trabajo a la hora de la limpieza o proteger sus más valiosos objetos de la suciedad y las influencias climáticas. Además, si el efecto de rechazo a la suciedad llegara a debilitarse, simplemente con limpiar la superficie con un medio suave y aclarar con agua sería suficiente para recuperar el efecto deseado en los tejidos tras el proceso de secado. Una idea de la elevada importancia adquirida por esta metodología, queda mostrada con la participación de empresas del potencial de Schoeller y BASF en el desarrollo de diferentes tipos de productos basados en ella. Además de tejidos súper-hidrófobos, uno de los principales retos de esta tecnología ha sido el desarrollo de tejidos que pudieran repeler las grasas, ya que el aceite presenta una tensión de superficie muy inferior a la del agua, por lo que tiene mayor tendencia a extenderse sobre las superficies y adherirse a ellas. Por ello, la creación de los denominados materiales súper-oleofóbicos se había mostrado prácticamente como una quimera. Sin embargo, parece que la creación de dichos materiales puede estar más cerca después de los últimos avances presentados por Investigadores del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) y del laboratorio de investigación de la Base Edwards de las Fuerzas Aéreas en California, los cuales han presentado estudios sobre materiales que repelen la grasa y son capaces de 62


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autolimpiarse sin ayuda de agua y jabón. En sus estudios, el material resultante es tan oleofóbico que el aceite, que normalmente se pega a las superficies, en realidad rebota hacia el exterior. Dados estos estudios, el presente más próximo consistirá en desarrollar todos aquellos detalles que hagan que funcionen, tanto mostrando el esquema de los métodos para fabricar estructuras súper-oleofóbicas describiendo qué tipo de propiedades químicas serían necesarias, como también sus diversas combinadas a niveles micro y nanoscópico. 3.2.3 Textiles Antibacterianos. Son productos basados en la aplicación de nanopartículas de plata (Ag), óxidos de titanio (principalmente TiO2) y zinc (ZnO) a los diferentes tejidos. El carácter antiséptico que adquieren estas telas está basado en las propiedades intrínsecas antibacterianas que presentan los compuestos químicos introducidos, los cuales no se van con el lavado o en el peor de los casos, pierden sus propiedades muy lentamente después de lavarlos y aclararlos en repetidas ocasiones. La metodología por la cual se introducen los compuestos químicos con propiedades antibacterianas puede ser variado e iría desde la confección de la prenda con nanofibras sintéticas de dichos materiales (principalmente de plata), hasta la confección de las prendas con fibras naturales, en las cuales, la aplicación del elemento antibacteriano se hace por medio de aprestos o nanoencapsulado. El número de aplicaciones de estos productos dentro de la industria textil/confección es muy variado y puede ir desde protectores de colchones o almohadas hasta prendas de vestir propiamente dichas. A pesar de la innegable importancia que semejantes compuestos pueden presentar en lugares de elevado impacto bacteriológico (como son los hospitales), también se debe constatar el peligro derivado de un uso excesivo de estos materiales. Sucede que, en la piel de las personas, habita y perdura una gran colonia de hongos y bacterias que contribuye con un ecosistema microbiano rico y variado, que cumple un papel esencial en el equilibrio del organismo. La acción antibacteriana de estos productos no distingue entre aquellas bacterias consideradas 63


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“beneficiosas” para el organismo y aquellas “perjudiciales”, por lo que una eliminación indiscriminada de microorganismos llevaría asociada la pérdida de aquéllos considerados vitales para la vida, situación que tendría consecuencias completamente funestas para nuestra salud. Por ello, para no alterar el ecosistema de la piel, los fabricantes de este tipo de compuestos deberán tener en cuenta este equilibrio vital. En este camino, uno de los estudios de futuro más próximo debería pasar por el desarrollo de materiales que eviten la formación de las bacterias no deseadas, en vez de la aniquilación de las mismas después de su aparición. 3.2.4 Textiles antiarrugas. De manera análoga a los productos de otros sectores (por ejemplo, cosmética), los tejidos con propiedades de resistencia al arrugado están basados en la utilización de nanopartículas principalmente de óxidos tanto de titanio (TiO2) como de silicio (SiO2). Posiblemente este tipo de tejido pueda ser uno de los productos textiles más conocidos por el público en general, ya que desde hace un tiempo se pueden encontrar en el mercado prendas con estas características. Uno de los claros ejemplos es el pantalón antiarrugas comercializado como Dockers antiarrugas.

Pantalones dockers. 3.2.5 Textiles antiolores. Como su propio nombre indica, el desarrollo de tejidos que eviten la presencia de malos olores se presenta como otra de las líneas de investigación prioritaria dentro de la nanotecnología en el sector textil. En este ámbito de actuación, las áreas de trabajo están encaminadas hacia dos campos bien diferenciados. Por un lado aquellos productos que lleven incorporados fragancias y, por otro, aquellos tejidos que eviten la producción del sudor que conduce al mal olor. 64


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Para el primer caso, el desarrollo de textiles que lleven incorporados fragancias, la metodología principal para su consecución está relacionada con la utilización de sistemas de nanoencapsulado de partículas con diversos principios activos que dan lugar a la liberación de estas fragancias. Dicha liberación puede realizarse de diferentes formas en función de cada tipo de producto, siendo la fricción del tejido o los cambios térmicos aquellas metodologías más comunes. Por otra parte, la eliminación de un potencial mal olor a través de la reducción/eliminación del sudor, presenta unas características de utilización totalmente entroncadas con las mostradas para la eliminación de bacterias. De esta manera, tejidos formados por fibras o nanopartículas de plata han sido utilizadas en este campo en la fabricación de diversos productos como calcetines o camisas. Pero no solamente ha sido utilizada la plata. Así, nanopartículas de corcho de bambú han sido usadas con éxito en la absorción de olores dado el elevado número de poros que presenta en su estructura, ideal para atrapar estos elementos malolientes. 3.2.6 Textiles ligeros y resistentes. Uno de los principales avances introducidos por la nanotecnología en la industria textil es la posibilidad de desarrollar tejidos con propiedades de ligereza y resistencia elevada. Para ello ha resultado esencial el desarrollo de los denominados nanotubos, estructuras ya comentadas a lo largo del presente capítulo. De manera general, la metodología más común consiste en la aplicación como aditivo de nanotubos de carbono sobre una matriz polimérica, situación que modifica las propiedades iniciales de dicha matriz haciendo que aumente considerablemente en resistencia mecánica (en algunos casos más de 15 veces la resistencia inicial de las fibras sin nanotubos) y ligereza, mejorando también las características de conductividad térmica y eléctrica. Los estudios en este campo parecen constantes y la fabricación de este tipo de productos ultraligeros y resistentes pueden tener una elevada gama de aplicaciones, que pueden ir desde la fabricación de productos utilizables en construcción (incorporación a estructuras de hormigón armado dañados por acciones físico-mecánicas), hasta productos más próximos al ámbito que nos 65


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aplica: ropa de protección militar como son los chalecos antibalas.

Ejemplo de tejido con fibra de carbono. 3.2.7 Textiles coloreados sin tintes. La posibilidad de conseguir nuevas prendas textiles coloreadas sin necesidad de utilizar los consabidos tintes y pigmentos ya puede ser considerada una realidad. La aplicación de nanopartículas de oro sobre lana Merino, consigue conferir al textil una elevada gama de colores en función del tipo de nanopartícula a utilizar así como del tamaño de la misma, ya que dependiendo de estos dos parámetros, la luz se refleja de distinta forma aportando colores vistosos.

Diferentes coloraciones de lana Merino con nanopartículas de oro. Pioneros en este campo han sido los estudios realizados en la Victoria University of Wellington8. donde han conseguido que partículas de oro de pequeño tamaño (2-5 nm.) puedan dar a las prendas un color rojo intenso. A medida que el tamaño de partícula va aumentando, la interacción con la luz va cambiando y los colores que adquiere la lana van tornando hacia naranja, amarillo, violeta (50-70 nm), azul y finalmente, en muchos de los casos, (>1000 nm).

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8 Para ver noticias sobre dicha Universidad: <http://www.victoria.ac.nz/scps/news/>.


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Además del lujo asociado a llevar prendas “de oro”, esta metodología de coloración presenta como ventaja asociada la posibilidad de mantener la intensidad de los colores en el tiempo, situación de difícil competencia utilizando los colorantes orgánicos tradicionales. Lógicamente, el principal inconveniente asociado a esta metodología es el precio. A modo de ejemplo, en la actualidad una pequeña bufanda realizada con lana con nanopartículas de oro puede alcanzar los 200 €. 3.2.8 Textiles con elevada protección UV. Uno de los principales problemas asociados con la desaparición de la capa de ozono, es la mayor incidencia de la radiación solar. Por ello, todos los estudios encaminados a la protección del ser humano de las radiaciones UV provenientes del sol siempre adquieren elevada importancia. En este sentido, en los últimos tiempos se ha llevado a cabo una elevada labor investigadora encaminada al desarrollo de productos textiles destinados al uso en situaciones de exposición prolongada a la luz solar, en particular en aquéllos relacionados con su uso en épocas estivales: bañadores, gorras, ropa deportiva, etc. Para poder llevar a cabo un aumento del factor de protección ultravioleta del textil sin que su aplicación influya en las propiedades toxicológicas del artículo (alergias, erupciones cutáneas, etc.), se ha realizado la introducción de nanopartículas inorgánicas (principalmente TiO2) en las prendas, de tal manera que se mantienen todas las propiedades iniciales de los tejidos aumentando la protección UV, ya que a esta escala, estas partículas no dispersan la luz solar pero sí bloquean los rayos ultravioleta.

3.3 BIBLIOGRAFÍA . [1] Páginas relacionadas con la nanotecnología: www.nanotecnología.com; www.euroresidentes.com; www.portalciencia.net; www.nanospain.org; www.nanotechnow.com/; www.solociencia.com; www.euroresidentes.com. [2] Para profundizar en el conocimiento de la Ley de Inducción Magnética: "Física General" Van Der Merwe; Ed. McGraw-Hill; "Física Moderna" Gautreau Ed. McGraw-Hill. 67


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[3] Links de fácil acceso sobre Teorías Atómicas: www.fisicanet.com.ar/quimicalteoria_atomical;www.monografias.com/trabajos/ teoatomicas/teoatomicas.shtml. [4] Para desarrollos de Teorías Atómicas: "Conceptos esenciales de Química General” Raymond, Ch.; Ed McGraw-Hill, 43 ed. 2006. "PRINCIPIOS DE QUIMICA. Los caminos del descubrimiento" Atkins, P.; Ed. Médica Panamericana, 33 ed., 2006. [6] Evolución histórica del transistor: http://www.pbs.org/transistor/. [7] Inicio del concepto de nanotecnología: "There 's plenty of room at the bottom" Feynman, R.P.; Journal of Microelectromechanical Systems, Volume 1, Issue 1, 1992, 60- 66. [8] Publicaciones relacionadas con la nanotecnología: a) "Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology" Drexler, K.E.; Ed. Doubleday, 1986. b) "Nanosystems Molecular Machinery Manufacturing and Computation" Drexler, K.E.; Ed. Wiley; 1st Edition, 1992. [9] Lecturas relacionadas con fulerenos: "The Most Beautiful Molecule: The Discovery of the Buckyball" Hugh Aldersey- Williams, Ed. John Wiley & Sons, 1995. [10] Lectura relacionada con nanotubos: "Carbon Nanotubes, Top- ics in applied physics" Dresselhaus, M. S.; Dresselhaus, G.; Avourios, P. Springer - Verlag Berlin Heidelberg, 80, 1-9, 2001. [11] Publicaciones recientes sobre el Efecto Loto: a) Blossey, R. "Self-cleaning surfaces - virtual realities". Nature materials, 2003, 2, 301-306. b) Otten, A; Herminghaus, S. "How plants keep dry: A physicists point of view" Langmuir, 2004, 20: 2405-2408. c) Marmur, A "The lotus effect: superhydrophobicity and metastability".Langmuir, 2004, 20: 3517-3519. d) www.technologyreview.com/N anotech 1973 O/?a=f.

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[12] Para ejemplo de tejidos autolimpiables: Tuteja, A; Choi, W.; Ma, M.; Mabry, J.M.; Mazzella, S.A; Rutledge, G.C.; McKinley, G.H.; Cohen, R.E. Science, 2007, 318, 1618-1622. [13] Algunas publicaciones representativas de la aplicación de la nanoelectrónica al vestir: a) Melosh, N.; Boukai, A; Diana, F.; Gerardot, B.; Badolato, A; Petroff, P.; Heath, J.R. Science, 2003, 300, 112. b) Das, S.; Gates, AJ.; Abdu, H.A; Rose, G.S.; Picconatto, C.A; Ellenbogen, J.C. IEEE Trans. on Circuits and Systems I, 2007, 54, 11. c) Goicoechea, J.; Zamarreñoa, C.R.; Matiasa, I.R.; Arregui, F.J. Sensors and Actuators B: Chemical, 2007,126,41. [14] a) "Wearable Electronics and Photonics", Ed. Xiaoming Tao. 2005. b) "Smart Textiles for Medicine and Healthcare. Materials, Systems and Applications" Ed. Van Langenhove L., 2007. Algunas direcciones de interés en este campo: a) http://www.smarttextiles.se/eng/; b) http://smartextiles.co.uk/; c) http://www.smartextiles.info/.

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CAPÍTULO IV LA ELECTRÓNICA COMO ELEMENTO DINAMIZADOR DEL VALOR AÑADIDO DE PRODUCTOS DEL SECTOR TEXTIL / CONFECCIÓN Hace sólo dos o tres décadas atrás, la palabra “electrónica” era aún un término prácticamente desconocido para un ciudadano medio. No obstante hoy en día no es necesario incidir demasiado sobre la importancia que ésta misma, la electrónica, tiene sobre nuestras vidas. La electrónica, y más concretamente sus aplicaciones, se pueden percibir fácilmente en el entorno que nos rodea: aparatos de reproducción de sonido y televisión, teléfonos móviles y PDA, dispositivos de regulación, de mando a distancia, de medida, de control, etc. Gracias a la misma, a la electrónica, el campo de percepción de nuestros sentidos ha aumentado: las calculadoras y los cerebros electrónicos superan a diario las posibilidades del hombre. Por otra parte, y acercándonos ya al ámbito de estudio de este libro, podemos afirmar que uno de los elementos que acompaña al hombre prácticamente en todo momento, desde su alumbramiento hasta su descenso, son sus prendas de vestir, su indumentaria. Bien sea para trabajar, para pasear, para divertirse y al escoger momentos de ocio, el ser humano elige sus prendas de manera que se adapten a la actividad que pretende realizar, y que le ayuden a mejorar su desempeño en la misma. Es ahí precisamente donde las prendas inteligentes, las que integran electrónica en el soporte textil, juegan un papel importante, haciendo aún más fáciles y cómodas las tareas del individuo. La electrónica de esta forma se está encargando durante los últimos años, en una de sus ramas de investigación, de integrar dispositivos electrónicos miniaturizados en las prendas que vestimos, según las aplicaciones requeridas por cada tipo de prenda/actividad. De esta forma, las prendas inteligentes creadas a partir de componentes y principios electrónicos están ofreciendo una amplia evidencia del enorme potencial y oportunidades aún abiertas dentro del sector confección. Considerando lo anterior, no sería arriesgado afirmar que nuestro día a día en un futuro no muy lejano podría estar regulado de manera significativa por dispositivos 71


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inteligentes, muchos de ellos integrados en nuestras prendas de vestir y en los textiles que nos rodean. No obstante, los textiles inteligentes no están destinados a aplicaciones exclusivamente del sector confección de prendas de vestir, sino que están demostrando igualmente su efectividad en áreas tales como los materiales biomédicos. Finalmente, y para resaltar aún más si cabe la importancia de este subsector en crecimiento, de acuerdo con uno de los últimos estudios realizados por la VDC9, el consumo de textiles interactivos e inteligentes a nivel mundial tiene una previsión de crecimiento en 2008, de manera que podría alcanzar los 720 millones de dólares en este año. Entre las principales razones identificadas para este crecimiento se encuentran: las necesidades evidentes para aplicaciones críticas en áreas tales como salud y supervivencia, las necesidades “de lujo” creadas por nichos muy específicos de consumidores y, muy importante, la practicidad de muchas de las soluciones que se están creando, además, con un gran potencial de mercado. Por su parte, existen también inhibidores de estas previsiones de crecimiento, y entre ellos se cuentan: los precios de mercado de estas prendas, el coste de los materiales empleados en la construcción de las mismas, y aún más preocupante, la ausencia de estándares internacionales en materia de electrónica aplicada al vestir. Pero para adentrarnos en el tema de estudio, para poder entender cómo la electrónica consigue mejorar la calidad de vida mediante sus aplicaciones en el textil/confección y cómo otorga valor añadido a los productos creados sobre este tipo de soporte, sería interesante repasar previamente algunos conceptos básicos que se presentan a continuación.

4.1 HISTORIA Y EVOLUCIÓN . La electrónica es la rama de la física y fundamentalmente una especialización de la ingeniería, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo microscópico de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente, utilizando una gran variedad de dispositivos, desde las válvulas termoiónicas, hasta los semiconductores. 72

9 United States based, Venture Development Corporation


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El diseño y la construcción de circuitos electrónicos para resolver problemas prácticos, forma parte de los campos de la ingeniería electrónica, la electromecánica y la informática. Se considera que la electrónica comenzó con el diodo de vacío inventado por John Ambrose Fleming en 1904. El otro gran paso lo dio Lee De Forest cuando inventó el triodo en 1906, dispositivos indispensables en la fabricación de los primeros amplificadores de sonido, receptores de radio y televisores.

Diodo zener. Conforme pasaba el tiempo, estas válvulas de vacío (diodos y triodos), se fueron perfeccionando y mejorando, apareciendo otros tipos como los tetrodos (válvulas de cuatro electrodos), los pentodos (cinco electrodos), otras válvulas para aplicaciones de alta potencia, etc., y dentro del proceso de perfeccionamiento de las válvulas, se encontraba también su miniaturización. Pero fue definitivamente con el transistor, aparecido de la mano de Bardeen y Brattain de la Bell Telephone en 1948, cuando se permitió aún una mayor miniaturización de aparatos tales como las radios. El transistor de unión, dispositivo utilizado actualmente para la mayoría de las aplicaciones de la electrónica, apareció algo más tarde en 1949. Sus ventajas respecto a las válvulas son entre otras: menor tamaño y fragilidad, mayor rendimiento energético, menores tensiones de alimentación, etc. El transistor no funciona en vacío como las válvulas, sino en un estado sólido semiconductor (silicio), razón por la que no necesita centenares de voltios de tensión para funcionar. No obstante, y a pesar de la expansión de los semiconductores, las válvulas todavía se siguen utilizando porque ofrecen unas cualidades sonoras que no muestran los transistores.

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En 1958 se desarrolló el primer circuito integrado, que integraba seis transistores en un único chip. En 1970 se desarrolló el primer microprocesador, Intel 4004, y en la actualidad, los campos de desarrollo de la electrónica son tan vastos que ésta se ha dividido en varias ciencias especializadas.

Chip en circuito integrado. De esta forma, para concluir este apartado de “historia”, podemos decir que la electrónica, nacida en el siglo XX, es una rama de total actualidad y perfectamente integrada a la civilización moderna y, también, ligada a nuestro futuro.

4.2 APLICACIONES DE LA ELECTRÓNICA EN DIVERSOS SECTORES INDUSTRIALES. Son numerosas las aplicaciones que la electrónica puede tener en los diversos sectores industriales. De forma muy general, podría afirmarse que lo que hace la mecánica puede hacerlo la electrónica, pero con una mayor fidelidad e innegable rapidez debido a la débil inercia de los electrones. La primera propiedad a señalar de la electrónica es, evidentemente, la "amplificación". Tomemos por ejemplo la fuerza: si mediante la mecánica se quiere obtener una fuerza mayor, se utilizará una palanca. En un coche, al presionar el acelerador se consigue poner en marcha los caballos del motor con una ligera presión sobre el pedal correspondiente.

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De forma análoga, en electrónica se consiguen estos aumentos de señal, que permiten dirigir a distancia los satélites artificiales y recibir sus mensajes. No obstante, en nuestros días, la dificultad no estriba ya en amplificar, sino en amplificar sin deformar la menor señal. Es más difícil, en efecto, multiplicar por diez una millonésima de watt que multiplicar por un millón una décima de watt. Pero la electrónica goza de otra propiedad muy importante: la de controlarse a sí misma asegurando su estabilidad. Toda desviación de la norma establecida, engendra a la salida de un circuito lo que denominamos una "señal de error", la cual convenientemente amplificada y reincorporada a la entrada del circuito, se superpondrá a la señal incidente para reforzarla o debilitarla, según el caso. Esto es esencialmente lo mismo que hace el automovilista quien, con el volante, rectifica la posición de su coche cuando sus sentidos le indican que se ha desviado del camino a seguir. Estas características de la electrónica permiten comprender las múltiples utilizaciones de esta técnica en todos los terrenos y especialmente en el de la industria textil. Entre las aplicaciones prácticas de la electrónica, son bien conocidas las de radiodifusión, televisión y telecomunicaciones, debido especialmente al desarrollo de los haces hertzianos. Su importancia en navegación se ha hecho hoy preponderante. El equipo electrónico de los aviones actuales representa la mitad de su precio de fabricación y más aún en los cohetes. Asimismo, los problemas que se presentaban en la radionavegación han dado un gran empuje a la investigación electrónica y en gran parte gracias a ello, se debe que la técnica electrónica haya podido tomar una orientación tal que su empleo en las aplicaciones industriales haya podido ser mucho más afortunada, más segura y, en consecuencia, más abundante. Ninguno de nosotros ignora, en efecto, las exigencias de peso, volumen, solidez y rendimiento que plantean la aviación, los cohetes o los satélites artificiales y para 75


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ello, la combinación de los transistores, de las piezas en miniatura, de los circuitos impresos que ha creado la electrónica, han permitido realizar conjuntos electrónicos muy pequeños, muy sólidos, de larga duración y, a veces, funcionando sin fuente exterior de energía, es decir, autónomas. Por otra parte, el problema de mantenimiento y de la conservación se encuentra muy simplificado en electrónica. En lugar de reparar los sub-conjuntos funcionales de electrónica, éstos se tiran y se sustituyen, tal como se hace con ciertas piezas de los automóviles de gran serie. Todas estas ventajas hacen comprender fácilmente el porqué la electrónica entra cada vez más al servicio de todas las ramas de la industria. La electrónica tenía, en tiempo de las técnicas inspiradas por la radio, la reputación de ser frágil. No obstante, los últimos temores van desapareciendo a medida que se acumulan los millones de horas de funcionamiento de los materiales electrónicos. Por otra parte, y para hablar de velocidad de procesamiento, la electrónica juega un papel cada vez más fundamental con sus calculadores numéricos y analógicos. La velocidad de funcionamiento de los mismos crece día a día. Actualmente las máquinas trabajan un millón de veces más rápidamente que en el comienzo de la última guerra. La electrónica domina también las industrias y aplicaciones nucleares. La construcción y el funcionamiento de los aceleradores de partículas dependen esencialmente de esta ciencia. Los radio-isótopos cuyas señales podemos captar gracias al contador Geiger-Müller son hoy en día los elementos activos de numerosos aparatos que miden los niveles, los espesores, el desgaste, que verifican los embalajes y su contenido o que siguen el comportamiento de ciertos cuerpos en el transcurso de reacciones químicas.

4.3 LA ELECTRÓNICA EN LA INDUSTRIA TEXTIL Y CONFECCIÓN. Si observamos cuidadosamente el transcurso y la evolución de este sector, no es difícil llegar a la conclusión de que está compuesto por una industria artesana y 76


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rutinaria, que difícilmente logra liberarse de las manipulaciones y las recetas que han sido cuidadosamente transmitidas de generación en generación. No obstante, quienes han seguido su evolución durante los últimos 20 años, reconocen el carácter radical e irreversible de las transformaciones efectuadas, en gran parte bajo la influencia y con la ayuda de la electrónica. A este hecho ha contribuido enormemente la aceptación de las aplicaciones de la indumentaria electrónica entre el público en general, la cual ha crecido tremendamente en los últimos años. Hoy en día, y sólo para citar un ejemplo, la tercera generación de chaquetas del fabricante O’Neill está abriéndose camino hacia las tiendas del comercio con la integración de un teléfono manos-libres/Bluetooth y de un iPod. El gran reto por tanto, de la ropa interactiva, se centra en miniaturizar componentes electrónicos tanto como sea necesario, optimizando la corriente de entrada y enlazando todos los elementos mediante una red de señalización y líneas de alimentación eléctrica que están integradas en el tejido. Las ventajas de este tipo de integración para numerosos escenarios de aplicación son obvias. El sistema global que se integra en la prenda se miniaturiza y es un 30% más ligero que las soluciones independientes. Se puede utilizar cómodamente, es fácil de operar, está protegido y a salvo (lo que lo hace menos susceptible a los problemas) y es prácticamente “imposible de extraviar”. Es cierto que aún queda mucho por hacer. Por eso es necesario tener en cuenta que todas las aplicaciones electrónicas deben abordarse y resolverse de una forma particularmente científica, en especial si se trata de problemas difíciles, como son los típicos de la industria textil. Por ello, entre las actividades principales para los próximos años no deberíamos pasar por alto la necesidad de formar a ingenieros y científicos altamente calificados y lograr así que la industria se dirija a laboratorios especializados, capaces de proponer técnicas apropiadas para estudiar problemas específicos de aplicación al textil y a la confección. De la misma forma, los empresarios deberían considerar que, en un futuro muy próximo, será necesario y totalmente diferenciador contar con los servicios de especialistas electrónicos para sus aplicaciones en textil/confección; aplicaciones que con toda seguridad proporcionarán una garantía de permanencia en el mercado 77


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y de diferenciación en cuanto a valor añadido. Diferenciación que no se podrá pasar por alto ya que es la misma que demandan los consumidores.

4.4 UN NUEVO TÉRMINO: LA TEXTRÓNICA. A partir de este momento y considerando toda la información reunida hasta ahora y que el lector ha tenido la oportunidad de asimilar, es importante realizar una nueva definición que será muy útil. Se trata de la palabra textrónica. Es un término que proviene de la unión de las palabras textil + electrónica, y que surge precisamente del contexto que hemos estado explicando hasta el momento. La integración de la electrónica miniaturizada en sustratos textiles tales como los sensores y microchips que detectan y analizan estímulos proporcionando una respuesta, son un buen ejemplo de textrónica. Alrededor de todo el mundo se han designado hasta hoy diferentes nombres para definir estos métodos de integración y los resultados obtenidos, algunos de los más comunes, son e-textiles y textronics. En todo caso, se usan para describir los resultados de trabajos sorprendentes que se han obtenido durante los últimos años y que, aunque se iniciaron exclusivamente como aplicaciones para prendas utilizadas por soldados y en el área médica, en los últimos años han demostrado ser igualmente válidas para propósitos de confort, deporte y ocio entre otras, demostrando que cuando la tecnología y la electrónica se incorporan en el diseño de la ropa, se puede llegar por ejemplo a monitorear el ritmo cardíaco del portador, registrar electrocardiogramas, supervisar la respiración, la temperatura y un abanico de funciones vitales, alertando al usuario o al médico si hay algún problema. De esta forma, las empresas que se dedican a la producción de tejidos y a la confección, sujetas como están a elevadas presiones por la fuerte competencia en costes generada por la globalización, han empezado a replantearse hacia dónde debían dirigirse y están llegando por sí mismas a la conclusión de que es necesario aportar algo nuevo al producto, volverlo más funcional, y que, además, la textrónica puede ser uno de los caminos a seguir para afrontar estos nuevos retos del mercado. 78


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En este punto y para tranquilidad de los empresarios del sector, es posible afirmar que se ha investigado hasta ahora mucho en este campo y que se han conseguido resultados espectaculares, pero también es cierto que aún hay mucho por descubrir, no tanto en tecnología sino más bien en lo que a aplicaciones se refiere. Es decir, existe todo un mundo de posibilidades. La tecnología está servida, tan sólo es necesario tener una buena idea, y en esto los empresarios son expertos.

4.5 NANOELECTRÓNICA. Por nanoelectrónica se podría considerar, entre otras acepciones, el estudio y desarrollo de la nanotecnología en la electrónica y todos sus componentes. En este sentido, y atendiendo a este concepto, las posibilidades de utilización que se abren ante nosotros nuevamente se presentan enormemente elevadas. Prácticamente cualquier elemento electrónico que podamos pensar, se podría transformar y utilizar a escala nano. De todos ellos (circuitos, sensores, radios, etc.) posiblemente destaque por encima de todos el desarrollo de la inteligencia artificial. La posibilidad de obtener dispositivos de almacenamiento de información a estas escalas, posibilitaría el desarrollo de productos totalmente novedosos con unos tamaños finales de fácil manejo.

Dimensiones de la nanoelectrónica. En cuanto a la aplicación al sector textil, el camino a seguir sería el marcado hasta la fecha por los denominados wereable electronics10 y Smart Textiles11, productos textiles con una elevada implicación electrónica. De esta manera, los derivados de la nanoelectrónica deberán ser productos textiles que mantengan las características propias de los tejidos en cuanto a flexibilidad y confort, pero además tienen que llevar incorporados componentes electrónicos tales como procesadores, sensores o transmisores. 10 Prendas de electrónica para el vestir. 11 Prendas inteligentes.

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En la actualidad, este tipo de productos ya son una realidad y chaquetas y mochilas que llevan incorporadas células fotovoltaicas, dispositivos de iPod o telefonía móvil se encuentran en el mercado, siendo su precio, de momento, su principal limitación para una comercialización generalizada. Con estos productos ya desarrollados, el objetivo principal que la nanotecnología se plantea en este campo es la aplicación de la misma en el desarrollo de nuevos compuestos con mejores propiedades y aplicaciones de las ya existentes.

4.6 APLICACIONES PRÁCTICAS EN EL CAMPO DE LA TEXTRÓNICA Y LA NANOELECTRÓNICA. Para dar al lector la oportunidad de familiarizarse con estas nuevas tecnologías aplicadas al sector T/C; textrónica y nanoelectrónica, a continuación se presentan algunos ejemplos de aplicaciones conseguidas hasta el momento y que están demostrando aún más, si cabe, la utilidad y el potencial de la electrónica en este sector industrial. 4.6.1 Tejidos con nanosensores incorporados. La utilización de sensores en las prendas textiles ha sido un campo de elevado desarrollo en los últimos años. La posibilidad de supervisar parámetros fisiológicos que ayuden a un control médico sin necesidad de utilizar dispositivos externos anexos a nuestra propia vestimenta, se ha mostrado como un objetivo de estudio de extraordinaria importancia.

Camiseta con sensores. 80


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Variables tales como la temperatura corporal, la presión arterial o el ritmo cardiaco han sido algunas de los primeras en analizar. En este sentido, todavía destacan aún más la utilización de las prendas con nanosensores incorporados. Con ellos se consigue disminuir el tamaño y aumentar las capacidades de almacenamiento, de tal manera que su campo de aplicación aumenta considerablemente. Así, no solamente se podrían recoger estímulos propios del cuerpo, sino también estímulos externos medioambientales, buscando una acción de respuesta instantánea ante los mismos. 4.6.2 Nanodispositivos electrónicos de almacenamiento. La evolución lógica de la nanoelectrónica se dirige hacia conseguir cada vez tamaños más pequeños y de mayor capacidad. La posibilidad de tener prendas en las cuales las tecnologías punteras de almacenamiento de datos a través de la nanoelectrónica permitieran disponer de dispositivos capaces de estar en funcionamiento durante largos periodos de tiempo sin necesidad de recargas y descarga de información, se presenta como un campo de trabajo de elevada importancia. De esta manera, prendas potencialmente utilizables en salvamentos o en trabajos de alto riesgo, podrían adquirir valores añadidos de gran interés.

Nanodispositivos electrónicos. 4.6.3 La camiseta inteligente. Georgia Tech fue el instituto pionero en el desarrollo de prendas que integran electrónica. En 1996, fue desarrollada una “placa base de Pc portable” con el nombre comercial de Smart Short, que fue fabricada para usarla en condiciones de 81


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combate. La prenda utiliza fibras ópticas para detectar heridas de balas y sensores especiales en contacto con el cuerpo que se interconectan para supervisar constantes vitales durante situaciones de combate. El GTWM, el tejido base, contiene fibras ópticas plásticas y otros hilos especiales integrados en su estructura. El tejido identifica la localización exacta del problema físico o herida y transmite la información en segundos. Eso ayuda a determinar quién necesita de atención inmediata en acciones militares, frecuentemente la más crítica en batallas. Además, los tipos de sensores utilizados pueden variar dependiendo de las necesidades del usuario. Por lo tanto, pueden ser personalizados para cada usuario. Por ejemplo, un bombero podría tener un sensor que supervisara el oxígeno o los niveles peligrosos de gas. Otros sensores podrían supervisar la tasa de respiración y temperatura del cuerpo, etc.

Smart Shirt de Sensatex. La Smart Shirt o camiseta inteligente puede ser utilizada en una gran variedad de campos y la compañía Sensatex la fabrica actualmente para los siguientes usos comerciales: - Supervisión médica. - Supervisión de enfermedades. - Supervisión de niños. - Atletismo. - Propósitos militares.

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4.6.4 Un sujetador electrónico para la detección de cáncer de mama. La Montfort University, trabajando sobre el principio de que existen diferencias de conducción entre el tejido sano del pecho y el tejido con un tumor, ha desarrollado un dispositivo usando minúsculas corrientes eléctricas que pasan a través del pecho. Según los investigadores, el tejido se hace más denso con la existencia de tumores, lo que hace más difícil que la electricidad consiga atravesarlo, y el equipo de medición de sensibilidad del sujetador detecta esta situación. Los investigadores afirman que explorando el pecho desde diversos ángulos, se podría obtener un mapa detallado y computarizado de este “crecimiento anormal”. La tecnología podría de esta forma permitir un rápido auto-diagnóstico acerca de la presencia de tumores de mama. 4.6.5 El chaleco sensor para recién nacidos. En el ITV Denkendorf, un equipo interdisciplinario de investigadores ha desarrollado un chaleco especial para bebés. El chaleco sensorial del bebé está equipado con sensores que permiten la supervisión constante de funciones vitales tales como latidos del corazón, ritmo respiratorio, temperatura de la piel y del cuerpo, que se pueden utilizar en la detección temprana y la supervisión de enfermedades circulatorias o del corazón. Los investigadores y el equipo médico aseguran que este chaleco podría ser especialmente útil en la prevención de la muerte súbita y de otros escenarios de riesgo presentes en la vida de un recién nacido. Los sensores están ubicados sobre el chaleco de manera que no molestan al bebé.

Sensory Baby Vest de ITV. 83


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4.6.6 LifeShirt. El sistema LifeShirt es el primer sistema de supervisión ambulatorio continuo no invasivo (no penetra el tejido humano) que puede recoger datos sobre información pulmonar, cardiaca y otros datos fisiológicos y correlacionarlos en un cierto plazo. El sistema de LifeShirt recopila datos durante la rutina diaria del usuario, proveyendo a investigadores farmacéuticos y académicos una “película continua” de la salud del paciente en las situaciones de la vida cotidiana (trabajo, escuela, ejercicio, sueño). Como una “foto” generada durante una visita típica a la clínica. El sistema de LifeShirt recoge, analiza e informa sobre los datos cardiacos, pulmonares y físicos del paciente. También correlaciona información conectada por dispositivos ópticos periféricos que miden presión arterial, saturación de oxígeno en la sangre, EEG, EOG, movimiento periódico de la pierna, la temperatura principal del cuerpo, temperatura de la piel, determina niveles de CO2, y tos.

Life Shirt de Vivometrics. Las características del sistema LifeShirt presentan una versión mejorada de un inductor respiratorio plestimográfico (RIP), el patrón de oro para la supervisión respiratoria. El RIP se utiliza en unidades de cuidado intensivo en más de 1.000 hospitales por todo el mundo. Es ideal para supervisar el volumen exacto de todos los individuos, incluyendo los que no pueden utilizar los espirómetros debido a la edad o a otros factores. El sistema de LifeShirt está disponible en tamaño adulto y 84


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pediátrico (edades 5-17) y se utiliza en ensayos e investigación clínica. Está disponible como dispositivo médico prescriptible y no se vende directamente a los consumidores. 4.6.7 Textiles interactivos. En las herramientas de comunicación de nuestra sociedad, los dispositivos interactivos y portátiles son una de las grandes fuentes de innovación y representan un gran mercado. La integración de dispositivos electrónicos portátiles en textiles aparece de esta forma como un mercado natural. Una de las primeras innovaciones fue un teclado hecho en una sola capa de tejido usando la detección capacitiva, donde una serie de electrodos bordados o protegidos por seda componen los puntos del contacto. El contacto de un dedo con un electrodo puede ser detectado midiendo el aumento en la capacidad total del electrodo. Vale la pena observar que esto se puede hacer con un solo alfiler de entrada y salida bidireccional o por el electrodo, y una resistencia de salida cosida a un hilado altamente resistente. La capacidad de detección también puede ser utilizada para decir cómo se ajusta la ropa al cuerpo del usuario una vez que la señal varía de acuerdo con la presión. El teclado fue fabricado en serie usando técnicas de bordado ordinarias y tramas conductoras suaves. El resultado es un teclado flexible, duradero y sensible al tacto. Una placa de circuito impresa contiene los componentes necesarios para hacer una detección capacitada y productiva de eventos (pulsaciones) tales como una

Teclado textil. 85


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secuencia de datos sucesivos. En una aplicación de prueba, 50 chaquetas de jeans de algodón fueron bordadas en este patrón. Algunas de esas chaquetas se equiparon con sintetizadores en miniatura de MIDI controlados por el teclado numérico. La sensibilidad del teclado al toque y la sincronización fueron calificadas por varios usuarios como excelentes. Hay varios productos comerciales que están inspirados en este teclado. El más famoso es la chaqueta de KENPO que posee lectores integrados de MP3 y los pantalones vaqueros IPod de Levis. Se han hecho también muchos esfuerzos para la integración de teléfonos móviles en la ropa. Un equipo sueco ha desarrollado un guante que incorpora un teléfono móvil. 4.6.8 Un sujetador inteligente. Uno de los mejores ejemplos de mejora en la comodidad gracias a la electrónica es una invención australiana: el sujetador inteligente. Wallace et al., de la Universidad de Wollongong, han desarrollado un sujetador que cambia sus propiedades de respuesta en función del movimiento del pecho. El sujetador inteligente está preparado para apretar o aflojar sus correas, o ponerse rígido o relajar sus copas para restringir el movimiento del pecho, previniendo el dolor y la caída del pecho. Para su fabricación se han utilizado tejidos recubiertos de polímeros. El tejido puede alterar su elasticidad en respuesta a la información sobre cuánta tensión hay en la tela. 4.6.9 El ordenador que se puede “vestir”. Hay varios grupos de investigación que trabajan en una de las soluciones de textil más asombrosas: el ordenador que se puede vestir. El objetivo principal de este proyecto es la integración completa de una pantalla de ordenador, de una CPU y de un teclado, en una prenda de vestir. Hasta la fecha se han presentado algunos prototipos como por ejemplo el de la casa Honeywell Ind. Virtual Vision, o el de la Universidad Carnegic Melloon. Estos centros de investigación trabajan en desarrollar un sistema informático totalmente portátil y que el individuo pueda vestir, por ejemplo, en una chaqueta, un cinturón, una mochila o un chaleco. 86


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4.6.10 La chaqueta que sabe dónde está. La chaqueta demo GPS/Galileo que sabe dónde está incluye, además del GPS, un teléfono móvil, un reproductor MP3, auriculares, un micrófono y un teclado en la manga. Es impermeable y resistente a los golpes. Incluye también un botón de llamada de emergencia. Toda la electrónica se integra en un terminal llamado ojo GPS (GPS eye), que se utiliza para determinar y transmitir datos posicionales utilizados para detectar la ubicación de las personas. De esta forma, no sólo es posible determinar con precisión la ubicación del portador de la chaqueta, sino que también es posible acceder a un conjunto de posibilidades de ocio a partir de esta prenda. Comparado con las soluciones convencionales que no están integradas en las prendas, la integración de la antena activa GPS en el hombro de la chaqueta asegura siempre la óptima recepción de las señales GPS. Las áreas de aplicación de la solución “sabe dónde está” son casi ilimitadas y van desde aplicaciones de lujo, entretenimiento y ocio (escaladas, ciclismo de montaña), a tecnología de dispositivos médicos y de seguridad, y se extiende a aplicaciones de tráfico y logística. 4.6.11 Manos libres. Grabar en vídeo las actividades deportivas que practicamos es ahora más fácil. La mochila de vídeo de la serie h.3 de O’Neill es una mochila de comunicación y entretenimiento con un espacio de almacenamiento seguro, resistente a los golpes y al agua. Se trata de una cámara miniatura de montado flexible y que puede usarse, por ejemplo, como una cámara de casco. Es probable que esta solución de indumentaria tenga gran aceptación entre los usuarios, en particular en el área de aplicaciones de deportes y diversión. Con esta cámara, los deportistas podrán compartir esas experiencias con sus amigos grabándolas con un sistema de manos libres y sin incrementar el riesgo de una caída.

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4.7 CONCLUSIONES. Para cerrar este capítulo se podría afirmar que la integración de la tecnología y de la electrónica en prendas de vestir está demostrando ser el comienzo de una nueva era en la industria del textil y de la confección. El siguiente paso para los próximos años será sin duda que las prendas asuman de forma incremental funciones cada vez más y más inteligentes, y que esta nueva generación de “prendas inteligentes” genere a su vez nuevas demandas con amplio potencial para ser aplicadas en diversos sectores industriales. De otro lado, la industria de la electrónica, tan vinculada a estos desarrollos tecnológicos, está haciendo su parte. La tecnología de los micro-componentes está desarrollando elementos cada vez más pequeños. En este sentido es posible afirmar que, dado que las prendas de vestir y la indumentaria que empleamos a diario representan la interfaz ideal entre los seres humanos y su entorno, son precisamente las prendas las que se convierten ahora en el objetivo fundamental para la investigación acerca de micro-sistemas y componentes que puedan ser integrados de forma cómoda y transparente para el usuario y que ayuden al mismo a relacionarse cada vez mejor con su medio, con el entorno que le rodea, en otras palabras, a mejorar la calidad de la interfaz del ser humano con su entorno. Técnicamente el objetivo apunta entonces hacia integrar microchips y sistemas miniaturizados a escala nano en las prendas, hacerlos tan imperceptibles como sea posible para el usuario, e invisibles en las prendas de vestir, y conseguir fuentes de alimentación aún más eficientes y sostenibles. Éste pues, se está convirtiendo en un campo de innovación con un potencial de proporciones fascinantes no sólo para el ámbito de la investigación, sino también para el usuario final y para los empresarios, que están ya percibiendo en estas aplicaciones un enorme nicho comercial. Por otra parte, este potencial que se percibe de desarrollo y crecimiento, dará a la industria del T/C la oportunidad de trabajar conjuntamente con socios tecnológicos de otras industrias y sectores, contribuyendo a encontrar aplicaciones en sectores 88


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tradicionalmente menos llamativos para la industria de la moda tales como el médico/sanitario, o el de ocio y entretenimiento. Esta cooperación y trabajo conjunto con otros sectores contribuirá, según nuestra opinión, a cambiar paulatinamente el tradicional mercado de la moda y confección en uno mucho más tecnológico que perciba la moda como productos de alta tecnología concebidos para facilitar la comunicación del individuo con su ambiente. Todo esto estamos seguros de que contribuirá igualmente a mejorar considerablemente la imagen que de esta industria tiene la mayoría de usuarios actuales.

4.8 BIBLIOGRAFÍA. [1] P. Stenton. <http://www.smartextiles.co.uk/_wearcomp.htm>. [2] J. Homola. <http://www.screenweb.com/index.php/channel/6/id/1425/>. [3] Front Cover, Future Materials. 2006. 2. <http://www.ifmachines.com/fashion.html>. [4] <http://www.invent-uv.de/pages/unternehmen/p_ziele_1.html>. [5] Georgia Tech: <http://www.gatech.edu/> y Sensatex: <http://www.sensatex.com/> . [6] <http://health.allrefer.com/news/index.php?ID=1885>. M. MCCormick, N. Davies, WO Patent, 200217647. [7] Avantex and ITV. <http://avantex.messefrankfurt.com/global/en/home.html>. [8] <http://www.the-gadgeteer.com/review/kenpo_jacket_for_ipod> . [9] L. T. H. Berglin. <www.cs.chalmers.se/idc/publication/pdf/berglin_wanted.pdf>. [10] ABC science on line: 89


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<http://www.abc.net.au/science/news/stories/s131388.htm>. [11] <http://www.checkpointeurope.com/app/?locale=ES&page=qssolution&id=61> [12] S. Mann. <http://wearcomp.org/wearcompdef.html>. [13] Pakistan Textile Journal. <http://www.ptj.com.pk/Web%202004/082004/Smart%20Textiles.html>. [14] <www.mateo.ntc.zcu.cz/doc/articulo0.doc>. [15] Definiciones generales, disponibles on line: <www.Wikipedia.es>. [16] Revistas y congresos UPC. Boletín Intexter 1966 Num. 26. [17] Textiles inteligentes, disponibles on line en: <www.smarttextiles.info>.

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CAPÍTULO V MICROENCAPSULACIÓN La microencapsulación es una técnica de reciente aplicación en diversos campos y sectores de la actividad industrial y de la vida humana que busca aumentar el valor añadido de los productos y mejorar la calidad de vida de las personas. Consiste en la obtención de partículas, por lo general, de pequeño tamaño y del orden de los micrómetros, dependiendo de su aplicación, compuesta por dos fases bien diferenciadas, un núcleo que contiene el material encapsulado, que puede ser de diferente naturaleza y con diferentes funcionalidades y una cubierta que actúa como medio separador, por lo general, un material polimérico que se puede ir degradando y liberando, de esta forma, el material activo o inerte encapsulado durante toda su vida útil manteniendo dicho material en su interior para que conserve y cumpla la funcionalidad para el cual fue diseñado. Esta técnica, cada vez más empleada en nuestros tiempos, ha surgido con una fuerte implantación en los sectores más tecnológicos de la vida como el farmacéutico, alimentario, construcción o textil, suponiendo la apertura de más oportunidades de negocio que aportan un valor añadido a los productos que la contienen para la obtención de nuevos materiales con amplias posibilidades funcionales. El producto final que se obtiene mediante esta técnica se denomina microcápsula, partícula de pequeño tamaño con una funcionalidad determinada dependiendo de su aplicación.

5.1 TIPOS DE MICROCÁPSULAS Y TÉCNICAS DE OBTENCIÓN. Una microcápsula puede poseer una estructura morfológica distinta dependiendo de la técnica empleada para su obtención, de las variables que influyen en el proceso y de la aplicación que se le quiera dar. En términos generales, el concepto de microencapsulación está asociado a una morfología y estructura esférica, sin embargo, también existen partículas que presentan otras disposiciones, como puedan ser ovaladas, en forma de bastón y otras estructuras intermedias. La mayor 91


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relación superficie-volumen viene dada por la forma esférica, por lo tanto, la efectividad de las microcápsulas también estará determinada y optimizada para esta disposición. De cualquier forma, la estructura morfológica de una microcápsula es relativamente simple, y nada tiene que ver con las estructuras macromoleculares complejas que se pueden establecer, por ejemplo, entre las cadenas de los polímeros, de los dendrímeros o a otras escalas moleculares o atómicas. La microcápsula está compuesta, a diferencia de la nanopartícula, por dos elementos claramente diferenciados, un núcleo activo que aporta la funcionalidad de la microcápsula y una delgada capa exterior que contiene al núcleo y aporta resistencia física-mecánica a la partícula. Por el contrario, el proceso de obtención de las microcápsulas es un procedimiento complejo, son muchas las variables que influyen en el mismo, y un cambio en alguna de ellas puede conllevar la obtención de partículas de diferentes características, tamaños o incluso no producirse la encapsulación del material activo.

Microcápsulas. 5.1.1 Núcleo de la microcápsula. El núcleo de la microcápsula aporta la funcionalidad y su eficacia va a depender del éxito del encapsulamiento de este material por parte de la sustancia que lo recubre. El núcleo puede estar compuesto por materiales de diferente naturaleza y por sustancias tanto en estado líquido como sólido o en dispersión dependiendo de la aplicación que se le quiera dar. Esto implica que en muchos casos se va a exigir una 92


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manipulación previa de las sustancias. El estado físico también dependerá de la temperatura a la que se encuentre la microcápsula. En otras ocasiones, el material del núcleo también puede ser un sistema que cambie de fase dependiendo de la temperatura a la que esté sometido. En este caso estaríamos hablando de materiales encapsulados de cambio de fase, también conocidos como PCM por sus siglas inglesas (Phase Change Materials). En este caso, la transferencia de calor entre el interior-exterior hace cambiar el estado del material encapsulado. En este sentido el Centro Tecnológico ASINTEC tiene una amplia experiencia. 5.1.2 Recubrimiento del núcleo. Para que el material activo del núcleo tenga el tiempo de residencia adecuado para su aplicación es necesario recubrirlo con otro material, con el cual podrá o no, interactuar. Los materiales empleados con mayor frecuencia para el recubrimiento son los polímeros, que pueden tener origen natural o sintético. El material de recubrimiento puede interactuar con el material activo del núcleo como en el caso de la liberación controlada para que pueda difundir a través de él, para ello, sería necesaria la absorción del material activo en el material de recubrimiento y que el primero difunda a través de la pared o estructura mediante diferentes tipos y fuerzas intermoleculares para poder ser transferido al otro lado de la pared del recubrimiento. En otras ocasiones el material que recubre el núcleo tiene estructura porosa y una distribución de tamaño de poro que permita al principio activo abandonar poco a poco el núcleo. La compatibilidad entre la naturaleza química del núcleo–recubrimiento es un factor muy importante, puesto que en algunas ocasiones un material puede degradar al otro perdiendo efectividad y funcionalidad de las microcápsulas. También es muy importante tener en cuenta la compatibilidad entre el material de recubrimiento y el entorno en el que va a estar funcionando la microcápsula. Una correcta selección de los materiales y su entorno evitará problemas añadidos en cuanto a eficacia y funcionalidad a corto, medio y largo plazo. En general, las sustancias que recubren el núcleo suelen ir mezcladas con aditivos en el caso de la liberación controlada de fármacos de colorantes-plastificantes siempre y cuando sean compatibles entre sí. Por otra parte, la flexibilidad de la 93


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cubierta estará controlada también por la cantidad de agente plastificante. Se podrán obtener microcápsulas más o menos flexibles y de diferentes colores dependiendo de la aplicación final de las mismas. En el sector textil concretamente se intenta que las microcápsulas pasen lo más desapercibidas posibles desde el punto de vista estético para que no puedan influir en las características de la prenda final en cuanto a la variación del color, o el tacto, por ejemplo. Algunos de los factores y variables que se deben tener en cuenta son: el grosor de la cubierta, la adherencia al núcleo, flexibilidad, resistencia, permeabilidad de la cubierta y la facilidad de aplicación del agente de recubrimiento sobre el núcleo activo.

Núcleo-recubrimiento de la microcápsula. 5.1.3 Tratamientos de las microcápsulas obtenidas. Una vez que se ha encapsulado el material activo con la sustancia de recubrimiento adecuada y compatible a la aplicación que se le quiera dar, quizás resulte necesario realizar un tratamiento posterior de las microcápsulas obtenidas para aportar a éstas ciertas características y mejorar así su eficacia, rendimiento y funcionalidad. Estos tratamientos pueden ser físicos, químicos o térmicos. Muchos de estos tratamientos van dirigidos a que las partículas no se agreguen entre sí, no se unan y formen partículas de mayor tamaño. En el caso de los PCM aplicados a textiles restarían efectividad térmica al producto final por cuanto que aumentaría la resistencia a la trasmisión de calor a través de ellas. En la liberación controlada de fármacos, el proceso de difusión y trasmisión de materia se vería dificultado no aportando el principio activo a tiempo. Estos impedimentos son mayores cuando la sustancia activa es sólida. 94


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5.1.4 Cesión del material activo. En numerosas ocasiones es necesario que el material activo encapsulado se libere para que surta efecto. En esta liberación es donde se comprueba la eficacia y el rendimiento de las microcápsulas. Para que ello ocurra se deben reunir una serie de condiciones de humedad, temperatura, presión, pH, permeabilidad y disolución. La medición de la concentración liberada de la sustancia encapsulada servirá para medir la eficacia del proceso.

5.2 PROCESO DE MICROENCAPSULACIÓN. Para que las microcápsulas se formen es necesario seleccionar un proceso o método por el cual el material que recubre encapsule al principio activo. Para ello existen diferentes técnicas físicas, químicas y combinación de ambas por las cuales se obtiene un medio de reacción que contiene el material encapsulado formado, reactivos, subproductos y otras sustancias que forman una suspensión que es necesario separar y purificar. El producto final siempre presenta una distribución de tamaño de partícula que es necesario caracterizar y evaluar y que, por lo general, varía entre uno y cientos de micras dependiendo de las variables empleadas en el proceso de microencapsulación. Existe un amplio número de métodos para microencapsular que difieren enormemente entre ellos. En general, estos métodos se pueden agrupar dependiendo de la propia naturaleza del proceso: físicos, químicos y físico-químicos. En la siguiente tabla se recoge una clasificación de los procesos y su naturaleza. Procesos físicos Secado por aspersión

Procesos químicos Coacervación simple

Procesos físico-químicos Polimerización interfacial

Extrusión

Coacervación compleja

Inclusión molecular

Recubrimiento por aspersión

Atrapamiento en liposomas

Métodos empleados para microencapsular. 95


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La selección del método de microencapsulación es una tarea complicada, por cuanto hay que considerar diferentes factores y es difícil agrupar a todos en un mismo método. Estos factores son: - Naturaleza física y química del núcleo. - Compatibilidad con el material de recubrimiento y su naturaleza físicoquímica. - Solubilidad del material activo. - Tamaño de las microcápsulas, distribución de tamaño de partícula y formación de agregados. - Difusión molecular. - Mecanismo de cesión del principio activo desde el núcleo. - Factor económico. En la actualidad existen diferentes métodos y procesos patentados para microencapsular y es previsible que este número continúe aumentando debido al avance tecnológico y los estudios científicos que se están llevando a cabo en la actualidad en los diferentes sectores. Tal y como se ha comentado anteriormente, la versatilidad de las microcápsulas y sus posibles aplicaciones son realmente amplia y abarcan aspectos tan diversos como la construcción, la medicina o el textil. Nuevos materiales o principios activos requerirán nuevos métodos de microencapsulación. Por ejemplo, el Centro Tecnológico de Confección, ASINTEC, ha desarrollado en colaboración con la Universidad de Castilla-La Mancha un proceso para microencapsular materiales de cambio de fase (PCM) y poder aplicarlo al sector textil. Dichos procesos que están protegidos bajo patente se basan en la polimerización interfacial del material a encapsular. A continuación se describen los dos tipos de los procesos o métodos más empleados en microencapsulación. 5.2.1 Coacervación o separación de fases. La coacervación es un proceso asociado a los coloides, por el cual, un sistema coloidal pierde solubilidad y las gotas que se forman se denominan coacervatos. 96


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Los sistemas coloidales están formados por dos fases diferenciadas, una líquida y otra dispersa compuesta por partículas de muy pequeño tamaño. Estos sistemas pueden modificar su solubilidad al variar alguna variable como la temperatura, pH, adición de otra sustancia ajena al sistema, modificando los coeficientes de reparto. Al disminuir la solubilidad se produce una separación de fases (fase rica y fase pobre en coloides) y en la fase rica quedan las partículas formando pequeñas gotas en dispersión. De esta forma, cuando las condiciones del sistema son favorables se producen las microcápsulas. 5.2.2 Polimerización interfacial. La polimerización interfacial se produce en el seno de una emulsión en cuya interfase se desarrolla un proceso de polimerización, dando lugar a la formación de microcápsulas. Esta técnica no es muy empleada para las aplicaciones de microencapsulación de medicamentos o materiales biológicos, pero sí para otras como en el caso de los materiales de cambio de fase, PCM, método muy interesante desde el punto de vista técnico y económico. La polimerización en suspensión, también conocida como polimerización en perlas, describe el proceso en el que los monómeros que intervienen en la reacción, normalmente insolubles en agua junto con el principio activo que se va a microencapsular, son dispersados mediante la acción de un agente tensoactivo y un iniciador en forma de pequeñas gotitas, empleando para ello una agitación vigorosa que se mantiene durante toda la reacción. La agitación del sistema es un factor muy importante en esta técnica, pues según la velocidad empleada, varía el tamaño de las partículas. La adición de los agentes tensoactivos, que son sustancias químicas que ayudan en la suspensión del polímero formado, es muy importante ya que evita la adhesión entre las partículas y la precipitación del polímero sin la formación de las microcápsulas. Una de las ventajas de este método es el fácil control de la temperatura durante todo el proceso y en el que se consiguen bajos niveles de contaminación del polímero en el producto final. Como el medio dispersante es el agua y la impurificación que se produce es baja, el coste total del proceso, tal y como se ha comentado anteriormente, lo hace muy atractivo para la producción de microcápsulas. 97


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5.2.3 Atomización y atomización-congelación. Es un método muy empleado para la producción industrial de microcápsulas debido a su rapidez y sencillez. En la atomización el principio activo se disuelve en una disolución del polímero en el disolvente adecuado y la mezcla de ambos componentes se pulveriza en una cámara por cuyo interior circula una corriente de aire caliente que elimina el disolvente del material de la cubierta obteniendo el producto microencapsulado. El proceso de atomización-congelación se diferencia del anterior en que, en lugar de atomizar el material formador de cubierta disuelto, éste es sometido a un proceso de fusión, para posteriormente pulverizarse el material fundido en una cámara por la que circula una corriente de aire frío. En este caso, el principio activo va incorporado en la masa fundida, disuelto o dispersado en la misma. Esta técnica se emplea para encapsular compuestos termolábiles, ya que los materiales que se emplean para cubrir el principio activo suelen ser de bajo punto de fusión, normalmente ceras, ácidos grasos, polímeros, azúcares. 5.2.4 Suspensión en aire o recubrimiento en lecho fluido. Es un método físico o mecánico que da lugar a estructuras de tipo reservorio. El proceso transcurre en sistemas de lecho fluido de aire, que constan de una malla metálica sobre la que se colocan las partículas que se desean recubrir. Una corriente de aire ascendente las mantiene en suspensión y desde la parte inferior se introduce la solución del material de recubrimiento en forma de pequeñas gotitas, que se depositan sobre las partículas de principio activo. La corriente de aire desplaza a las partículas recubiertas hacia la parte superior produciéndose la solidificación de la cubierta y, finalmente, caen de nuevo a la malla metálica del sistema. La naturaleza de la cubierta depende del tamaño de las partículas de partida, de la concentración del agente de recubrimiento, de la naturaleza del disolvente, de la velocidad de atomización, de la velocidad y temperatura del aire.

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5.3 CARACTERIZACIÓN DE LAS MICROCÁPSULAS. Una vez obtenidas las microcápsulas por cualquiera de los métodos descritos anteriormente, resulta necesario caracterizarlas para evaluar la eficacia del proceso de obtención y poder incidir en sus variables para su optimización de acuerdo con unos ensayos que aseguren la calidad y homogeneidad de las partículas, así como su comportamiento en las diferentes aplicaciones. Son numerosas las técnicas que existen para caracterizar las microcápsulas dependiendo de la variable que se quiera conocer. Por lo general, la estabilidad térmica, física, mecánica y el tamaño de partícula son las propiedades más importantes de las microcápsulas y de ellas va a depender su aplicación. La caracterización también se realiza teniendo en cuenta la aplicación final de la misma. No es lo mismo caracterizar un material de cambio de fase para una aplicación textil que caracterizar microcápsulas con fines farmacéuticos. No obstante, el número de técnicas en muchas ocasiones se solapan. También resulta importante la caracterización en el producto final una vez incorporada la microcápsula y el comportamiento al uso en su estado real. Algunas de las variables más importantes son: la cantidad de microcápsulas y su distribución final. 5.3.1 Microscopía electrónica de barrido (SEM). Es una de las técnicas microscópicas más ampliamente utilizadas para la caracterización de las microcápsulas con el objeto de determinar su estructura morfológica, particularidades y peculiaridades superficiales de las partículas obtenidas en el proceso de reacción. Un microscopio electrónico de barrido lo que hace es crear una imagen ampliada de la superficie de un objeto, en este caso, de la microcápsula. No es necesario cortar el objeto en capas para observarlo con un SEM, puede colocarse en el microscopio con muy pocos preparativos. Su funcionamiento se basa en recorrer la muestra con un haz muy concentrado de electrones, produciendo imágenes tridimensionales realistas de la superficie del objeto.

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Mediante el SEM es posible ver, identificar y observar la forma de las microcápsulas y cómo éstas se encuentran distribuidas en las aplicaciones concretas. Controlando el número de aumentos de la muestra también pueden observarse posibles imperfecciones del recubrimiento. Además es posible detectar la posible agregación de las microcápsulas y la

Microscopía electrónica de barrido. cuantificación de los agregados. También pueden realizarse cortes transversales de las partículas estudiando así su estructura interna. 5.3.2 Cromatografía de permeación en gel. La cromatografía de permeación en gel es un método de purificación de polímeros naturales y sintéticos, que separa las moléculas en función de la diferencia de sus tamaños moleculares. Mediante el empleo de esta técnica es posible obtener la distribución de pesos moleculares del polímero que forma el recubrimiento de la microcápsula y la cantidad relativa de material encapsulado. 5.3.3. Distribución de tamaños de partículas. Las propiedades y eficacia de las microcápsulas dependen en gran medida de las dimensiones y de la superficie de las partículas de las que están compuestas. Para seleccionar el equipo de medida del tamaño de partícula y de la distribución de tamaños de partícula se deben tener en cuenta una serie de factores tales como el intervalo de medición requerido, los tamaños máximos y mínimos, la precisión 100


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requerida, la cantidad de muestra analizada, el tiempo de análisis y el medio en el cual se puede realizar la medición, entre otros. Los métodos más empleados son el tamiz vibratorio y el analizador de tamaño de partículas mediante difracción de rayos láser. El primero emplea tiempos de análisis elevados, mientras que el segundo es más rápido y preciso. En muchas ocasiones resulta necesario dispersar las microcápsulas en un medio acuoso u otra sustancia. 5.3.4 Calorimetría diferencial de barrido (DSC). La calorimetría diferencial de barrido es una técnica que se emplea para estudiar y observar lo que le ocurre a un sistema polimérico cuando éste es sometido a un proceso de calentamiento, analizando las transiciones vítreas del sistema. Puede ser utilizada para medir varias propiedades características de una muestra como la fusión, la cristalinidad, las temperaturas de transición vítreas, las oxidaciones, las reacciones químicas. Aplicada a las microcápsulas es posible determinar los puntos de fusión de los materiales que la componen y los calores de fusión de los mismos, para un rango de temperaturas seleccionado y con una velocidad de calentamiento constante. 5.3.5 Análisis termogravimétrico. La termogravimetría se basa en la medición de la variación de la masa del sistema cuando se somete a un programa de temperatura. En una atmósfera controlada, la variación puede ser una pérdida o una ganancia. Las aplicaciones de la termogravimetría son variadas como estudios de descomposición, estabilidad térmica, cinéticos, pureza, contenido de humedad. De esta forma, se puede determinar la pérdida de peso de las microcápsulas con la temperatura bajo atmósfera controlada, en los procesos para las que se van a aplicar. 5.3.6 Rendimiento. El rendimiento en un proceso de producción de microcápsulas. Puede definirse como el porcentaje de micropartículas obtenidas con relación a la cantidad total de material empleado como principio activo y polímero. Este factor es muy importante 101


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desde el punto de vista económico debido al elevado coste de las materias primas que se utilizan. Por lo tanto, una optimización del proceso general repercutirá en el precio final de las microcápsulas. Por otra parte, también resulta necesario cuantificar la cantidad de principio activo que ha sido encapsulado y la eficacia de encapsulación, a partir de la relación entre el principio activo encapsulado y el teórico o en disposición de ser encapsulado. Ambos parámetros interesa que sean lo más elevados posibles, es decir, es importante incorporar la mayor cantidad posible de principio activo por peso de microcápsula y que prácticamente todo el principio activo empleado sea encapsulado.

5.4 APLICACIONES DE LA MICROENCAPSULACIÓN. Las aplicaciones de las microcápsulas están sobradamente justificadas por la cantidad de sectores que las han incorporado a sus procesos y productos. Cualquier material que se quiera modificar para añadirle un valor al mismo o bien quiera verse incrementado en cuanto a su confortabilidad puede incorporar estas microcápsulas. Algunos de los sectores más importantes que ya aplican estas microcápsulas en sus procesos son el farmacéutico, el de la alimentación, el de la construcción, el de la automoción, el de calzado y el textil en sus distintas variedades y funcionalidades. En función de la aplicación, existen unos mecanismos más adecuados que otros para la liberación de la sustancia activa encapsulada. Por ejemplo, al aplicar una fuerza es posible fracturar el recubrimiento de la microcápsula liberando el principio activo. Para que tenga lugar este proceso es necesario romper la cubierta, por lo que ésta tiene que ser frágil. Es lo que ocurre en la liberación de aromas, olores. Los dos parámetros más importantes son la naturaleza del material y el espesor de la pared de la membrana que lo recubre.

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También puede ocurrir que el material de recubrimiento se disuelva por medio de un agente externo en el medio, como un disolvente, un ataque enzimático, hidrólisis debido a la temperatura, desintegración lenta o por reacción del material a la luz u otros compuestos. Estos dos métodos producen una liberación inmediata de la sustancia encapsulada en el medio circundante. Por otra parte, si lo que se pretende es obtener una liberación controlada con el tiempo, el mecanismo más adecuado es el de difusión a través de la pared de la membrana que lo recubre. Esta difusión dependerá de la compatibilidad del material encapsulado con la membrana porosa, de la permeabilidad, el tamaño, la forma y la solubilidad. Por último, el recubrimiento de la sustancia activa puede ser capaz de cambiar su morfología ante ciertos estímulos externos, como el pH, la temperatura, la humedad y la luz para liberar la sustancia. 5.4.1 Aplicaciones farmacéuticas. La microencapsulación quizás haya encontrado su mayor aplicación en el campo de los medicamentos y en la liberación controlada de fármacos. De esta forma se podría definir como el proceso de recubrimiento de moléculas, partículas sólidas o líquidas, funcionalizadas y que tienen un objetivo terapéutico concreto para el cual fueron aisladas o sintetizadas, con materiales de diferente naturaleza compatibles para la salud de la persona que los utiliza para dar lugar a partículas de pequeño tamaño. La idea de microencapsular medicamentos surgió a mediados de los 50, cuando una compañía farmacéutica introdujo los procesos de microencapsulación en su tecnología para conseguir la liberación controlada de fármacos. La aspirina aparece descrita en la bibliografía como uno de los primeros medicamentos microencapsulados para prevenir la irritación gástrica. A pesar de la aplicación tardía de la microencapsulación en el campo de los medicamentos, lo cierto es que su difusión fue rápida y exitosa y en la actualidad se están realizando numerosos estudios que se extienden en toda la industria farmacéutica.

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Dependiendo del proceso tecnológico elegido para su obtención, de las propiedades físico-químicas del material que se pretende encapsular y del material de recubrimiento, las microcápsulas pueden tener estructura capsular o matricial para su aplicación farmacológica. En el primer caso, el principio activo se encuentra incluido en una especie de reservorio envuelto por una membrana que lo recubre. En el segundo caso, se encuentra altamente disperso en forma de moléculas o de pequeñas partículas en el material de recubrimiento. Las micropartículas pueden administrarse en forma de suspensión o incluidas en una cápsula o en un comprimido. La forma farmacéutica final vendrá determinada por la mejor vía de administración del principio activo microencapsulado, normalmente por vía oral. Otras que también son usuales son las intramusculares o subcutáneas y que se encuentran en continuo crecimiento.

Aplicaciones farmacéuticas. Los principales beneficios o finalidades de la microencapsulación de principios activos en medicamentos son los siguientes: - Reducción de la irritación gástrica en los medicamentos de carácter ácido, entre los cuales destaca la aspirina. -.Enmascaramiento del olor y del sabor. En numerosas ocasiones los principios activos y las moléculas que se deben suministrar al paciente tienen características en cuanto a olor y sabor indeseables, produciéndose un rechazo por parte de los pacientes. La microencapsulación resuelve en gran medida este problema. - Liberación controlada del principio activo. Se trata de la aplicación más frecuente de la microencapsulación y de la que la mayor parte de la gente ha oído hablar por haber tenido una gran difusión en los medios de comunicación y desde el punto 104


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de vista comercial, no sólo en medicamentos. La liberación en función del tiempo puede producirse de formas muy variadas debidas, por ejemplo, a la temperatura, la humedad o el pH suministrándose y cediendo el material de forma gradual y sostenida en los límites establecidos. La variedad de materiales empleados en microencapsulación es muy elevada y se va ampliando continuamente debido a la aparición de nuevos principios activos y biomateriales que podrían aplicarse mediante esta técnica. Los más utilizados son las grasas, las proteínas y los polímeros. - Grasas. La cera de carnauba, el ácido esteárico o el alcohol estearílico son grasas que funden a una temperatura determinada y son erosionables por acción de las lipasas que existen a nivel gástrico. -.Proteínas. La albúmina es un ejemplo de proteína que se aplica en microencapsulación. Por otra parte, la gelatina, primer material utilizado en microencapsulación, también tiene una importancia potencial en la actualidad. -.Polímeros. Es la familia más utilizada en microencapsulación debido a su versatilidad. Los polímeros pueden ser naturales, sintéticos y semisintéticos, distinguiéndose desde polisacáridos, polímeros de origen animal y vegetal, celulosa, derivados acrílicos y poliésteres entre otros. Muchos polímeros presentan una solubilidad parcial con diferente grado de permeabilidad y que muchos casos depende del pH del sistema en el que se encuentre. Por otra parte, la velocidad de liberación del principio activo contenido puede controlarse en virtud de la selección del polímero que presente una adecuada velocidad de degradación. 5.4.2 Aplicaciones alimentarias. Las microcápsulas también pueden aplicarse en la industria alimentaria para abordar diferentes problemas. Éstas pueden actuar como barreras contra los malos olores y sabores y ayudar a resistir las condiciones a las que están sometidos en muchas ocasiones los alimentos: la temperatura, la humedad, el índice de procesamiento y el empaquetado. Las sustancias bioactivas de alimentos tales como proteínas, azúcares o ácidos grasos se introducen en el interior de una matriz para conservarlos y prevenirlos de diferentes agentes externos con los cuales pueden interactuar de forma que se 105


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degraden, como por ejemplo, reaccionar con otros compuestos u oxidarse. Una liberación controlada de estos alimentos aumentaría la eficacia del mismo desde el punto de vista nutricional y de esta forma estaría mucho más protegido. La aplicación de la microencapsulación en el sector de la alimentación es más reciente que en otros sectores debido al abaratamiento de la tecnología con la que se llevan a cabo los procesos y que la hacían inviable hace unas décadas. Estos procesos permiten, en función de la tecnología aplicada, encapsular nutrientes para que no sean atacados, degradados u oxidados, al igual que enzimas catalíticas o células que permitan interaccionar e intercambiar sustancias de la cápsula. Algunos ejemplos de enzimas que se encapsulan desde el punto de vista celular son la pepsina, la pectin-esterasa, invertasa o la renina con diferentes funciones. El material de recubrimiento está formado por una membrana semipermeable que permite el paso de ciertas sustancias dependiendo del tamaño de corte del poro. La encapsulación de sabores y olores retardan las reacciones de degradación de los compuestos del alimento durante largos periodos de almacenaje. Algunos de los materiales pared que se emplean para recubrir la microcápsula son los almidones o las maltodextrinas, si bien es cierto que se está investigando la obtención de nuevos materiales que aumenten la vida útil de las partículas y que retengan otro tipo de compuestos más volátiles que retarden la digestión iniciada en la boca y en el estómago. Para encapsular vitaminas, minerales o acidulantes se emplea la técnica de atomización por congelación descrita anteriormente, al igual que el secado de sopas y alimentos con alto contenido en grasa. Mediante una reducción de la temperatura se consigue una solidificación del lípido que actúa como pared y por lo tanto se encapsula la sustancia activa, normalmente soluble en agua. Un método muy empleado en el sector alimentación para microencapsular sabores, bebidas, pasteles, gelatinas y postres es la extrusión, en la cual se aplica una presión al material del núcleo y de recubrimiento para formar la microcápsula mediante el empleo de una extrusora.

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Un factor muy importante es la liberación de vacunas en el cuerpo humano. Para ello se emplean microcápsulas formadas a partir de liposomas, sustancias no tóxicas y aceptables en alimentación, actuando como membranas naturales, es decir, son selectivas a ciertos componentes. Por último, comentar que una de las ventajas de poder microencapsular sustancias es la capacidad que tienen para retener ciertos componentes de los alimentos o microorganismos y protegerlos de la acción del estómago. 5.4.3 Aplicaciones en el sector del calzado. La microencapsulación también encuentra cabida en la industria del calzado. El zapato está en contacto continuo con el pie, siendo esta parte del cuerpo susceptible de presentar grandes problemas si no se cuida de forma satisfactoria. Es por este motivo que, para aumentar su valor añadido y confortabilidad, se están realizando pruebas que aplican microcápsulas que contienen diferentes sustancias activas como perfumes, cosméticos o agentes antibacterianos a los mismos denominándolos zapatos inteligentes o activos. Las ventajas que ofrecen estas sustancias activas encapsuladas respecto a los procesos convencionales de aplicación son la protección y el aislamiento de las mismas frente a medios externos que pueden llegar a ser inestables u hostiles para su posterior liberación progresiva. A pesar de que en este sector es una técnica emergente, se han realizado pruebas e implementaciones satisfactorias en la microencapsulación. Las posibilidades de incorporación de microcápsulas en los diferentes componentes del zapato es una realidad y abre nuevos nichos de mercado aportando soluciones innovadoras para obtener calzado funcionalizado, activo o biodegradable. Los cosméticos, aceites esenciales, aromas, desodorantes o agentes hidratantes se emplean en ciertas partes del zapato liberándose de forma controlada y gradual aportando una confortabilidad añadida en forros, plantillas o interiores y protegiendo la piel. Lo mismo ocurre en la encapsulación de bactericidas, fungicidas y otras sustancias antimicrobianas con el propósito de evitar infecciones y mejorar la salud de los pies. 107


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Cuando las condiciones meteorológicas son extremas, sirva como ejemplo, condiciones de bajas o altas temperaturas, se pueden aplicar las microcápsulas de cambio de fase para ceder o absorber calor en el pie. La selección de la sustancia que se va a encapsular determinará el rango de temperaturas para el cual ese calzado ha sido diseñado. También es posible microencapsular sustancias que contengan enzimas o bacterias para que sean liberadas cuando finalice la vida útil del calzado y así contribuir a su degradación y a la conservación del medioambiente. En cualquier caso, la tendencia actual es incrementar el uso de estas microcápsulas para diferentes aplicaciones en la industria del calzado, desarrollando materiales inteligentes que encuentren salida en nuevos mercados potenciales. Además el calzado tiene un papel muy importante y activo en la salud y cuidado del pie, puesto que está unas 16 horas en contacto con nuestro cuerpo. La incorporación de materiales microencapsulados no supondría un encarecimiento del producto ya que no sería necesario cambiar todo el proceso productivo o los materiales base para su fabricación, sino ir incorporando elementos nuevos que aporten valor añadido al producto final. 5.4.4 Aplicaciones en el sector Textil/Confección. En la actualidad las microcápsulas se pueden aplicar sobre los tejidos con diferentes finalidades. En los últimos años se está produciendo un cambio considerable en el sector textil como consecuencia del desarrollo de nuevos materiales capaces de ser incorporados a los mismos y que aportan características de comportamiento que les permiten adaptarse y controlar sus funciones de acuerdo con las condiciones del entorno que les rodean y por ello son denominados textiles inteligentes. Dentro del amplio rango de los textiles inteligentes se encuentran los materiales textiles termorreguladores, que contienen materiales de cambio de fase denominados PCM. La innovación en el sector Textil/Confección ha cobrado una importancia considerable al combinar las características de sus productos con las de otras 108


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industrias como la farmacéutica y la de cosméticos. El contacto continuo de las prendas confeccionadas con el cuerpo humano hace que los estudios de compatibilidad tengan que ser considerados de forma especial para la salud humana, además se debe asegurar que las propiedades del tejido, lavados, condiciones climáticas y otros aspectos se mantienen. Para que la técnica de microencapsulación pueda aportar un elemento de diferenciación e innovación que conduzca al éxito comercial de la prenda diseñada se deben tener en cuenta los siguientes factores: - Definición del material textil funcional. - Selección de los principios activos que se desean microencapsular. - Técnicas de microencapsulación óptimas para el proceso que se va a desarrollar. - Aplicación de las microcápsulas sobre las prendas textiles. - Sistema de liberación de las microcápsulas y transmisión de los principios activos hacia el cuerpo humano. - Absorción de las microcápsulas en la piel. - Test de permanencia de los principios activos en el cuerpo. El cambio en el estilo de vida y el avance que ha experimentado la sociedad en los últimos tiempos ha hecho que los productos que aportan propiedades antibacterianas y desodorantes no sean sólo aplicables a los productos de higiene personal y sanitaria, sino que cualquier tipo de prenda pueda ser susceptible de emplearlos aumentando su confortabilidad. Por otra parte, el microclima generado en los edificios y oficinas hace que los textiles se conviertan en un hábitat adecuado para la proliferación de bacterias, virus, hongos y ácaros, entre otros. Por lo tanto, en todos los campos de aplicación de fibras y tejidos, existe una exposición importante al ataque por parte de estos microorganismos. Una aplicación concreta sería la de los tejidos antimicrobianos que tienen el objetivo de destruir microorganismos que puedan atacar a los tejidos y degenerarlos progresivamente con el tiempo. Mediante microencapsulación es posible encapsular principios activos y sustancias que interaccionen con los mismos y destruirlos. Ejemplo de ello serían las prendas que se emplean en los hospitales o 109


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clínicas y que supondrían una barrera a posibles infecciones y enfermedades por parte de los trabajadores que están expuestos a ello. Las posibilidades de los tejidos antibactericidas son muy amplias debido a la concienciación de la sociedad por la salud y la higiene. Los tejidos cosmeto-textiles son tejidos que incorporan microcápsulas de ingredientes cosméticos activos y que previenen el contacto de la piel con agentes externos, es decir, tienen los mismos objetivos que los cosméticos. Las sustancias activas que se encapsulan, por lo general, desprenden o liberan principios activos que son capaces de interaccionar con el medio circundante y prevenir la piel. En el sector de prendas íntimas, es posible encontrar tejidos con agentes bactericidas o hidratantes. Existen estudios que evidencian el uso de tejidos inteligentes que aporten valor añadido al producto final y, por lo tanto, que contribuyan a la salud y el bienestar. Se estima que éstos representarán alrededor del 80% de la producción textil para el año 2020. Algunos factores que se deben considerar son la durabilidad y la eficacia del efecto cosmético, la fricción y la suciedad en contacto con el cuerpo humano, el sudor, el contacto con la piel o las condiciones climáticas. Los tejidos también pueden cambiar de color debido al fotocromismo, cambio producido por el efecto de la luz, al termocromismo, producido por el calor o al solvatocroismo, producido por la humedad del ambiente que rodea a la prenda. Las microcápsulas se pueden aplicar mediante diferentes técnicas a estos tejidos en un rango de variación bastante amplio y que podría adaptarse a cada caso particular. A continuación se muestran algunos ejemplos de prendas que existen y que cambian el color. La estampación de microcápsulas a base de gelatina que contienen cristales líquidos sensibles a los cambios de temperatura sobre un tejido ordinario es ya una realidad. Algunos tipos de prendas que pueden incorporar estas microcápsulas son las bufandas, corbatas, impermeables, prendas de esquí o trajes de baño que experimentan un cambio de color en su superficie debido al cambio de temperatura al que están sometidos en ciertas circunstancias. Algunas de estas prendas existen comercialmente y se puede apreciar el cambio de color.

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Las microcápsulas para cambios de color también pueden incorporarse directamente en la etapa de polimerización o previamente a la extrusión del fluido de hilatura. También existen compuestos termocrómicos poliméricos. En otras ocasiones los tejidos tienen incorporadas microcápsulas de material fotocrómico que, debido a la exposición de la radiación ultravioleta, se colorea. Por ejemplo, existen hilos de coser que en contacto con la radiación ultravioleta adquieren colores diferentes. Estos hilos de polipropileno contienen compuestos fotocrómicos que absorben la radiación UV y la remiten en distintos intervalos de longitud de onda, dando lugar a los diferentes colores. La humedad también es una propiedad que puede influir en el color. Por ejemplo, existen pañuelos que cambian de color cuando se humedecen, el color estampado contiene distintos pigmentos que se vuelven transparentes cuando se moja el tejido. El solvatocromismo es una técnica que está siendo estudiada por distintas empresas para su explotación comercial. Los textiles termorreguladores son textiles inteligentes capaces de reaccionar de distinta manera en función de la temperatura del medio externo que lo rodea, de forma que si la temperatura exterior es baja el textil provocará una sensación de calor sobre la persona que lleva la prenda y viceversa. Las microcápsulas que contienen estas sustancias se denominan de cambio de fase o PCM, ya que contienen una sustancia química que funde o solidifica en función del balance de energía que se establezca entre el interior-exterior. El funcionamiento de los PCM es el siguiente: si la temperatura externa es superior a la de transición del PCM, éste licua en el interior de la cápsula absorbiendo el exceso de calor, por lo que la sensación térmica que percibe el cuerpo humano es la de frescor. En contra, si la temperatura exterior es inferior a la de transición, entonces el PCM solidifica en el interior de la cápsula desprendiendo calor, y la sensación térmica que produce es de calor. Para que el agente activo sea eficaz tiene que presentar un elevado calor de fusión, para que permita absorber o eliminar grandes cantidades de calor durante su cambio de fase, manteniéndose así a temperatura constante. En la actualidad, existen pocas compañías textiles que introducen este tipo de materiales en sus productos, sin embargo, el potencial de mercado es muy elevado debido al interés que presentan estas aplicaciones que cada vez son más cotidianas. Las 111


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primeras pruebas de PCM las realizó la NASA incorporándolas en los trajes de los astronautas para reducir el impacto térmico en el espacio, y en 1991 apareció la primera aplicación comercial en la industria textil. Algunas de las propiedades que deben presentar los PCM para su utilización son: -.Compatibilidad con las fibras textiles y que se puedan incorporar durante el proceso de fabricación. - Resistencia mecánica y química a esfuerzos físicos, desgaste mecánico, y acción de detergentes y agentes químicos. - Elevados calores de cambio de fase para que la cantidad de calor intercambiada sea alta. - No biodegradables frente a la acción de hongos y bacterias. La adición de PCM incrementa el peso de las prendas textiles y disminuye la fuerza y el alargamiento de las telas sobre las que se aplica; por lo tanto, resulta necesario hacer una caracterización de la prenda final y observar cómo influyen en el resto de variables. Los materiales orgánicos que mejor se adecúan a las características de los PCs son las parafinas o alcanos, ya que pueden ser termo-ajustables, y la temperatura de cambio de fase puede establecerse en función de su composición mediante la variación del número de átomos de carbono o por combinación de distintos componentes. La aplicación de los PCM a los textiles se puede llevar a cabo en diferentes etapas del proceso, siendo la más recomendable la última para que las microcápsulas no resulten dañadas. Los dos métodos más habituales son el fulardado convencional o los procesos de recubrimiento laminado estampado, con el fin de fijar las microcápsulas sobre el tejido y evitar su pérdida durante la vida útil de la prenda. El sistema de aplicación de las microcápsulas está condicionado por el sistema empleado y por otros parámetros tales como el tipo de fibra, prenda, y microcápsula, resistencia al lavado, y tiempo de uso. La cantidad máxima de microcápsulas en el textil suele ser de hasta un 10%.

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5.5 CONSIDERACIONES FINALES. Las microcápsulas y las técnicas para obtenerlas han alcanzado un estado tecnológico tal que las hacen muy interesantes para poderlas aplicar en distintos sectores para dar valor añadido a los productos y aumentar la confortabilidad y calidad de vida de las personas. En este sentido, se han convertido en un fuerte muy importante para la industria farmacéutica que está realizando grandes esfuerzos por mejorar la liberación de medicamentos en los pacientes a través de algún mecanismo relacionado con la microencapsulación y han surgido nuevos campos de aplicaciones en alimentación, calzado y textiles. Cada vez resulta más familiar emplear las microcápsulas en las actividades cotidianas.

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CAPÍTULO VI APLICACIONES ENERGÉTICAS EN LA INDUSTRIA DE LA CONFECCIÓN. Hemos decidido dedicar un capítulo a las aplicaciones energéticas en este sector, debido al auge tan importante que se espera tengan durante los próximos años. Dado que la energía se transforma constantemente, el que se constituye en el próximo reto para los investigadores de este sector es precisamente el lograr recibir, transformar y almacenar convenientemente energía en diversas prendas de vestir. Las aplicaciones son múltiples: de carácter militar, para ocio y deporte y para usos industriales, entre otras. No obstante, algunos de los principales retos que se presentan al intentar conseguir este objetivo son: - La fuente de energía: ¿cómo obtener la energía? - El almacenamiento: ¿cómo guardarla en la prenda sin que esto suponga molestia alguna para el usuario? -.Tecnología limpia: ¿de qué forma hacer que la energía usada, almacenada y transformada sea lo más eficaz posible? - El cuidado de las prendas: ¿cómo hacer que todos los mecanismos integrados puedan ser tratados bajo las condiciones normales de uso y cuidado de las prendas de vestir? Los retos no parecen fáciles, no obstante se están logrando avances interesantes en estos campos. En el presente capítulo trataremos entonces, como primera medida, un conjunto de términos y definiciones que ayudarán a entender mejor los diferentes tipos de energía, de forma que posteriormente el lector pueda comprender cuál de ellos se ha usado en cada una de las diferentes aplicaciones que se describen para el textil / confección.

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6.1 ¿QUÉ ES LA ENERGÍA? La energía es un término que tiene diversas definiciones y aceptaciones dependiendo del uso y aplicación que se le dé y que engloba la capacidad de realizar trabajos, fuerzas, movimientos y transformaciones. La energía no se puede ver, pero sí descubrir los efectos que tiene sobre las personas, materiales o cosas. La energía es el concepto que permite que suceda casi todo en el universo, es decir, la vida, la luz, la corriente eléctrica, el movimiento de las máquinas, el fuego, ruido o el viento. El principio de conservación de la energía, concepto clásico de la física newtoniana, afirma que la energía no se pierde o destruye, sino que se transforma o se convierte en otra forma de energía. Este principio constituye el primer principio de la termodinámica y se refiere a la cantidad total de energía en los sistemas aislados que no interactúan con otros sistemas. La energía no puede crearse ni destruirse, sólo cambiar de una forma a otra. La consecuencia de este principio es la primera ley de la termodinámica que relaciona la cantidad de energía interna de un sistema con la energía térmica y el trabajo efectuado por el sistema y su interacción con los alrededores. El principio de conservación de la energía mecánica dice que en ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial permanece constante. En física la definición de la energía está relacionada con la capacidad que tiene un sistema para realizar un trabajo. En otras ciencias como la economía o en tecnología, la energía adquiere una connotación relacionada con el recurso natural y los medios asociados para explotarla y hacer uso de ella de forma industrial o económica. Otro ejemplo sería la Ciencia Kun-Li, que considera todo el universo como energía en movimiento constante, incluidos los pensamientos, emociones, alma y espíritu. Todas son diferentes formas de energía y vibración. Por otra parte, trabajo y calor son diferentes formas de expresar la energía, y por lo tanto, son equivalentes y se expresan en las mismas unidades. La capacidad de realizar un trabajo expresado en una cantidad de tiempo se denomina potencia.

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La energía es una magnitud escalar, a diferencia de la velocidad o de la posición que son magnitudes vectoriales, lo cual la hace una variable más sencilla para trabajar con ella desde el punto de vista práctico. No es un estado físico real, sino un número escalar o abstracción matemática de una propiedad de los sistemas físicos. La energía también puede definirse de diferentes maneras de acuerdo al tipo de ciencia que la aplique. En física clásica la energía mecánica es la combinación o suma de diferentes tipos de energía: -.Energía cinética debida al movimiento de los cuerpos; - Energía potencial asociada a la posición del cuerpo dentro de un campo de fuerzas conservativo, como por ejemplo, la energía potencial gravitatoria o la elástica. Puede considerarse como una medida del trabajo que un sistema puede entregar, es decir, una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas donde la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para realizar cualquier recorrido entre los puntos B y A. Dicho campo de fuerzas debe ser conservativo y cumplir las siguientes propiedades: el trabajo realizado por la fuerza entre dos puntos cualesquiera del sistema es independiente del camino recorrido entre ambos; si el camino que se realiza es cerrado, el trabajo resultante es nulo, los puntos inicial y final coinciden. Estas propiedades son equivalentes y la energía potencial en un punto arbitrario del sistema se define como la diferencia de energía que tiene la partícula entre dicho punto y otro fijo de referencia de potencial cero. En electromagnetismo la energía electromagnética se compone de los siguientes tipos de energía: radiante, calórica y potencial eléctrica, ésta última relacionada con el potencial eléctrico. En termodinámica: los dos conceptos y definiciones con las que se trabaja son la energía interna del sistema constituida por la suma de la energía mecánica de las partículas que lo constituyen y la energía térmica. 119


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En la física relativista clásica o física de la relatividad se distinguen dos aceptaciones de energía: - Energía en reposo debida a la masa del sistema y que se puede cuantificar a partir de la fórmula de Einstein E=mc2; - Energía de desintegración, cuando se produce una desintegración entre las partículas iniciales y finales de un sistema. En la física cuántica la energía es un concepto relacionado con el operador hamiltoniano. La energía total de un sistema que no se encuentra aislado puede no estar completamente definida. En un instante de tiempo dado la medida de la energía puede arrojar diferentes valores con probabilidades definidas. Y para los sistemas aislados en los que el operador hamiltoniano no depende del tiempo, los estados estacionarios sí tienen una energía bien definida. En la física cuántica también aparece la definición de energía del vacío, energía existente en el espacio en ausencia de materia. En química aparecen definiciones de energía también especiales como son: - Energía de ionización: definida como la energía necesaria que hay que aportar para ionizar una molécula o un átomo. Se considera una forma de energía potencial. Esta energía es muy importante en numerosos procesos que operan con sales donde es necesario ionizar las sustancias para que ocurran las reacciones químicas. - Energía de enlace: es la energía almacenada en los enlaces químicos de los compuestos. Cuando ocurre una reacción química ésta libera o absorbe energía en función del contenido entálpico entre los reactivos y los productos de la reacción. Además existen otras energías más débiles entre moléculas dependiendo de la naturaleza de las mismas. Si las reacciones que se producen son biológicas, la energía resultante se denomina bioquímica, se aplican las mismas leyes físicas que en la química donde los procesos que ocurren son biológicos, resultantes principalmente del metabolismo.

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6.2 TIPOS DE ENERGÍA. Son muchos y variados los tipos de energía que se conocen. La energía se clasifica dependiendo del tipo de sistema físico al que se relacione. Todos los cuerpos materiales poseen energía debido a su propio movimiento, a la constitución de sus componentes químicos, a la temperatura a la que se encuentren, a la posición que mantengan, a la masa y a algunas otras propiedades. Tal y como se ha comentado anteriormente, el concepto de energía, calor y trabajo son equivalentes entre sí y sus definiciones son coherentes y complementarias. 6.2.1 Energía térmica o calorífica. Este tipo de energía se debe al movimiento de las partículas que constituyen la materia. La temperatura es la variable característica de este tipo de energía. Un cuerpo que se encuentre a una temperatura inferior a otro tendrá menos energía térmica. Es la forma de energía en la que se transforman generalmente los otros tipos. El sol está continuamente enviando a la tierra este tipo de energía. La transferencia de energía térmica que se produce entre dos cuerpos que se encuentran a diferente temperatura se denomina calor. Esta transferencia tiene lugar hasta que las temperaturas se igualan alcanzando el equilibrio térmico. El sentido del flujo del calor es hacia cuerpos que se encuentren a temperatura inferior.

Central térmica situada en Mieres (Asturias). Según la teoría cinético-molecular, la energía térmica de un cuerpo es la energía que resulta de sumar todas las energías mecánicas asociadas a los movimientos de las diferentes partículas que lo componen. Esta magnitud se expresa en términos de incrementos o variaciones puesto que no se puede determinar de forma absoluta. 121


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La mayor parte de la energía calorífica empleada por el hombre proviene de la combustión de diversos materiales ya sean sólidos, líquidos o gaseosos. El invento de la máquina de vapor junto con el uso del carbón supuso una Revolución Industrial durante el siglo XIX. Es un tipo de energía de fácil generación. 6.2.2 Energía eléctrica. La energía eléctrica es la causada por el movimiento de las cargas eléctricas negativas (electrones) que se generan en el interior de los materiales conductores. Para que exista energía eléctrica debe existir una diferencia de potencial entre dos puntos permitiendo establecer una corriente eléctrica entre ambos cuando se ponen en contacto mediante un material conductor eléctrico. El ejemplo más claro de energía eléctrica que existe libremente en la naturaleza son las tormentas. En la actualidad y de forma práctica, la energía eléctrica se obtiene a partir de diferentes medios, denominados centrales, que pueden ser termoeléctricas, hidroeléctricas, geo-termo-eléctricas, nucleares, de ciclo combinado, turbo-gas, eólicas, solares.

6.2.3 Energía química. Es la energía que se produce cuando tiene lugar una reacción química. La humanidad ha utilizado desde su existencia las reacciones químicas para producir energía. Éstas van desde la combustión del carbón o la madera hasta las reacciones que tienen lugar en los motores de los aviones o automóviles. En la mayoría de las ocasiones las reacciones químicas van asociadas a un desprendimiento de energía 122


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(reacción exotérmica) y en otras es necesario aportar energía para que tenga lugar (reacción endotérmica). La energía desprendida o absorbida en una reacción puede ser en forma de energía eléctrica, mecánica, luminosa… pero habitualmente se manifiesta en forma de calor. Para cada reacción existe un valor característico del calor de reacción. 6.2.4 Energía nuclear o atómica. La energía nuclear es la que se encuentra almacenada en el núcleo de los átomos y que se libera en las reacciones nucleares que tienen lugar mediante fusión y fisión. Constituye la forma de energía más moderna que se conoce y de mayor rendimiento con que se cuenta. El uranio es el elemento químico que habitualmente se emplea para este tipo de reacciones, aunque existen otros. La opinión general de las personas es contraria al uso de esta energía, sin embargo, sí que es una realidad que es una de las energías más efectivas que se conocen. El reto tecnológico en este aspecto consiste en encontrar y aumentar las medidas de seguridad en el funcionamiento de las centrales nucleares. La fisión nuclear consiste en la fragmentación de un núcleo pesado en otros dos núcleos que contienen aproximadamente la misma masa. Al mismo tiempo que se liberan varios neutrones, éstos pueden romper nuevos núcleos y desencadenar nuevas fisiones generando una reacción en cadena. Mediante fusión nuclear lo que se genera es un núcleo más pesado estable mediante la unión de varios núcleos ligeros que contienen pocos neutrones y protones, desprendiendo en dicho proceso una gran cantidad de energía. Para poder iniciar la reacción de fusión es necesario vencer las fuerzas de repulsión que se generan entre los núcleos.

Foto de un átomo. 123


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Al desintegrarse el núcleo de un átomo, se produce una pequeña pérdida de masa que se transforma en una gran cantidad de energía según la fórmula de Einstein E=mc2, siendo E la energía nuclear, m la masa de átomo perdida y c la velocidad de la luz que equivale a 300.000 km/s. Esta pérdida de masa ocurre tanto en la fisión como en la fusión. Las aplicaciones de la energía nuclear no sólo se limitan a la obtención de electricidad, también se emplean en medicina como en las radiaciones gamma, radiología, etc. Las personas que trabajan en las centrales nucleares o en sus aplicaciones necesitan una indumentaria especial para su protección, normalmente prendas que contienen plomo y amianto. De cualquier modo, las perspectivas del futuro de la energía nuclear han mejorado recientemente debido a dos hechos fundamentales: a) la fuerte subida en los precios de los combustibles fósiles, sobre todo el petróleo, principal fuente de energía empleada en la actualidad por el hombre; b) la entrada en vigor del Protocolo de Kyoto. En Asia se espera un incremento muy importante del número de instalaciones nucleares debido a los mercados emergentes que se presentan, para hacer frente a sus demandas. 6.2.5 Energía radiante. Este tipo de energía a diferencia de las demás puede propagarse en el vacío. Está generada por las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, UV, IR. Un ejemplo de este tipo de energía es la proporcionada por el Sol y que llega en forma de calor y de luz. 6.2.6 Energía geotérmica. Es la energía que proviene del interior de la tierra debido a las corrientes convectivas que se generan normalmente en forma de calor. Ésta provoca la evaporación de grandes cantidades de agua en las capas inferiores. Cuando esta agua sale a la superficie, la energía cinética de este vapor de agua que se encuentra a gran presión se puede utilizar directamente tal y como ocurre en algunas regiones o zonas volcánicas de la tierra. El agua a presión y la temperatura pueda servir como alimentaciones a una central para su transformación en otro tipo de energía. 124


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Central Geotérmica. El término “geotermia” hace referencia a la energía térmica producida en el interior de la tierra. Como fuente de energía es inagotable. Existen ciertos yacimientos de energía geotérmica explotados por el hombre y otros naturales. Un ejemplo de ello son los baños termales usados desde hace muchos años. 6.2.7 Energía hidráulica. También denominada energía hídrica fluvial, su empleo y aprovechamiento data de años atrás. Es la energía que se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y potencial de las corrientes de los ríos, saltos de agua en embalses y mares. Es un tipo de energía renovable de bajo impacto ambiental y alto rendimiento. En Europa durante la Edad Media, se emplearon diferentes tipos de ruedas hidráulicas construidas de forma sencilla y con un rendimiento limitado para impulsar algunos procesos de la época, como la formación de harina, que posteriormente han sido sustituidas por otro tipo de turbinas de elevado rendimiento. El valor de la energía hidráulica depende de la altura a la que cae el

Fuerza hidráulica. 125


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agua y del flujo de la misma. Para optimizar el proceso es necesario encauzar el agua que discurre por las zonas naturales y conducirlas por tuberías a una turbina o rueda hidráulica acoplada directamente al generador de electricidad. Desde el punto de vista tecnológico las turbinas funcionan mejor cuando el flujo de agua que llega a ellas permanece constante, por lo tanto, para ello resulta necesario construir embalses y presas, para que las fluctuaciones del flujo se mantengan constantes. El uso más generalizado de la energía hidráulica es la transformación en energía eléctrica mediante presas hidráulicas. En la mayoría de los países ésta supera a la energía producida por las centrales térmicas. En la actualidad se está llevando a cabo la construcción de centrales mini hidroeléctricas aprovechando de una mejor forma los saltos de agua. Éstas son más respetuosas con el medio ambiente y en ellas se pueden aplicar los avances tecnológicos creados a una menor escala. El rendimiento y viabilidad económica que se alcanzan son elevados. 6.2.8 Energía solar. Es la energía irradiada en diferentes formas por el sol. La radiación solar incidente en la tierra puede aprovecharse por su capacidad para calentar o por su radiación en dispositivos ópticos de otro tipo. Se trata de una energía renovable e inagotable totalmente limpia para el medio ambiente. La constante solar es la cantidad de energía que recibe la tierra por parte del sol. Este valor es de 1,95 calorías/cm2. Esta energía recibida del sol resulta necesaria para que en la superficie de la tierra tengan lugar todas las reacciones biológicas y bioquímicas necesarias para el mantenimiento de la vida animal y vegetal, y además para mantener la luz adecuada e indispensable para que ocurran otros procesos. La potencia de la radiación solar varía según el momento del día, las condiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Cada sistema empleado en recibir radiación solar tiene diferentes rendimientos. Para una célula aislada fotovoltaica de silicio policristalino tan sólo es del orden del 10%, si se trata de monocristalino oscila en torno al 15%. Los más altos rendimientos se consiguen en los colectores solares térmicos a baja temperatura, hasta del 70% de transferencia de energía solar a térmica.

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España, por su situación privilegiada y las condiciones meteorológicas se ve particularmente favorecida respecto al resto de países de Europa, ya que sobre cada metro cuadrado de superficie inciden al año unos 1500 kWh de energía. Esta energía puede aprovecharse o transformarse en otros tipos; las formas más habituales son calor y electricidad. El calor se logra mediante el empleo de captadores o colectores térmicos, y la electricidad mediante los módulos fotovoltaicos. Desde el punto de vista tecnológico ambos procesos difieren enormemente. Hoy en día es habitual disponer de agua caliente o de corriente eléctrica generadas a partir de la radiación solar.

El Sol.

Célula solar fotovoltáica.

Los módulos-colectores solares fotovoltaicos formados por un conjunto de células fotovoltaicas producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos. La potencia pico es el máximo de energía por unidad de tiempo que pueden suministrar estos sistemas. La efectividad de las células aumenta con el tamaño del cristal que la compone, al igual que su peso, grosor y coste. La aplicación de la física de los materiales semiconductores ha hecho posible el desarrollo de esta tecnología. 6.2.9 Energía eólica. Es la generada a partir del viento, aire en movimiento. Es una fuente de energía económica, pero sin embargo sus fluctuaciones y variación en intensidad son inconvenientes que limitan su utilización. Las masas de aire se desplazan de áreas de alta presión a otras de baja presión, con velocidades proporcionadas al gradiente de presión. Los vientos se generan como consecuencia del calentamiento no uniforme de la superficie terrestre por parte de la radiación solar. Aproximadamente el 1-2% de la energía proveniente del sol se convierte en viento. 127


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Para poder aprovechar la energía eólica es importante conocer las variaciones diurnas, nocturnas y estacionales de los vientos, la variación de la velocidad del viento con la altura sobre el suelo y el análisis de los datos estadísticos. El rango de velocidades adecuado para poder aprovechar la energía eólica se encuentra entre 12-65 km/h. Las máquinas eólicas son los aerogeneradores, sistemas electromecánicos generadores de electricidad movidos por la acción del viento que aprovecha y transforma la energía eólica en corriente eléctrica. Por lo general, son de gran altura y compuestos por unas palas que giran dependiendo de la velocidad del viento; por lo tanto, la generación de electricidad dependerá entre otros factores de dicha velocidad. Los precedentes de los aerogeneradores son los molinos de viento que se empleaban en el proceso de obtención de harina.

Aerogenerador. 6.2.10 Energía de biomasa. La biomasa es la materia orgánica generada en un proceso biológico y que puede ser empleada como fuente de energía. La biomasa puede ser usada directamente como combustible. Existen muchas fuentes de energía clasificables bajo el concepto de biomasa, así como diversas técnicas empleadas para su transformación en otro tipo de energía. Se consideran fuentes de energía de biomasa los residuos agrícolas, forestales, cultivos energéticos y residuos ganaderos. Estos desechos se unen y compactan, para posteriormente producir la combustión y obtener energía que se podría emplear en diversas máquinas. Lo importante es que deben ser un beneficio medioambiental y no generar otros problemas. En la actualidad se están haciendo numerosos experimentos con distintos tipos de plantas para aprovechar de la mejor forma posible esta prometedora fuente de energía renovable. 128


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6.3 LA ENERGÍA COMO RECURSO NATURAL. La energía es hoy en día la base de la civilización industrial y no podríamos concebir la vida diaria sin su uso, por ello los recursos energéticos son el conjunto de medios con los que los países del mundo intentan cubrir las necesidades de energía. A partir de la II Guerra Mundial el petróleo se convirtió en la principal fuente de energía y continúa siendo hoy en día la primera fuente de contaminación a nivel mundial. A partir de 1970 el mundo empezó a ser consciente de la vulnerabilidad de los recursos de energía. Una fuente de energía se considera un recurso natural así como la tecnología asociada para poder explotarla y hacer uso industrial y económico de la misma. El origen de casi todas las fuentes de energía es el sol. Las fuentes de energía se clasifican en dos grandes grupos: renovables (ilimitadas) y no renovables (limitadas).

6.4 ENERGÍA Y SOCIEDAD: ECONOMÍA ENERGÉTICA. La economía energética es una rama de la economía que investiga las relaciones existentes con la tecnología y su influencia en la sociedad. La disponibilidad de energía es un factor o herramienta que sirve para medir el desarrollo y crecimiento económico de un país. De hecho una crisis energética desemboca en una crisis económica, tal y como está sucediendo en la actualidad con el precio del barril del petróleo. Vivimos en una sociedad industrial moderna y tecnológica, cualquier desarrollo que se lleve a cabo influirá en las fuentes de energía o en las formas de explotarla. El estado real es que somos capaces de degradar una energía considerada de alta calidad hasta convertirla en calor residual mediante distintos procesos. La disponibilidad de energía está fuertemente ligada al nivel de bienestar, calidad, salud y esperanza de vida de los seres humanos.

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El consumo de la energía ha ido creciendo enormemente hasta llegar al punto de que en muchos casos se malgasta, razón por la cual ha surgido una gran preocupación entre los políticos, economistas y ecologistas de la mayoría de los países. En la actualidad se está trabajando y mucho por el desarrollo de nuevas fuentes de energía alternativas para sustituir a las convencionales, debido a los problemas ambientales y a que su uso está limitado considerando el consumo actual que se está llevando a cabo. Los países más pobres muestran un consumo energético muy inferior al de los países más ricos, que utilizan grandes cantidades de energía para su desarrollo y avance humano y tecnológico. Sin embargo, los países emergentes como China e India están despertando sus economías y se prevé un cambio drástico e importante en este aspecto que se acentuará en los próximos años. Los países en vías de desarrollo experimentarán un fuerte crecimiento en la demanda de energía debido a su consumo por parte de la población como motor de la economía. Según el informe elaborado por la Energy Information Administration, del Gobierno de los Estados Unidos, de la Internacional Energy Outlook (IEO) 2007, el consumo de energía en el mundo hasta el año 2030 se incrementará en un 57%. La mayor parte de este incremento estará producido por los países en vías de desarrollo y sus economías emergentes. Para los países pertenecientes a la OCDE se espera un incremento anual hasta el 2030 del 0.6%, mientras que para los países ajenos el incremento medio será de un 2.5%. Durante este período los países de la OCDE incrementarán su demanda energética en un 24%, mientras que en el resto de países lo harán en el 95%, todo ello a pesar de que se espera que el precio del barril del petróleo y gas natural siga aumentando durante ese periodo. En la siguiente tabla se muestra el consumo esperado total de energía en cuatrillones de unidades térmicas inglesas. Las economías emergentes serán las responsables de este crecimiento proyectado en el consumo de energía para las próximas décadas. El PIB se espera que se incremente en un 5.3% para los países fuera de la OCDE, en comparación con el 2.5% de los países miembros.

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2010

2015

2020

2025

2030

510

560

607

655

700

En la siguiente figura se muestra la evolución mundial histórica y esperada en el consumo de energía para países que presentan una economía emergente, consolidada o en transición.

Fuente: IEO 2005. Teniendo en cuenta el consumo energético debido al tipo de combustible empleado por la sociedad, los combustibles fósiles que se han comentado anteriormente en ese capítulo seguirán siendo los más utilizados debido a su importancia en el transporte y en el sector industrial. Según el trabajo realizado por la comunidad científica e investigadora, los responsables del cambio climático son los gases de combustión, por lo tanto, cada vez más se están desarrollando leyes y políticas que limitan el uso de estos recursos por otros renovables. Éstos se espera que experimenten un aumento durante el mismo período, aunque más suave.

6.5 APLICACIONES ENERGÉTICAS EN EL SECTOR TEXTIL / CONFECCIÓN. En la actualidad se está desarrollando una fuerte labor de investigación para integrar los diferentes tipos de energía que se han comentado anteriormente a las prendas 131


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textiles. Si bien es cierto que muchos de ellos son simplemente proyectos teóricos y que están aún bastante alejados de la realidad, otros están encontrando ahora aplicaciones prácticas. A continuación se detallan algunos de estos proyectos que relacionan energía y textil. 6.5.1 Cortina energética. La domótica, conjunto de sistemas capaces de automatizar una vivienda, está siendo desarrollada a pasos agigantados en la actualidad. Son muchos los estudios y avances tecnológicos que ya se aplican en numerosas viviendas, como por ejemplo la obtención de agua caliente sanitaria a partir de paneles solares instalados en el tejado. Otra aplicación muy interesante también sería disponer en casa de unas cortinas que pudieran iluminarse durante la noche aprovechando la energía recibida durante el día. Para ello, la idea consiste en desarrollar un material inteligente que incorpore un colector y un emisor de luz, es decir, que durante las horas de luz sea capaz de absorber y almacenar energía para posteriormente, cuando cae la noche, emitirla. La cortina energética es ya una realidad y contribuye a conservar la energía, además de concienciar a la gente del ahorro energético. De esta forma se optimiza el ciclo diario de la luz solar. Los materiales colectores y emisores empleados se basan en células fotovoltaicas, circuitos integrados y diodos de diferentes colores e intensidades integrados entre sí con el resto de materiales de la cortina. 6.5.2 Prendas inteligentes que aprovechan el efecto termoeléctrico. El efecto termoeléctrico consiste en generar electricidad mediante la aplicación de un gradiente de temperatura sobre la unión de dos metales conductores o semiconductores distintos. Basándose en este efecto es posible obtener y aprovechar la energía del cuerpo humano de las personas mediante el empleo de diferentes materiales textiles en combinación con otros eléctricos. Esta idea para una nueva prenda consiste en aprovechar la energía liberada por el cuerpo humano transformándola en electricidad mediante el efecto termoeléctrico. Para ello, es necesario poner la superficie del cuerpo humano en contacto con materiales que poseen la propiedad física de termopila. La manera más adecuada consiste en el uso de prendas textiles que más a menudo están en contacto con el cuerpo humano. 132


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El objetivo es la investigación y el desarrollo de prendas textiles inteligentes capaces de generar electricidad mediante la diferencia de temperatura o gradiente existente entre el cuerpo humano y el medio ambiente. Existen dos tipos de prototipos, los electrónicos y los que permiten almacenar la electricidad producida para alimentar aparatos electrónicos. La siguiente fotografía ilustra un prototipo desarrollado de prenda inteligente que es capaz de aprovechar la diferencia de temperaturas en el cuerpo humano.

Energía humana. 6.5.3 Aprovechamiento de la energía cinética Por otra parte, en el intento que se está realizando para aunar la sostenibilidad energética y la innovación en el sector textil, también es posible obtener a partir de la energía cinética generada por las personas a partir de su movimiento, energía eléctrica con la ayuda de un generador y un controlador de cargas. De esta forma se podría emplear la energía cinética que se desprende de nuestros movimientos para generar energía eléctrica y poder contribuir a la sostenibilidad del planeta. 6.5.4 Corriente eléctrica: prendas electroestimuladoras. La electroestimulación es una técnica que se basa en la utilización de la corriente eléctrica para provocar una contracción muscular y así prevenir, entrenar o tratar los músculos para resolver patologías buscando una finalidad terapéutica o una mejora de su rendimiento.

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De esta forma, existen prendas para electroestimulación en todas sus aplicaciones y tecnología que permite desarrollar prendas textiles con sistemas de electroestimulación integrada. Dichas prendas consisten en diferentes partes que son independientes, por una parte la prenda y por otra el sistema de electroestimulación. En la actualidad, se están realizando estudios de investigación y esfuerzos para desarrollar electrodos textiles integrados empleando para ello materiales especiales como hilos de plata que puedan ser fácilmente tejidos por los telares. Estas prendas añadirían un alto valor a las convencionales y su uso se podría extender fácilmente a personas que tengan problemas o dolores musculares mejorando la calidad de vida de las mismas.

Camiseta con textrodos – ASINTEC. 6.5.5 Energía fotovoltáica: Prendas que aprovechan la luz del sol. ASINTEC ha trabajado durante los últimos dos años en la consecución de prendas autosuficientes en términos energéticos. Se trata de prendas que incorporan algún mecanismo electrónico que es alimentado directamente de una fuente propia diseñada en la prenda. Esto se ha conseguido mediante la incorporación de paneles fotovoltáicos totalmente flexibles y además resistentes a las condiciones de uso normales de una prenda, esto es: lavado y secado, exposición a luz solar, exposición a agentes medioambientales, entre otras.

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Los paneles fotovoltaicos o colectores solares fotovoltaicos (llamados a veces paneles solares, aunque esta denominación abarca otros dispositivos), están formados por un conjunto de celdas (células fotovoltaicas) que producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos. La potencia máxima que puede suministrar un módulo se denomina potencia pico. Las placas fotovoltaicas se dividen en: - Monocristalinas: se componen de secciones de un único cristal de silicio -(reconocibles por su forma circular o hexagonal). - Policristalinas: cuando están formadas por pequeñas partículas cristalizadas. - Amorfas: cuando el silicio no se ha cristalizado. Su efectividad es mayor cuanto mayores son los cristales, pero también su peso, grosor y coste. El rendimiento de las primeras puede alcanzar el 20% mientras que el de las últimas puede no llegar al 1%, sin embargo su coste y peso es muy inferior. En el caso de las prendas diseñadas hasta el momento por este centro tecnológico, emplean la energía recogida por estos paneles para activar mecanismos de alta visibilidad en las prendas, o para encender un MP3 que dicha prenda lleva incorporado.

Chaqueta iluminada con LEDs. 135


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La aplicación ha resultado bastante práctica y se esperan más avances en cuanto a disminución del peso de la prenda y por consiguiente del peso de la unidad de almacenamiento de energía (batería), que es la variable que a la fecha de hoy incide mayoritariamente sobre el peso final.

6.6 BIBLIOGRAFÍA. [1] <wikipedia.org/wiki/Energía>. [2] <www.geocities.com/unplagged7/index.html>. [3] <newton.cnice.mec.es/3eso/energia/index.html>. [4] <www.cne.es>. [5] <www.mityc.es/energia>. [6] <www.textoscientificos.com/fisica/calor-energia>. [7] <centros6.pntic.mec.es/cea.pablo.guzman/lecciones_fisica/energia_electrica.htm>. [8] <www.ree.es>. [9] <usuarios.lycos.es/energia/quimica.htm>. [10] <newton.cnice.mec.es/3eso/energia/quimica.htm>. [11]<thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0276-02/ed99-0276-02.html>. [12] <www.energianuclear.tk>. [13] <www.foronuclear.org>. [14] <es.wikipedia.org/wiki/Energía_solar>. 136


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CAPÍTULO VII TRATAMIENTOS SUPERFICIALES PARA TEXTILES. La superficie de un material está considerada como la región más sensible a las agresiones del entorno. En comparación con otras causas de deterioro, los problemas que afectan a la parte externa requieren un consumo energético mínimo, debido a que son sólo los átomos de unas pocas capas superficiales y los enlaces que los unen entre sí, los que deben hacer frente a las fuerzas y ataques químicos del entorno. Por otra parte, la posibilidad de personalizar el entorno que nos rodea, puede considerarse como uno de los principales puntos de deseo de la sociedad actual. Coches “tuneados”, casas de diseño o prendas de vestir caracterizadas con nuestros propios nombres o caras, son algunos de los ejemplos más claros de este deseo.

Ejemplos de personalización en el diseño. Por ello y a pesar de la dificultad de encontrar una definición precisa de esta metodología, se puede entender por tratamiento superficial toda aquella actividad cuya finalidad es tratar las superficies para protegerlas de la corrosión, mejorar su resistencia (mecánica, al desgaste y la erosión) o simplemente mejorar su aspecto externo. La aplicación de recubrimientos sobre un substrato permite jugar, como en un material compuesto, con las propiedades de la capa y del material base. De esta manera, tratamientos mecánicos, tratamientos de acondicionado superficial, galvanotecnia, pinturas y barnices, anodizado, esmaltado, aprestos, plastificado o plasma, son algunas de las diferentes técnicas utilizadas para tal fin. 139


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Sin embargo, a pesar de la multitud de alternativas presentes en el mercado, se debe tener un elevado cuidado a la hora de su elección, ya que muchas de las propiedades de los materiales que se emplean en la industria de manera más habitual, resultan delicados a la hora de su empleo, debido bien al aspecto exterior final a adquirir o, principalmente, a las características específicas que deben tener de resistencia a la corrosión, de fricción, de adherencia o de resistencia al ataque químico, por indicar algunos ejemplos. Por este motivo, para conseguir estas características deseadas, hay que lograr una correcta elección tanto de los materiales a utilizar, como de los tratamientos superficiales que se deseen aplicar, ya que éstos son los que en definitiva modificarán las superficies, dotándolas con las propiedades que precisen en cada uno de los casos. En cuanto a su clasificación, los tratamientos superficiales presentan una gran variedad de alternativas en función de los parámetros que se quieran analizar. De entre ellas, una de las más adecuadas podría estar orientada hacia la ordenación de dichos tratamientos en función de su naturaleza. De esta manera, nos podríamos encontrar con la clasificación que se ofrece a continuación. a) Tratamientos superficiales que no alteran la composición del material base sobre el que son aplicados. De entre ellos destacan: - Tratamientos químicos de desengrase, lavado, etc. - Tratamientos térmicos tales como temples, revenidos, etc. - Tratamientos mecánicos de granallado y pulido, etc. b) Tratamientos superficiales que alteran la composición del material base sobre el que son aplicados. Entre ellos cabe destacar: - Tratamientos termo-químicos de nitruración, de cianuración, de sulfinización, etc. c) Tratamientos superficiales con formación de una nueva capa sobre el material base sobre el que son aplicados. Destacan: 140


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- Recubrimientos de pinturas, lacas, plastificados, teflón, etc. - Recubrimientos químicos tales como cromado, niquelado, plateado, etc. - Recubrimientos por deposición bien física, química, de vapor o por plasma; - Recubrimientos por solapado térmico de otros materiales fundidos sobre el material base, como son: cerámicas, carbono, plata, titanio y otros tipos de aleaciones. Por lo que respecta a la aplicación, la variedad de sectores industriales en los cuales la aplicación de estos tipos de tratamientos sobre sus componentes se presenta como una técnica de utilización diaria es muy elevada, destacando por cifra de negocio, por encima de todos, el sector del metal, donde el acero y sus derivados ocupan una posición preponderante dada su gran utilización en la vida cotidiana.

7.1 TRATAMIENTOS SUPERFICIALES EN EL SECTOR TEXTIL/CONFECCIÓN La búsqueda constante de nuevas tendencias, ha producido a lo largo de los años una evolución prácticamente constante tanto en la utilización de nuevos materiales, como en la mejora de las propiedades físico-químicas de aquéllos considerados más clásicos. En este último caso, el uso de los diferentes tipos de tratamientos que afecten y modifiquen la superficie de los tejidos, ha jugado siempre un papel preponderante. Además, en su búsqueda constante de lo diferente y novedoso, desde el propio mundo de la moda se ha ido potenciando el uso de nuevas alternativas de potenciación visual a través de accesorios y soluciones basadas en la aplicación de tecnologías y metodologías aplicadas al textil, que permitieran seguir un camino de mejora continua en el diseño de los productos finales. Sin embargo y dadas las características intrínsecas al sector de análisis, la definición de los tratamientos a englobar como superficiales y su posterior clasificación, se presenta como una tarea altamente compleja. De esta manera, se pueden encontrar diversos tratamientos considerados superficiales o no, en función de la fuente consultada. Y es que, procesos tales como lavado, desengrasado o 141


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Nuevos diseños. tintado, a pesar de ver el resultado sobre la superficie, no solamente afectan a dicha superficie, sino al conjunto del producto. Además de esta complicación en la búsqueda de una definición y clasificación de procesos, también hay que destacar la gran variedad de tratamientos a utilizar, presentándose prácticamente necesarios en casi todos los procesos de fabricación, siendo incluso en muchos de los casos, necesaria la intervención de varios de ellos de manera secuencial. Si a esto se le añade la gran diversidad de materiales utilizados por el sector, donde cada uno de ellos requiere, de manera general, tratamientos propios e independientes, es fácilmente entendible que todo intento de clasificación de los diferentes tratamientos superficiales, resulte una actividad altamente compleja. Por este motivo, a lo largo del presente capítulo se mostrarán algunas de las técnicas más utilizadas dentro de este campo, que presenten un elevado consenso a la hora de definirlas como tratamientos superficiales: aprestos, estampación y tratamientos de plasma. 7.1.1 Aprestos. De entre las diferentes definiciones posibles para apresto dentro del mundo del Textil/Confección, una de ellas podría ser aquélla que los define como el proceso al cual se somete a un tejido con el fin de modificar algunas de sus características, entre las que podrían destacar su apariencia, su tacto o su comportamiento durante su vida útil. 142


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Algunos de los principales tratamientos de apresto utilizados son: Calandrado Se entiende por calandrado el proceso de conformado que consiste en hacer pasar un material sólido a presión entre rodillos de metal generalmente calientes que giran en sentidos opuestos. Aplicados al sector Textil/Confección, el material a utilizar lógicamente será un tejido al cual, en función de la maquinaria usada, se le puede controlar la presión, el calor, la humedad y la fricción, a aplicarle, proporcionándole así distintos acabados de alisado, brillo o similizado, entre otros.

Ejemplo maquina de calandrado. Antideslizante Proceso por el cual se pretende evitar el deslizamiento de los filamentos de fibras sintéticas como poliamidas o rayones, sobre el propio tejido, ya que el coeficiente de rozamiento de fibra sobre fibra es muy reducido. Además de en fibras sintéticas, este defecto también se da a veces en géneros de algodón y tejidos con poca tensión. Para llevar a cabo este proceso, se utilizan agentes antideslizantes o indesmallables, los cuales son productos que actúan aumentando el coeficiente de resistencia fibra/fibra, disminuyendo de esta manera la posibilidad de deslizamiento. La aplicación de estos agentes se suele producir mediante foularado y con ella se suele producir también una disminución del brillo de las fibras, con lo que ejercen una acción de mateado. 143


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Finalmente, cabe destacar que el efecto obtenido no puede considerarse propiamente como sólido al lavado, pero la pérdida del efecto se reduce con el número de lavados quedando constante una cantidad determinada de materia sobre el tejido. Solamente ante lavados en seco presenta una solidez al lavado adecuada. Apresto de impermeabilidad Procedimiento basado en la adición de un determinado producto a un tejido evitando con ello el paso de la humedad. Este efecto se consigue tratando los géneros con unas sustancias que se adhieren a ellos y que además tienen la propiedad de formar una película continua sobre la superficie de los tejidos. La naturaleza hidrófuga de esta película impide el paso y la absorción de agua formando una capa aislante. Cabe destacar que un tejido puede ser impermeable en condiciones atmosféricas normales, pero puede dejar de serlo a medida que aumentamos la presión. La variedad de productos potencialmente utilizables en esta metodología es muy elevada, pudiendo variar desde polímeros termoplastos hasta el caucho, pasando por diferentes parafinas o resinas vinílicas. La aplicación de un producto u otro, variará en función del tipo de tejido sobre el que se quiera trabajar y el nivel de acabado a proporcionar. Además, debido a esta diversidad, las metodologías de aplicación también pueden diferir considerablemente. Aun así, una de las metodologías más utilizada es la denominada por recubrimiento, donde la impermeabilización puede realizarse a una cara, a dos o a modo de sándwich. Los productos se aplican en el tejido o prenda mediante rasqueta, y una vez aplicados se secan mediante un tratamiento térmico denominado gelificación. Posteriormente el tejido se vulcaniza en un autoclave, dando así por terminado el acabado de impermeabilización por recubrimiento. Perchado Proceso que tiene como finalidad levantar los pelos o las fibras de los tejidos, formando una capa más o menos densa y larga sobre la superficie de los mismos. Con su aplicación se persigue, entre otras actuaciones: incrementar la capacidad 144


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aislante del tejido, disimular y difuminar el ligamento, efectuar un efecto de mezcla superficial del colorido de las fibras y mejorar el tacto y suavidad, consiguiendo con todo ello, mejorar el aspecto y presentación final del tejido. Además, en algunos casos, gracias a su aplicación, se puede llegar a facilitar posteriores procesos de aplicación al tejido, como por ejemplo la tintura. Esta metodología se lleva a cabo a través de la utilización de maquinaria especialmente desarrollada para ello, donde la variedad hoy en día es muy elevada, y donde están fundamentadas en el uso de diferentes números de cilindros los cuales actúan en distinto sentido: a pelo o a contrapelo. En función del número de cilindros desenvolviéndose de una u otra manera, así como de su velocidad, se pueden conseguir un tipo de acabado u otro. Además de la clase de maquinaria utilizada, existen muchos más factores que influyen en las diferentes calidades finales del acabado el tipo de tejido así como el tipo de fibra de cada tejido utilizado juegan un papel muy importante en el proceso: su naturaleza, su grosor, su longitud o su elasticidad, por poner algunos ejemplos, afectan a la hora de elegir las condiciones óptimas del proceso. También merece la pena mencionar que, como ya ha sido comentado a lo largo de este capítulo, para la preparación final de un artículo textil, éste debe pasar por una gran cantidad de procesos secuenciales de tratamiento. El número de tratamientos anteriores aplicados a los tejidos, también afecta de manera considerable a la perfecta aplicación del perchado. Así, por ejemplo, una aplicación previa de tratamientos como carbonizado, batanado o fijación por crabbing, dificultarán el proceso final de perchado. Finalmente, se debe reseñar que la aplicación de un perchado mal efectuado sobre un tejido, podrá dar origen a problemas en procesos posteriores, como cortes deficientes en tundidoras, así como irregularidades de aspecto superficial, dificultades para obtener el ancho requerido, etc.

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Tundido El objetivo general de esta metodología es el de cortar, de manera uniforme, el pelo existente en la superficie de los tejidos buscando, bien igualar el pelo obtenido en la operación de perchado, o bien eliminar el pelo no deseado que haya salido de realizar operaciones anteriores. Existen dos tipos de tundidos fundamentales, dependiendo de los resultados que queramos obtener: - Tundido arrasado: es un tundido a fondo, cortando todas las fibras que sobresalgan de la superficie, pudiéndose apreciar así el ligamento. - Tundido no arrasado: corta e iguala el pelo de las operaciones anteriores de obtención de éste. Para la realización de este proceso se utilizan máquinas denominadas tundidoras, las cuales constan principalmente de una mesa por donde entra el tejido, una cuchilla fija y un cilindro cortador. El número de máquinas puede llegar a ser muy diverso, varía dependiendo de la forma, del número de elementos cortadores o de los mecanismos de automatización. El corte de las fibras se realiza con el cilindro cortador y la cuchilla fija, que actúan conjuntamente a modo de tijera. Para la realización del proceso, no se utiliza ningún producto propiamente dicho, por lo que lógicamente no puede tener ninguna influencia sobre la operación. Sin embargo, sí hay que decir que, en ocasiones, se puede llegar a emplear algún compuesto antiestático para evitar la electricidad estática que se produce por el continuo roce del tejido, pero no tiene gran influencia sobre la operación final.

Ejemplo de tundidora. 146


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Para un perfecto funcionamiento del proceso, se debe controlar el proceso físico, observando que los tejidos siempre transcurran por el carril deseado y se les aplique la altura de corte buscada. Con todas estas operaciones se pretende evitar la aparición de defectos muy típicos si no se procede de la manera correcta: arrugas, cortes no homogéneos, diferencias de espesor, corte en las costuras, etc. 7.1.2 Estampación. La búsqueda de una definición común para el concepto de estampación no resulta tarea fácil, y vendrá muy determinada por el tipo de material sobre el que se quiera llevar a cabo dicha tarea. De esta manera, y dado que nos encontramos analizando metodologías dentro del sector Textil/Confección, una posible definición sería aquélla por la que se pudiera entender a la estampación como un proceso por el cual se produce una coloración localizada en un material textil, con arreglo a unos perfiles o dibujos preconcebidos, logrando que el compuesto colorante quede unido de manera total e íntima al textil. Como ha ocurrido en otros muchos sectores, la aplicación de técnicas de estampación dentro del Textil/Confección, se retrae muchos años en el tiempo. Durante todo este periodo, la evolución de las técnicas ha sido constante y la aplicación de las nuevas tecnologías ha sido el motor de los cambios. En este sentido, desde un punto de vista tintóreo, la clasificación clásica de los métodos de estampación venía determinada por tres metodologías preponderantes como son: - Estampación directa: consistente en aplicar la pasta utilizada para la estampación directamente sobre el tejido a estampar. - Estampación por corrosión: utilizada para textiles previamente teñidos, consiste en aplicar sobre la zona a estampar una pasta que contenga el producto químico adecuado (agente corrosivo), capaz de destruir el colorante del textil. Si además del producto químico en cuestión, la pasta presenta un nuevo colorante resistente a dicho producto, la zona tratada adquiriría en vez de un color blanquecino (corrosión blanca), el color del nuevo colorante (corrosión coloreada). - Estampación por reversa: combinación de estampado y tintura. Está basada en la aplicación sobre el tejido de una pasta de estampación (agente de reserva) que, en una ulterior fase de tintura, no permita la absorción del 147


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colorante por parte de las fibras de la zona tratada. Nuevamente, si además la pasta presenta un nuevo colorante adecuado, en vez de quedar una zona blanquecina (reversa en blanco), se obtendría una zona del color impregnado (reversa coloreada). Sin embargo, a pesar de su importancia y de conseguir, de manera general, unos resultados de elevada calidad en los productos, la necesidad de aplicación de tintes presentaba una dificultad añadida a su potencial clasificación dentro de las técnicas de tratamiento superficial. Por este motivo, se puede considerar más apropiado llevar a cabo un intento de clasificación de los procesos en función de la metodología por la cual se produce la impresión del dibujo o imagen. En este sentido, y de manera muy general, se puede hablar de estampación por grabado y estampación por gota. Estampación por grabado Pueden ser consideradas dentro de esta metodología todas las técnicas que producen el estampado de un diseño mediante la utilización de plantillas tamices, que pueden tener, en función del proceso utilizado, forma plana o cilíndrica, según el tipo de maquinaria a la que vayan destinadas. En general, cada plantilla utilizada reproduce un solo color y, en algunos casos, un degradado del mismo para conseguir semitonos. Dada la necesidad de contar con este tipo de plantillas previamente a su utilización, es necesario realizar un arduo trabajo de elaboración de las mismas, donde la elección tanto de formas como de colores, juega un papel importante. Una vez determinado el diseño de las plantillas, el siguiente paso ya consiste en la estampación propiamente dicha del diseño realizado sobre el textil. En la actualidad, los procedimientos para la grabación de plantillas más empleados son el analógico y el digital. La metodología analógica de grabado es la más clásica de las dos y se sigue utilizando en casos donde la calidad deseada del producto final es muy elevada, como por ejemplo en el caso de serigrafías artísticas manuales de diseños especiales de pocos colores. A pesar de ello, la técnica más utilizada a nivel 148


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industrial es la denominada técnica de fotograbado, basada en la propiedad de determinados polímeros de reticular y endurecerse al ser sometidos a luz ultravioleta, en presencia de un catalizador. De esta manera, se utiliza dicho polímero para recubrir la gasa utilizada en la plantilla, la cual, tras ser secada es expuesta a dicha luz junto con el cliché recubridor. De esta manera, tras ser lavada la plantilla, la zona destapada, no expuesta a la luz, será la parte del tejido por la cual pasará la pasta de estampación. Aplicable tanto en plantillas planas como cilíndricas, puede presentar diferentes alternativas de aplicación en función de la necesidad o no de utilización de aditivos como barnices o lacas en el proceso. Por lo que respecta a los procedimientos digitales de grabado, hoy en día se muestran como sistemas ampliamente utilizados debido a la simplificación de tareas a realizar. De esta manera, la utilización altamente generalizada en cualquier ámbito industrial de sistemas de diseño computerizados hace reducir de manera considerable el tiempo empleado en la construcción de bocetos a través de la elección de formas y colores. Para grabar las correspondientes plantillas tanto planas como cilíndricas, nos podemos encontrar hoy en día diferentes tipos de alternativas basadas en esta técnica, tales como el grabado con láser, el denominado Jet Screen, la exposición con láser o la exposición de máscara entre otros. Estampación por gota Bajo este concepto se recoge la tecnología empleada en la estampación de textiles por inyección de chorro de tinta. Este procedimiento está basado en un proceso de impresión sin contacto, donde el dibujo a estampar se forma por la colocación adecuada de pequeñas gotas de tinta sobre la superficie, lanzadas desde los inyectores de un cabezal de impresión el cual es regulado de manera informática. De manera general, las tecnologías de inyección se agrupan en función del flujo a suministrar. Así, pueden ser considerados de inyección continua aquellos sistemas donde la tinta es forzada a salir a una presión muy elevada a través de un pequeño inyector, de manera que el chorro de tinta se fragmenta en pequeñas gotas que se generan de manera continua. Para conseguir la formación de las gotas de manera regular y controlada, es necesario llevar a cabo una estimulación del depósito 149


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mediante alta frecuencia con el uso de un piezo-transductor. Además, el destino de las gotas generadas también puede ser controlado mediante la aplicación de una carga eléctrica variable sobre las mismas, las cuales ya cargadas electrónicamente se desviarán cuando atraviesen un campo eléctrico creado en su zona de paso. Por lo que respecta a la inyección discontinua o por demanda, consiste en la generación de las gotas de tinta, según indica su nombre, solamente cuando sea demandada para ser disparada sobre el tejido a estampar. Este tipo de procesos, se agrupan en dos grandes grupos en función de la naturaleza del impulso utilizado para el lanzamiento de las mencionadas gotas: - Inyección piezoeléctrica: consistente en la formación de las gotas mencionadas a través de la vibración de un cristal piezoeléctrico, el cual presenta como propiedad singular su capacidad para generar cargas eléctricas cuando se aplica sobre él una fuerza mecánica. - Inyección térmica o bubble-jet: en esta metodología la tinta se calienta entre 280ºC y 350ºC en un tiempo extremadamente corto, a través de la calefacción generada por una resistencia eléctrica que está en contacto con la tobera. Esta subida extrema de la temperatura, produce la volatilización de una pequeña cantidad de líquido. La burbuja de vapor así formada, aumenta la presión del interior del inyector generando la salida de una gota de tinta.

Modelo de estampación textil. 150


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Estas metodologías presentan como requerimiento esencial la perfecta reproducción de los dibujos diseñados sobre los tejidos. En este sentido, tanto la naturaleza de los mismos como la calidad de las gotas de tinta utilizadas juegan un papel preponderante. De esta manera y a pesar de todos los avances realizados, la investigación de nuevas formulaciones para tintas de uso general en cualquiera que sea el tejido permanece como un campo de estudio de elevado interés científico. 7.1.3 Plasma. Se ha dejado para el final la técnica de tratamiento superficial más moderna y de una potencial utilización todavía por concretar. El denominado cuarto estado de agregación, conocido hoy día como plasma, fue identificado como tal por primera vez por Sir William Crookes12, en su Tubo Crookes en 1879 y en aquellos momentos su descubridor lo denominaría como "materia radiante". Sin embargo, el primer científico en proponer el actual nombre a dicho descubrimiento fue Irving Langmuir en 1928, el cual, parece ser que puso semejante denominación al recordarle dicho estado al plasma sanguíneo.

Efecto visual del plasma. Actualmente la parte de la física que se dedica al estudio del plasma se presenta como un campo de trabajo ampliamente desarrollado e importante. Así, en la actualidad se puede entender por plasma, de manera muy simplificada, un gas ionizado que se obtiene por aplicación de energía, que presenta cantidades aproximadamente iguales de iones positivos y negativos y que es capaz de reaccionar con extrema facilidad, y donde, la gran cantidad de trabajos realizados 12 Crookes realizó una presentación en la British Association for the Advancement of Science, en Sheffield, el 22 de agosto de 1879 donde mostraba su descubrimiento.

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en este campo son prácticamente imprescindibles en una gran cantidad de ámbitos, tales como la astrofísica y geofísica, los circuitos electrónicos, la soldadura y el corte y, como no, la modificación superficial de materiales. Es en este último campo de actuación donde vamos a prestar más atención, en su aplicación a los tratamientos superficiales. De esta manera, debido al auge experimentado por esta técnica en los últimos años, se ha ido investigando acerca de las potenciales actuaciones sobre las superficies mediante un proceso seco y ecológico, que no dañara la estructura intrínseca del substrato y consiguiera mejorar las propiedades de los mismos. En este ámbito de trabajo es donde la tecnología de plasma juega un papel preponderante. De esta manera, utilizando esta tecnología se podrían conseguir diferentes modificaciones superficiales trabajando sobre tres factores principales: - La naturaleza de los gases del plasma. Estos son principalmente de dos tipos: orgánicos e inorgánicos. En función del tipo utilizado, se consiguen sobre la superficie de los compuestos diferentes nuevas propiedades: en función de lo buscado, se aplicará un tipo de gas u otro. -,El nivel de energía aplicado. Según dicha cantidad de energía, se podrán conseguir tipos de plasma diferenciados, que producirán distintas propiedades en la superficie de los materiales a tratar. - La naturaleza del substrato. De manera intuitiva se puede comprender que, a igualdad de condiciones y gas utilizado, en función del tipo de material usado, las propiedades que aparezcan en uno u otro podrán llegar a variar de manera considerable. Dado que la naturaleza del sustrato juega un papel tan importante a la hora de producir diferentes tipos de propiedades, se podrían llegar a establecer clasificaciones de aplicación de esta tecnología en función de dichos materiales. O bien, de manera más genérica, analizar los mismos en función del sector empresarial al que pertenezcan. Será esta última alternativa a la que se le preste una mayor atención. Así, el sector Textil/Confección, también aparece dentro del ramillete de actividades dentro de las cuales el desarrollo de la tecnología de plasma 152


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ha experimentado un elevado aumento en los últimos años. La posibilidad de conseguir nuevas propiedades en los tejidos utilizados en el sector, sin necesidad de modificar intrínsecamente sistemas y procesos, se muestra como un procedimiento altamente apetecible ante los empresarios. En este sentido y como se ha visto previamente, existen diferentes puntos de modificación que pueden afectar a la aplicación de la metodología de plasma. Por este motivo y dentro del sector que nos ocupa, uno de los principales factores a modificar son los gases de producción del plasma. De esta manera, cuando estos gases son de naturaleza inorgánica: argón, oxígeno, aire, nitrógeno, etc., se producen fenómenos de degradaciones en la morfología externa del substrato así como la implantación de átomos y la generación de radicales en el mismo. A este fenómeno, se le suele denominar proceso de limpieza y activación de la superficie de los substratos textiles. Así, se denomina: - Limpieza: por esta metodología se consigue la eliminación de contaminantes orgánicos de la superficie del substrato, mediante técnicas de abrasión y ruptura de enlaces covalentes débiles presentes en la superficie. En general, el gas básicamente utilizado es el oxígeno y el proceso de limpieza se produce mediante una combustión fría que transforma aquellos contaminantes no deseados de la superficie (o la totalidad de la superficie del sustrato si fuera lo deseado), en productos típicos de toda combustión, tales como agua, dióxido de carbono u óxidos nitrosos. - Activación: proceso por el cual se reemplazan, a escala superficial, diferentes átomos por grupos funcionales altamente reactivos, cambiando así la estructura del polímero y su composición elemental en las primeras capas moleculares. De esta manera, las moléculas de los gases (principalmente oxígeno y nitrógeno), interaccionan con diversos grupos químicos de la superficie del substrato, de tal manera que se produce la creación de nuevos grupos químicos tales como hidroxilos (OH), carbonilos (CO), carboxilos (COOH), aminos (NH2) o amidos (NHCO). Con la creación de estos nuevos grupos funcionales, se modifican las propiedades de la superficie del tejido consiguiendo nuevas características en materia de adhesión, humectancia, y comportamiento hidrofóbico/fílico. 153


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Por el contrario, si el gas utilizado es de naturaleza orgánica, lo que se produce es el efecto conocido como plasmapolimerización. De esta manera, al introducir los diferentes gases orgánicos (gases con naturaleza carbónica o de silicio) se producen sobre los materiales presente en la cámara de reacción, productos similares a los polímeros mediante la fragmentación del gas debido a la influencia del plasma. Para la ejecución de la metodología de plasma, cabe destacar que existen dos protocolos principales para la aplicación de la misma a los textiles, en función de las cuales, las propiedades finales que se consiguen pueden variar diametralmente, otorgando así un elevado abanico de posibilidades al sector. De esta manera, se puede realizar: Plasma a presión atmosférica. Proceso por el cual, la formación del plasma se consigue mediante la ionización del aire atmosférico a dicha presión, permitiendo el tratamiento del tejido en continuo sobre la superficie de un substrato textil y/o polimérico y consiguiendo así, realizar con el mismo, tratamientos de limpieza y activación en continuo y mejorando de esta manera sus propiedades de adhesión, humectación y biocompatibilidad. Con esta metodología se consigue, como ventaja principal, realizar tratamientos en continuo que permiten alcanzar elevadas velocidades de tratamiento de materia. Por el contrario, el mantenimiento del estado de plasma a presión atmosférica es más complicado, ya que requiere gran cantidad de energía.

Ejemplo de procesador de plasma atmosférico. 154


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Plasma a baja presión. Proceso mediante el cual se produce la transformación de los gases de trabajo a presión reducida. Las velocidades de recombinación de los componentes son bajas, por lo que se requieren potencias de mantenimiento también relativamente bajas. Para su formación, de manera general primero se realiza el vacío del sistema y posteriormente se introduce el flujo de gases deseado en la cámara de reacción. En función de los gases utilizados se pueden conseguir: -.a) Tratamientos de limpieza y activación de la superficie de los tejidos. Se consigue mediante la utilización de gases inorgánicos (oxígeno y nitrógeno, por ejemplo) y se pueden obtener sustratos con nuevas propiedades tanto hidrofílicas como de adhesión, humectación y biocompatibilidad. - b) Tratamientos de plasmapolimerización consistentes en la utilización de gases orgánicos (tales como HMDSO o CH4/O2), para la transformación de las propiedades superficiales de los compuestos, adquiriendo características hidrófobas e hidrofílicas permanentes. Cabe destacar que esta tecnología se muestra superior a la atmosférica tanto en flexibilidad de aplicación como en homogeneidad de su tratamiento, estabilidad y reproducción de resultados obtenidos. Las ventajas conseguidas con la aplicación de estos procesos son muy elevadas, quedando resumidas las más importantes de la siguiente manera:

Maquinaria plasma baja presión. 155


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- Al tratarse de tratamientos superficiales, no se modifican las propiedades intrínsecas de la fibra. - Al ser un proceso en fase gaseosa, no requiere agua. - No es necesaria la utilización de grandes cantidades de productos químicos. - No produce residuos. - De manera general, son metodologías energéticamente eficientes. - Presenta unos costes de operación relativamente bajos. - Modifica y mejora las propiedades superficiales de los productos, bien mediante procesos de limpieza de los mismos o por tratamientos de activación, que proporcionan características de humectabilidad, repelencia al agua, transpirabilidad, anti-manchas, etc. Para finalizar, cabe destacar que el elevado número de empresas colaboradoras en los diferentes proyectos en este campo, así como el gran número de estudios realizados al respecto, nos muestran que nos encontramos ante una tecnología que despierta gran interés por sus potenciales posibilidades y de la que, a pesar de que en la actualidad presenta unos elevados costes de implantación debido a los costes en el desarrollo de nueva maquinaria, se prevé pueda producir en los próximos años un aumento en el número de aplicaciones dentro del sector Textil/Confección. 7.1.4 Microfibrilación La fibrilación se produce cuando las fibras del soporte textil se levantan, separan o desprenden del film de plastisol impreso, debido al proceso de lavado y secado. El conjunto de “pelos”, de fibras separadas sobre la tinta, da lugar a una aparente pérdida de color de la impresión, que a menudo se confunde con falta de resistencia al lavado. Las fibras se levantan debido al frote de una prenda con otra. Para distinguir la fibrilación de esta otra situación, sirven estas indicaciones:

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Es fibrilación si: - El descolorido se presenta de forma uniforme. - Comprobamos que el plastisol está bien curado. - Sólo pasa con prendas de algodón. Por otra parte, es falta de resistencia al lavado si: - Falta tinta de forma desigual. - Comprobamos un curado deficiente. - Pasa con todo tipo de soportes textiles. La fibrilación se reduce a la mínima expresión si se usan mallas abiertas (esto es equivalente a depositar más tinta), si se usan tintas opacas y tejidos con poliéster. Incluso a menudo se puede reducir este efecto estampando una base transparente de Soft Hand Extender Clear. No obstante, hoy en día para minimizar el efecto fibrilación, existe maquinaria de última generación, como es el caso de la casa Biancalani, con su modelo Petra ®.

Microcápsulas.

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7.2 BIBLIOGRAFÍA [1] Rodríguez T.R. < www.ain.es/boletin/difusin1.htm>,1999. [2] Carreras, L.; Montalá, F. “Actividad Industrial de las técnicas de Recubrimientos de Capas duras y finas”. 2003. Más información: <http://www.grupttc.com/actualidad.pdf>. [3] Algunos ejemplos para consulta de aprestos: a) Bernard W. Appretur der Textilien. Springer-Verlarg. Ed. 1ª Ed, 1967.b) Gil A. M. “Operaciones básicas de aprestos y acabados en tejidos de lana”. 1986. [4] Para una lectura de interés en estampación: Albiñana M. “Estampación: Diferentes Técnicas de Estampación sobre Tejido (modes, serigrafía, batik, sertí)”, Ed. Parramon, 2007. [5] Para consultas rápidas de su biografía: a) <http://es.wikipedia.org/wiki/Sir_William_Crookes>; b) <http://www.madehow.com/inventorbios/92/William-Crookes.html>. c) <http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1932/langmuirbio.html>. [6] Para saber más sobre plasma: Langmuir, I. “Oscillations in ionized gases”. Proc. Nat. Acad. Sci. U.S., 14, 1928, 628 [7] Diferentes centros de investigación de I+D+i se encuentran en la actualidad trabajando en la aplicación de la tecnología de plasma al sector Textil/Confección. Para contacto: <www.asintec.org>; <www.aitex.es>; <www. leitat.org>, entre otros. [8] Para observar un ejemplo de estudio de plasma sobre fibras textiles: Höcker H. “Plasma treatment of textile fibres”. Pure Appl. Chem., 2002, 74, 423-427.

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CAPÍTULO VIII OTRAS TECNOLOGÍAS APLICADAS AL TEXTIL Y CONFECCIÓN: RFID. RFID: de nuevo unas siglas invaden el mundo del sector Textil/Confección. Actualmente, siglas como CAD, CAM, CIM, TIC, etc. son utilizadas con total naturalidad en el día a día del sector. Cuando ya nos habíamos familiarizado con ellas, vuelve de nuevo una sigla a irrumpir en este sector con fuerza con el fin de designar a una tecnología de identificación que está destinada a desbancar al código de barras. Así es, no podíamos olvidar esta nueva tecnología en un libro dedicado a la introducción de tecnologías modernas en el sector Textil/Confección. Aunque esta tecnología empezó a aplicarse en otros sectores como el logístico y el almacenaje con gran fuerza en sus inicios, no debemos menospreciar las actuales y futuras utilidades que esta nueva tecnología aporta a nuestro sector, sólo limitadas por la propia imaginación de quien la desarrolla. Antes de ver los usos y aplicaciones de la tecnología para el Textil/Confección, debemos entender el funcionamiento de la tecnología RFID así como su evolución en el tiempo y sus aplicaciones en otros sectores. RFID responde a las siglas de “Radio Frequncy Identification”, en español Identificación por Radio Frecuencia, y sirve para designar al sistema de almacenamiento y recuperación de datos remotos que usa dispositivos, etiquetas, transponedores o tags (etiqueta) RFID. El fundamento inicial de esta nueva tecnología es la transmisión de una serie de datos identificativos de un objeto mediante ondas de radio. Esta nueva tecnología se agrupa dentro de las denominadas Auto ID (Automatic Identification, o Identificación Automática) En la actualidad la tecnología más extendida para la identificación de objetos es la de los códigos de barras. Sin embargo, éstos presentan algunas desventajas frente a la nueva tecnología emergente, como son su limitación en cuanto a la cantidad de datos y la imposibilidad de modificarlos. Estos problemas vienen solucionados 161


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con la nueva tecnología a la vez que proporciona más ventajas como son el aumento de la distancia de lectura al eliminar la trasmisión óptica para la misma o la capacidad de lectura simultánea de varios tags.

8.1 BREVE HISTORIA. Como en otras tecnologías o en otras ciencias, el origen de ésta, o más bien el comienzo de su uso, no está muy claro. Parece ser que el comienzo de uso (no su descubrimiento) se remonta a la II Guerra Mundial, donde la utilización del radar permitía la detección de aviones a kilómetros de distancia, pero no su identificación. El ejército alemán descubrió que si los pilotos balanceaban sus aviones al volver a la base cambiaría la señal de radio reflejada de vuelta. Este método hacía así distinguir a los aviones alemanes de los aliados y se convirtió en el primer dispositivo de RFID pasivo. Los sistemas de radar y de comunicaciones por radiofrecuencia avanzaron en las décadas de los 50 y los 60 en que los científicos de los países más avanzados trabajaban para explicar cómo identificar objetos remotamente. Las compañías pronto comenzaron a trabajar con sistemas antirrobo que usando ondas de radio determinaban si un objeto había sido pagado o no a la salida de las tiendas. Se utilizaba con una etiqueta en la que un único bit decide si se ha pagado o no por el objeto en cuestión. La etiqueta pitaba en los sensores colocados a la salida si el objeto no se había pagado. Las primeras patentes para dispositivos RFID fueron solicitadas en Estados Unidos, concretamente en enero de 1973 cuando Mario W. Cardullo presentó una etiqueta RFID activa que portaba una memoria reescribible. El mismo año, Charles Walton recibió la patente para un sistema RFID pasivo que abría las puertas sin necesidad de llaves. Una tarjeta con un transponedor comunicaba una señal al lector de la puerta que, cuando validaba la tarjeta, desbloqueaba la cerradura. El gobierno americano también trabajaba sobre esta tecnología en los años 70 y montó sistemas parecidos para el manejo de puertas en las centrales nucleares, que 162


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se abrían al paso de los camiones que portaban materiales para las mismas que iban equipados con un transponedor. También se desarrolló un sistema para el control del ganado que había sido vacunado insertando bajo la piel de los animales una etiqueta RFID pasiva con la que se identificaba los que habían sido vacunados y los que no. Después han ido llegando mejoras en la capacidad de emisión y recepción, así como en la distancia, lo cual ha llevado a extender su uso en ámbitos tanto domésticos como de seguridad nacional, como sucede con el pasaporte expedido en la actualidad en los EE.UU que lleva asociadas etiquetas RFID. Finalmente, el año 2003 marcó un hito de importancia cuando Wal-Mart y el Departamento de Defensa (DoD) estadounidense decidieron adherirse a la tecnología RFID, seguidos rápidamente por otros fabricantes.

8.2 LA TECNOLOGÍA RFID. Antes de entrar en las aplicaciones que esta tecnología ofrece para cualquier sector así como para el sector Textil/Confección, vamos a ver qué es y cómo funciona esta tecnología. Para entender el funcionamiento de la tecnología RFID debemos primero conocer los cuatro elementos básicos que componen un sistema RFID. Una etiqueta electrónica o tag, también llamada transponedora: que está compuesta por una antena, un transductor de radio y el material encapsulado o chip. La función de la antena no es otra que la de habilitar la comunicación por radio frecuencia entre el lector y el chip que almacena la información. Esta información suele ser de identificación del objeto, la persona, el animal etc. que porta dicha tarjeta. El chip o la memoria interna posee una capacidad que depende del modelo y varía de una decena de bytes a millares de bytes.

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Los tipos de memoria que existen son: - Sólo de lectura: el código o la información que poseen es único, personal y no modificable. Es introducido en la fabricación de la etiqueta. - De lectura y escritura: la información es introducida durante la fabricación o mediante el lector en cualquier momento. - Anticolisión: son etiquetas especiales que permiten que un lector identifique a varias al mismo tiempo (siempre que se encuentren dentro de la zona de cobertura del lector).

Etiqueta RFID. Lector de etiquetas RFID o también llamado interrogador, transceptor o reader: que está compuesto por una antena, un transceptor y un decodificador. Es el encargado de transmitir la energía suficiente a la etiqueta y de leer los datos que ésta le envíe. El lector, además, envía los datos recibidos a un subsistema de procesamiento de datos como puede ser un ordenador o una base de datos. Algunos lectores son capaces de escribir información en las etiquetas mediante un programador integrado. Los lectores pueden ser fijos o de mano según el uso al que va destinado. Subsistema de procesamiento de datos: o base de datos que almacena y procesa los mismos. Además este subsistema que normalmente es un pc, desarrolla la aplicación RFID. Recibe la información de uno o varios lectores y la comunica al sistema de información. También es capaz de transmitir órdenes al lector.

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Como complemento, un middleware (software que facilita la comunicación entre el PC y los sistemas de información existentes) y un sistema ERP de gestión de sistemas (sistemas integrales de gestión de empresa, producción, almacenaje, etc). El funcionamiento de un sistema de radiofrecuencia es muy sencillo y consta de los siguientes pasos. · El lector constantemente manda señales u ondas de radiofrecuencia a las etiquetas o tag. · El tag mediante la antena capta las ondas y la energía que estas ondas transmiten. Mediante esta energía, entra en funcionamiento. · La etiqueta analiza la información recibida o solicitada por el lector. · El tag o etiqueta responderá bien con los datos solicitados o con todos los datos que posee. Para ello con la micro antena mandará ondas de radiofrecuencia al lector. · La información recibida por el lector es trasmitida a la central de datos que la analiza y la almacena para su posterior uso. En el siguiente esquema vemos el funcionamiento de un sistema RFID convencional.

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8.3 ETIQUETAS RFID. Anteriormente hemos visto una clasificación de los tipos de etiquetas en los que son de lectura o de escritura. A continuación, vamos a ver otra clasificación debida a sus componentes y al uso al que van destinadas. De este modo las etiquetas las podemos clasificar en:

8.3.1 Tags pasivos Son los que no requieren ningún tipo de fuente de alimentación externa y, como su propio nombre indica, son dispositivos pasivos, se activan sólo con un lector en sus inmediaciones (el cual les suministra la energía que necesitan para su funcionamiento). Las características principales de estos tags pasivos son las siguientes: · No necesitan batería interna para su funcionamiento; · Son más baratos de producir; · Las distancias de uso o rango, son más cortas, entre 10 cm. y uno o dos metros. Este tipo de etiquetas funcionan mediante la señal u onda de radio frecuencia que el lector le transmite. Mediante esta onda el lector induce una corriente eléctrica mínima que basta para operar el circuito integrado del tag. Éste podrá generar y transmitir mediante la corriente recibida una respuesta. La gran mayoría de los tags pasivos existentes poseen una antena diseñada tanto para obtener la energía necesaria para su funcionamiento como para transmitir la respuesta backscatter. Esta respuesta suele ser un código de identificación del producto que porta dicha etiqueta, aunque según el tipo de memoria dicha información puede ser mucho más amplia. La distancia de uso de estos tags, es decir, la distancia entre el tags y la antena o receptor varía desde los diez centímetros (ISO 14443) hasta unos pocos metros (ISO 18000-6) según su frecuencia de operar y el diseño y el tamaño de la antena. 166


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Debido a su simplicidad, su producción es realmente sencilla mediante un proceso de impresión. La fiebre de la nanotecnología también ha llegado a la fabricación de las etiquetas pasivas. Debido a la falta de alimentación propia, hace que su tamaño pueda ser bastante pequeño. De este modo en los últimos cinco años se ha producido una carrera en la búsqueda del tag más pequeño. Así, en el año 2006, la empresa Hitachi desarrolló un dispositivo pasivo denominado µ-Chip con un tamaño de 0,15 X 0,15 milímetros sin antena (más delgado que una hoja de papel, 7,5 µm.) y casi invisible al ojo humano. Este chip puede transmitir un identificador único de 128 bits fijado a él en su fabricación e inmodificable posteriormente. Su distancia de lectura alcanzaba los 30 centímetros como máximo. En febrero de 2007, la misma empresa presentó un dispositivo pasivo de menor tamaño con sólo 0,05 X 0,05 milímetros. Era tan pequeño que podía incluirse dentro de una hoja de papel. El problema de esta miniaturización es el necesario aumento de la antena con la considerable pérdida de distancia de uso.

mu-Chip Otro problema al que se enfrenta esta nueva tecnología es su alto coste. En principio los tags pasivos eran más baratos al no incorporar una fuente de alimentación pero aún así el código de barras seguía siendo más barato llegando al límite en el que cualquier usuario con un software y una impresora adecuados puede imprimir sus propios códigos de barras. 167


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Al principio la solución que se utilizó para la reducción de costes fue la utilización de la tecnología del silicio y de polímeros como ya se estaba realizando en otras industrias. De este modo en el año 2005, Philips presentó tags sencillos que utilizaban esta última tecnología. La ventaja de este tipo de tecnología es que estos tags se podrían producir en imprenta como cualquier revista abaratando incluso mucho más los costes que si fueran de silicio. Los tags pasivos se llevan utilizando en numerosos sectores desde hace varios años, no como otros tipos de tags con fuente de alimentación incorporada. Estos tipos de tags son los que llevan los códigos de identificación de llaves de la industria automovilística. También podemos encontrar este tipo de etiquetas para la gestión de libros en bibliotecas, para seguridad incorporados en el carné de conducir o pasaportes (EEUU) en el control de almacén en empresas farmacéuticas, etc. Pero sin lugar a dudas donde más desarrollo ha tenido ha sido en el logístico y en especial en el control del almacén de todo tipo de industrias. 8.3.2 Tags activos Como diferencia a los tags pasivos, los activos poseen una fuente de alimentación propia, es decir, tienen su propia fuente autónoma de energía que utilizan para dar corriente a sus circuitos y propagar la señal al lector. Este tipo de tags son más fiables que los pasivos debido a su capacidad de establecer sesiones con el reader, es decir puede existir más de un ciclo de pregunta-respuesta entre ellos. Gracias a su fuente de energía son capaces de transmitir señales más potentes que otro tipo de tags, consiguiendo una mayor fiabilidad en entornos problemáticos para las ondas de radio frecuencia, como pueden ser el agua, los metales o los seres vivos (compuestos en su mayoría por agua). Otra ventaja de este tipo de tags radica en la distancia al lector, que aumenta considerablemente pudiendo generar respuestas claras a partir de recepciones débiles. 168


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En cuanto a los inconvenientes de este tipo de tags podemos reseñar el aumento de tamaño y su coste mayor junto con su vida útil limitada (a la de la pila). Existen actualmente tags activos que poseen rangos efectivos de usos de cientos de metros junto con una vida útil de las baterías de diez años. Otra ventaja es que debido a su tamaño mayor pueden aumentar la capacidad de memoria, pudiendo incluir memorias modificables a petición del lector o por propia decisión interna. También es posible incorporar sensores de registro de temperatura, de humedad, de vibración, de luz, etc, ampliando su rango de uso en empresas o productos farmacéuticos y alimentarios. Actualmente las etiquetas activas más pequeñas tienen el tamaño de una moneda aproximadamente, con rangos de uso de hasta diez metros y una vida útil de una década. 8.3.3 Tags semipasivos. Los tags semipasivos tienen en común con los activos que poseen una fuente de alimentación propia, pero la diferencia principal es que sólo se utiliza para alimentar el microchip y no para transmitir una señal. El funcionamiento de estos tags es similar al de los pasivos, es decir, la energía contenida en la radio frecuencia es reenviada hacia el lector como en un tag pasivo. La fuente de alimentación propia es utilizada en la mayoría de este tipo de tags para almacenar la información recibida del lector y emitirla no inmediatamente sino en el futuro, usando como hemos visto anteriormente, backscatter. De este modo la batería puede permitir al circuito integrado de la etiqueta estar constantemente alimentado y eliminar la necesidad de diseñar una antena receptora que recoja la potencia y la energía de la señal entrante. Este tipo de etiquetas responden más rápidamente, por lo que son más fuertes en el ratio de lectura que las pasivas. Las ventajas de ese tipo de tags frente a los activos es su mayor duración con una fiabilidad superior a los pasivos en las transmisiones y en el rango operativo.

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8.4 ANTENAS EN LOS TAGS Como hemos visto, un componente importante de los tags es la antena receptora. Esta antena será de un tipo o de otro según la aplicación y la frecuencia de operación. Los tags de baja frecuencia utilizan la inducción electromagnética. En cualquiera de los casos, el voltaje inducido es proporcional a la frecuencia, de este modo se puede producir el voltaje necesario para alimentar un circuito integrado dado un número suficiente de espiras. Los tags para la identificación animal son etiquetas compactas encapsuladas en vidrio que utilizan una antena en varios niveles (tres de 100-150 espiras cada uno) alrededor de un núcleo de ferrita. En cuanto a la alta frecuencia (HF, 13,56 Mhz) se suele utilizar como antena una espiral plana con 5-7 vueltas y un factor de forma parecido al de una tarjeta de crédito consiguiendo distancias de lectura de decenas de centímetros. Este tipo de antenas son más baratas que las de baja frecuencia LF ya que se pueden conseguir por medio de litografías, aunque son necesarias dos superficies de metal y una aislante para realizar la conexión cruzada del nivel exterior al interior de la espiral, donde se encuentra el condensador de resonancia y el circuito integrado. Los tags pasivos que trabajan con frecuencias ultraaltas (UHF) y microondas suelen acoplarse por radio a la antena del lector y utilizar antenas clásicas de dipolo. Sólo es necesaria una capa de metal, lo que reduce el coste. Las antenas de dipolo, no obstante, no se ajustan muy bien a las características de los circuitos integrados típicos (con alta impedancia de entrada, ligeramente capacitiva). Se pueden utilizar dipolos plegados o bucles cortos como estructuras inductivas complementarias para mejorar la alimentación. Los dipolos de media onda (16 cm. a 900 MHz) son demasiado grandes para la mayoría de aplicaciones (por ejemplo los tags para uso en etiquetas no pueden medir más de 10 cm.), por lo que hay que doblar las antenas para satisfacer las necesidades de tamaño. También pueden usarse estructuras de banda ancha. La ganancia de las antenas compactas suele ser menor que la de un dipolo (menos de 2 dBi) y pueden considerarse isótropas en el plano perpendicular a su eje.

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Los dipolos experimentan acoplamiento con la radiación que se polariza en sus ejes, por lo que la visibilidad de un tag con una antena de dipolo simple depende de su orientación. Los tags con dos antenas ortogonales (tags de doble dipolo) dependen mucho menos de ella y de la polarización de la antena del lector, pero suelen ser más grandes y caras que sus contrapartidas simples. Pueden usarse antenas de parche (patch) para dar servicio en las cercanías de superficies metálicas, aunque es necesario un grosor de 3-6 mm. para lograr un buen ancho de banda, además de que es necesario tener una conexión a tierra que incrementa el coste comparado con estructuras de una capa más sencillas. Las antenas HF y UHF suelen ser de cobre o aluminio. Se han probado tintas conductoras en algunas antenas encontrando problemas con la adhesión al circuito integrado y la estabilidad del entorno.

8.5 UBICACIÓN DE LOS TAGS. Tan importante como el tipo de etiqueta según el uso al que va destinado, es la posición de la misma dentro del producto que lo porte. En el sector T/C para la identificación de prendas es de suma importancia el tamaño (las etiquetas no deben ser superiores a 10 cm.) así como su colocación dentro de las mismas para poder identificarla mediante un lector. La orientación de un tag puede afectar al desempeño de tags UHF a través del aire en función de la posición en la que se encuentran los tags. En general, no es necesaria una recepción óptima de la energía del lector para operar sobre los tags pasivos. No obstante, puede haber casos en los que se fija la distancia entre ambas partes así como la potencia efectiva emitida. En este caso, es necesario saber en qué casos se puede trabajar de forma óptima con ellos.

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8.6 ENTORNOS DE USO Una de las principales aplicaciones de este tipo de tecnología en todos los sectores y en especial en el Textil/Confeción, es la logística y el almacenaje del producto final. En este tipo de entorno, un lector debe controlar o requerir la información, no de un solo tag, sino de varios o de cientos a la vez, para su selección. Esto supone que los lectores pueden requerir la selección de tags a explorar de entre muchos candidatos posibles. También podrían desear realizar una exploración de los tags de su entorno para realizar inventarios o, si los tags se asocian a sensores y pueden mantener sus valores, identificar condiciones del entorno. Si un reader intenta trabajar con un conjunto de tags debe conocer los dispositivos que se encuentran en su área de acción para después recorrerlos uno a uno, o bien hacer uso de protocolos de evitación de colisiones. Para leer los datos de los tags, los readers utilizan un algoritmo de singulación basado en el recorrido de árboles, resolviendo las colisiones que puedan darse y procesando secuencialmente las respuestas. Existen tags bloqueantes (blocker tags) que pueden usarse para evitar que haya lectores que accedan a los tags de un área sin necesidad de recurrir a comandos de suicidio para inhabilitar los tags. Estos tags se hacen pasar por tags normales pero poseen ciertas características específicas; en concreto, pueden tomar cualquier código de identificación como propio y pueden responder a toda pregunta que escuchen, asegurando el entorno al anular la utilidad de estas preguntas. En general, puede emitirse una señal falsa si se detecta actividad de tags para bloquear las transmisiones débiles producidas por éstos. En caso de que los tags sean prescindibles o no sean necesarios de nuevo, pueden inutilizarse induciendo en ellos corrientes elevadas que inutilicen sus circuitos. Aparte de esto, un tag puede ser promiscuo si responde a todas las peticiones sin excepción, o seguro si requiere autentificación (esto conlleva los aspectos típicos de gestión de claves criptográficas y de acceso). Un tag puede estar preparado para activarse o desactivarse como respuesta a comandos del lector.

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Los lectores encargados de un grupo de tags en un área pueden operar en modo autónomo en contraposición al modo interactivo. Si trabajan de esta forma, realizan una identificación periódica de todos los tags en su entorno y mantienen una lista de presencia con tiempos de persistencia (timeouts) e información de control. Si una entrada expira, se elimina de la tabla. Con frecuencia una aplicación distribuida requiere el uso de ambos tipos extremos de tags. Los tags pasivos no pueden realizar labores de monitorización continua sino que realizan tareas bajo demanda cuando los readers se las solicitan. Son útiles para realizar actividades regulares y bien definidas con necesidades de almacenamiento y seguridad acotadas. Si hay accesos frecuentes, continuos o impredecibles, o bien existen requerimientos de tiempo real o procesamiento de datos (como búsqueda en tablas internas) suele ser conveniente utilizar tags activos.

8.7 ESTANDARIZACIÓN NORMAS ISO. Los estándares de RFID abordan cuatro áreas fundamentales: - Protocolo en el interfaz aéreo: especifica el modo en el que etiquetas RFID y lectores se comunican mediante radiofrecuencia; - Contenido de los datos: especifica el formato y semántica de los datos que se comunican entre etiquetas y lectores; - Certificación: pruebas que los productos deben cumplir para garantizar que cumplen los estándares y pueden interoperar con otros dispositivos de distintos fabricantes; - Aplicaciones: usos de los sistemas RFID. Como en otras áreas tecnológicas, la estandarización en el campo de RFID se caracteriza por la existencia de varios grupos de especificaciones competidoras. Por una parte está ISO, y por otra Auto-ID Centre (conocida desde octubre de 2003 como EPCglobal de EPC, Electronic Product Code). Ambas comparten el objetivo de conseguir etiquetas de bajo coste que operen en UHF.

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Los estándares EPC para etiquetas son de dos clases. - Clase 1: etiqueta simple, pasiva, sólo de lectura con una memoria no volátil programable una sola vez. - Clase 2: etiqueta sólo de lectura que se programa en el momento de fabricación del chip (no reprogramable posteriormente). Las clases no son interoperables y además son incompatibles con los estándares de ISO. Aunque EPCglobal está desarrollando una nueva generación de estándares EPC con el objetivo de conseguir interoperabilidad con los estándares de ISO, aún se está en discusión sobre el AFI (Application Family Identifier) de ocho bits.

Lector RFID. Por su parte, ISO ha desarrollado estándares de RFID para la identificación automática y la gestión de objetos. Existen varios estándares relacionados, como ISO 10536, ISO 14443 e ISO 15693, pero la serie de estándares estrictamente relacionada con las RFID y las frecuencias empleadas en dichos sistemas es la serie 18000.

8.8 APLICACIONES DE RFID EN LA ACTUALIDAD. Hoy en día, la tecnología RFID es aplicada en numerosos sectores como pueden ser el de automoción, el farmacéutico, el alimentario, para la identificación de personas, de animales, etc. 174


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Su uso vendrá determinado por la frecuencia utilizada. Así, las de baja frecuencia se utilizan comúnmente para la identificación de animales, seguimiento de barricas de cerveza, o como llave de automóviles con sistema antirrobo. En ocasiones se insertan en pequeños chips en mascotas para que puedan ser devueltas a su dueño en caso de pérdida. Las etiquetas RFID de alta frecuencia se utilizan en bibliotecas y seguimiento de libros, seguimiento de palés, control de acceso en edificios, seguimiento de equipaje en aerolíneas, seguimiento de artículos de ropa y últimamente en pacientes de centros hospitalarios para hacer un seguimiento de su historia clínica. Un uso actual de las etiquetas de alta frecuencia es la identificación de acreditaciones, sustituyendo a las anteriores tarjetas de banda magnética. Sólo es necesario acercar estas insignias a un lector para autentificar al portador. Las etiquetas RFID de UHF se utilizan comúnmente de forma comercial en seguimiento de palés y envases y seguimiento de camiones y remolques en envíos. Las etiquetas RFID de microondas se utilizan en el control de acceso en vehículos de gama alta. Algunas autopistas, como por ejemplo el carril de Telepeaje IAVE, las autopistas de CAPUFE en México, la FasTrak de California, el sistema I-Pass de Illinois, el telepeaje TAG en las autopistas urbanas en Santiago de Chile, la totalidad de las autopistas de pago argentinas y la Philippines South Luzon Expressway E-Pass utilizan etiquetas RFID para recaudación con peaje electrónico. Las tarjetas son leídas mientras los vehículos pasan; la información se utiliza para cobrar el peaje en una cuenta periódica o descontarla de una cuenta prepago. El sistema ayuda a disminuir el entorpecimiento del tráfico causado por las cabinas de peaje.

RFID para control en autopistas. 175


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Sensores como los sísmicos pueden ser leídos empleando transmisores-receptores RFID, simplificando enormemente la recolección de datos remotos. Ya en el año 2003, Michelin anunció que había comenzado a probar transmisoresreceptores RFID insertados en neumáticos. Después de un perIodo de prueba estimado de 18 meses, el fabricante ofrecería neumáticos con RFID a los fabricantes de automóviles. Su principal objetivo es el seguimiento de neumáticos en cumplimiento con la leyes estadounidenses como la United States Transportation, Recall, Enhancement, Accountability and Documentation Act (TREAD Act). Las tarjetas con chips RFID integrados se usan ampliamente como dinero electrónico, como por ejemplo la tarjeta Octopus en Hong-Kong, tarjeta Vip en Santiago de Chile para el transporte público (transantiago), la tarjeta SubteCard para el subterráneo de Buenos Aires, y en los Países Bajos como forma de pago en transporte público y ventas menores. Desde el 2004, está disponible una "llave inteligente" como opción en el Toyota Prius y algunos modelos de Lexus. La llave emplea un circuito de RFID activo que permite que el automóvil reconozca la presencia de la llave a un metro del sensor. El conductor puede abrir las puertas y arrancar el automóvil mientras la llave sigue estando en la cartera o en el bolsillo. En agosto de 2004, el Departamento de Rehabilitación y Corrección de Ohio (ODRH) aprobó un contrato de 415.000 dólares para ensayar la tecnología de seguimiento con Alanco Technologies. Los internos tienen unos transmisores del tamaño de un reloj de muñeca que pueden detectar si los presos han estado intentando quitárselas y enviar una alarma a los ordenadores de la prisión. Este proyecto no es el primero que trabaja en el desarrollo de chips de seguimiento en prisiones estadounidenses. Instalaciones en Michigan, California e Illinois emplean ya esta tecnología. 8.8.1 Logística y almacenaje. Actualmente, la aplicación más importante de RFID es la logística. El uso de esta tecnología permite tener localizado cualquier producto dentro de la cadena de suministro. 176


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Lector portable de RFID. Su uso es muy sencillo al igual que el del código de barras. Cada artÍculo o producto es identificado mediante un tag donde se encuentra la información requerida. Una vez que el producto sale identificado de la cadena de montaje con su tag identificativo, podría ser localizado con un simple lector RFID.

El problema que encontramos es el rango de actuación y los fallos producidos en el proceso de lectura. Actualmente en la práctica, las cifras de lectura exitosa en productos con tag individuales y paletizados están en un 80%, debido a la atenuación de la onda de radio causada por los productos y el empaquetado. Dentro de un tiempo está previsto que incluso las compañías más pequeñas sean capaces de poner etiquetas RFID en sus transportes. Hay empresas que ya han dejado de utilizar la tecnología del código de barras como por ejemplo la multinacional Wal-Mart que ya desde enero de 2005 ha puesto como requisito a sus 100 principales proveedores que apliquen etiquetas RFID en todos sus envíos. Para poder cumplir el requisito, los fabricantes usan codificadores/impresoras RFID para etiquetar las cajas y palés que requieren etiquetas EPC para Wal-Mart. Estas etiquetas inteligentes son producidas integrando el RFID dentro del material de la etiqueta, e imprimiendo el código de barras y otra información visible en la superficie de la etiqueta.

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8.8.2 Implantes humanos. Los tags RFID implantables, diseñados originalmente para el etiquetado de animales ya se están utilizando y se están contemplando también para los seres humanos. Actualmente, la empresa Applied Digital Solutions propone su chip unique underthe-skin format (formato bajo-la-piel único) como solución a la usurpación de la identidad, al acceso seguro a un edificio, al acceso a un ordenador, al almacenamiento de expedientes médicos, a iniciativas de anti-secuestro y a una variedad de aplicaciones. El Baja Beach Club en Barcelona (España) utiliza un Verichip implantable para identificar a sus clientes VIP, que lo utilizan para pagar las bebidas. El departamento de policía de Ciudad de México ha implantado el Verichip a unos 170 de sus oficiales de policía, para permitir el acceso a las bases de datos de la policía y para poder seguirlos en caso de ser secuestrados. Sin embargo, como toda nueva tecnología, peligrosidad o no de su uso en humanos, por aprueban el uso en humanos del RFID. Alegan para la salud (pueden causar problemas demostrado).

todavía no se ha demostrado la eso ya existen detractores que no cofidencialidad o el elevado riesgo cancerígenos, aunque no está

El uso de RFID para prevenir mezclas entre esperma y óvulos en las clínicas de fecundación in vitro también está siendo considerado. Además, la FDA aprobó recientemente los primeros chips RFID de EE.UU. que se pueden implantar en seres humanos. Los chips RFID de 134,2kHz, de VeriChip Corp., una subsidiaria de Applied Digital Solutions Inc., pueden incorporar información médica personal y podrían salvar vidas y limitar lesiones causadas por errores en tratamientos médicos, según la compañía. La aprobación por parte de la FDA fue divulgada durante una conferencia telefónica con los inversores.

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8.8.3 Identificación de pacientes. En julio de 2004, la Food and Drug Administration (Administración de Alimentos y Medicamentos) hizo pública la decisión de comenzar un proceso de estudio que determinará si los hospitales pueden utilizar sistemas RFID para identificar a pacientes o para permitir el acceso por parte del personal relevante del hospital a los expedientes médicos. También se ha propuesto su aplicación en el hogar para permitir, por ejemplo, que un frigorífico pueda conocer las fechas de caducidad de los alimentos que contiene, pero ha habido pocos avances más allá de simples prototipos. Actualmente sí se están utilizando pulseras RFID para la identificación de pacientes en empresas geriátricas limitando la salida y el paso a zonas prohibidas. También han salido al mercado pulseras RFID para la identificación de menores en el caso de perdidas, pero no para evitar su pérdida.

8.9 EL FUTURO DEL RFID. Las etiquetas RFID se ven como una alternativa que reemplazará a los códigos de barras UPC o EAN, puesto que tienen un número de ventajas importantes sobre la arcaica tecnología del código de barras. Quizás no logren sustituir en su totalidad a los códigos de barras, debido en parte a su coste relativamente más alto. Para algunos artículos con un coste más bajo la capacidad de cada etiqueta de ser única se puede considerar exagerado, aunque tendría algunas ventajas tales como una mayor facilidad para llevar a cabo inventarios. También se debe reconocer que el almacenamiento de los datos asociados al seguimiento de las mercancías a nivel de artículo ocuparía muchos terabytes. Es mucho más probable que las mercancías sean seguidas a nivel de palés usando etiquetas RFID, y a nivel de artículo con producto único, en lugar de códigos de barras únicos por artículo. Los códigos RFID son tan largos que cada etiqueta RFID puede tener un código único, mientras que los códigos UPC actuales se limitan a un solo código para 179


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todos los casos de un producto particular. La unicidad de las etiquetas RFID significa que un producto puede ser seguido individualmente mientras se mueve de lugar en lugar, terminando finalmente en manos del consumidor. Esto puede ayudar a las compañías a combatir el hurto y otras formas de pérdida del producto. También se ha propuesto utilizar RFID para comprobación de almacén desde el punto de venta, y sustituir así al encargado de la caja por un sistema automático que no necesite ninguna captación de códigos de barras. Sin embargo no es probable que esto sea posible sin una reducción significativa en el coste de las etiquetas actuales. Se está llevando a cabo una investigación sobre la tinta que se puede utilizar como etiqueta RFID, que reduciría costes de forma significativa. Sin embargo, faltan todavía algunos años para que esto dé sus frutos. Uno de los problemas que se puede encontrar esta tecnología para su rápida difusión es el de la privacidad. El uso de la tecnología RFID ha causado una considerable polémica e incluso boicots de productos. Las cuatro razones principales por las que RFID resulta preocupante en lo que a privacidad se refiere son: - El comprador de un artículo no tiene por qué saber de la presencia de la etiqueta o ser capaz de eliminarla. - La etiqueta puede ser leída a cierta distancia sin conocimiento por parte del individuo. -.Si un artículo etiquetado es pagado mediante tarjeta de crédito o conjuntamente con el uso de una tarjeta de fidelidad, entonces sería posible enlazar la ID única de ese artículo con la identidad del comprador. - El sistema de etiquetas EPCglobal crea, o pretende crear, números de serie globales únicos para todos los productos, aunque esto cree problemas de privacidad y sea totalmente innecesario en la mayoría de las aplicaciones. La mayoría de las preocupaciones giran alrededor del hecho de que las etiquetas RFID puestas en los productos siguen siendo funcionales incluso después de que se hayan comprado los productos y se hayan llevado a casa, y esto puede utilizarse para vigilancia y otros propósitos cuestionables sin relación alguna con sus funciones de inventario en la cadena de suministro.

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Aunque la intención es emplear etiquetas RFID de corta distancia, éstas pueden ser interrogadas a mayores distancias por cualquier persona con una antena de alta ganancia, permitiendo de forma potencial que el contenido de una casa pueda ser explorado desde cierta distancia. Incluso un escaneado de rango corto es preocupante si todos los artículos detectados aparecen en una base de datos cada vez que una persona pasa un lector, o si se hace de forma malintencionada (por ejemplo, un robo empleando un escáner de mano portátil para obtener una evaluación instantánea de la cantidad de víctimas potenciales). Con números de serie RFID permanentes, un artículo proporciona información inesperada sobre una persona incluso después de su eliminación; por ejemplo, los artículos que se revenden, o se regalan, pueden permitir trazar la red social de una persona. Otro problema referente a la cofidencialidad es debido al soporte para un protocolo de singulation (anticolisión). Ésta es la razón por la cual un lector puede enumerar todas las etiquetas que responden a él sin que ellas interfieran entre sí. La estructura de la versión más común de este protocolo es tal que todos los bits del número de serie de la etiqueta salvo el último se pueden deducir por eavesdropping (detección a distancia) pasivo tan sólo en la parte del protocolo que afecta al lector. Por esta razón, si las etiquetas RFID están cerca de algún lector, la distancia en la cual la señal de una etiqueta puede ser escuchada es irrelevante. Lo que importa es la distancia a la que un lector de mucho más alcance puede recibir la señal. Independientemente de que esto dependa de la distancia a la que se encuentre el lector y de qué tipo sea, en un caso extremo algunos lectores tienen una salida de energía máxima (4 W) que se podría recibir a diez kilómetros de distancia. 8.9.1 Tráfico y posicionamiento. Otra aplicación propuesta es el uso de RFID para señales de tráfico inteligentes en la carretera. Se basa en el uso de transponedores RFID enterrados bajo el pavimento (radiobalizas) que son leídos por una unidad que lleva el vehículo (OBU, de onboard unit) que filtra las diversas señales de tráfico y las traduce a mensajes de voz o da una proyección virtual usando un HUD (Heads-Up Display). Su principal ventaja comparada con los sistemas basados en satélite es que las radiobalizas no necesitan de un área o ubicación digital de una ciudad o localidad (mapeado) ya que proporcionan el símbolo de la señal de tráfico y la información de su posición por sí mismas. Las radiobalizas RFID también son útiles para complementar 181


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sistemas de posicionamiento de satélite en lugares como los túneles o interiores, o en el guiado de personas ciegas. 8.9.2 Pasaportes. Varios países han propuesto la implantación de dispositivos RFID en los nuevos pasaportes, para aumentar la eficiencia en las máquinas de lectura de datos biométricos. Los pasaportes con RFID integrado únicamente identifican a su portador, y en la propuesta que se está considerando, también incluirían otros datos personales. Esto podría hacer mucho más sencillos algunos de los abusos de la tecnología RFID que se acaban de comentar, y se podría expandir la cantidad de datos para incluir, por ejemplo, abusos basados en la lectura de la nacionalidad de una persona. Por ejemplo, un asalto cerca de un aeropuerto podría tener como objetivo a víctimas que han llegado de países ricos, o un terrorista podría diseñar una bomba que funcionara cuando estuviera cerca de personas de un país en particular. El Departamento de Estado de los Estados Unidos rechazó en un primer momento estas hipótesis porque pensaba que los chips sólo podrían ser leídos desde una distancia de 10 cm., sin tener en cuenta más de 2.400 comentarios críticos de profesionales de la seguridad, y una demostración clara de que con un equipo especial se pueden leer los pasaportes desde 10 metros. La autoridad de los pasaportes de Pakistán ha comenzado a expedir pasaportes con etiquetas RFID. 8.9.3 Carné de conducir. El estado estadounidense de Virginia ha pensado en poner etiquetas RFID en los carnets de conducción con el objetivo de que los policías y otros oficiales realicen comprobaciones de una forma más rápida. La Asamblea General de Virginia también espera que, al incluir las etiquetas, cueste mucho más obtener documentos de identidad falsos. La propuesta se presentó por primera vez en la Driver's License Modernization Act de 2002, que no fue promulgada, pero en 2004 el concepto todavía estaba considerándose.

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La idea fue promovida por el hecho de que varios de los piratas aéreos de los atentados del 11 de septiembre tenían carnés de conducir de Virginia fraudulentos. Sin embargo, la American Civil Liberties Union dijo que además de ser un riesgo para la cofidencialidad y la libertad, la propuesta del RFID no habría entorpecido a los terroristas, dado que la documentación falsa que portaban era válida, pues eran documentos oficiales obtenidos con otra identificación falsa. La debilidad del sistema es que no falla cuando se validan documentos en el momento, sino que falla al verificar la identidad antes de expedirlos. Bajo la propuesta, no se almacenaría ninguna información en la etiqueta salvo el número correspondiente a la información del portador en una base de datos, sólo accesible por personal autorizado. Además, para disuadir a los falsificadores de identidad sólo sería necesario envolver un carnet de conducir con papel de aluminio.

8.10 RFID EN EL SECTOR TEXTIL/CONFECCIÓN. Como en el resto de los sectores la introducción de la tecnología RFID se incorporó a través del control de los stocks y del almacenaje. Esto se debe a que la globalización del sector supone un fuerte reto en logística, puesto que se reciben bienes de empresas radicadas en otras ciudades, en otros países e incluso continentes, de forma que la identificación correcta de las expediciones desde los puertos o aeropuertos es esencial para reducir los tiempos de llegada al mercado de cada producto y para su posterior identificación y expedición al consumidor final. Todas estas particularidades del sector textil, se resumen en la demanda de un alto grado de eficiencia en la gestión de los procesos de aprovisionamiento de materiales, control de almacén y expediciones, recepción de bienes y gestión de la tienda inteligente. Una de las fases en que la tecnología RFID tiene mas implicación es en la automatización de la gestión de almacén, donde implica una mejora en los tiempos 183


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de inventariado. Además, al ser una gestión más dinámica, se puede reducir el stock que se tiene en el negocio propio al haber una mejor conexión con los proveedores. De esta forma los espacios se dedican a la producción en sí y no al almacenaje. Las funcionalidades que se consiguen con la tecnología RFID en el sector son: 8.10.1 Trazabilidad del producto. El etiquetado RFID de los productos finales, bien a nivel de ítem, caja o pallets, permite abordar de forma más eficiente la gestión de expediciones, automatizando los procesos asociados con la salida de productos y controlando que cada pedido sea servido con los elementos correctos. Actualmente existen empresas que están trabajando con esta tecnología etiquetando las prendas en origen, es decir, en la sección de confección, controlando toda la trazabilidad de la prenda hasta el punto de venta. 8.10.2 La gestión del almacén inteligente. Otro uso muy común es la automatización del almacén, basada en el uso de la tecnología RFID. La gestión del almacén implica una mejora en los tiempos de inventario, lo que implica reducir el stock y facilitar las decisiones de producción en función de los pedidos y de la materia prima almacenada. De esta forma los espacios se dedican a la producción en sí y no al almacenaje. La problemática que plantea esta gestión es la obligación del etiquetado con RFID en el origen. Las funcionalidades de estas soluciones son: -

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Identificación rápida de productos. Identificación de ubicación del producto dentro del almacén. Gestión de ubicación. Gestión de inventarios. Localización selectiva del producto. Gestión dinámica de stock y mantenimiento del mismo.


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8.10.3 La recepción de insumos. La especialización de cada empresa hace necesario un aprovisionamiento de materiales o bienes semifacturados provenientes de distintos proveedores. Durante la recepción hay que comprobar que la mercancía recibida es acorde a las órdenes de pedido emitidas para poder validar el albarán de entrega. Actualmente, diversos proveedores están adoptando la codificación mediante RFID, permitiendo controlar y validar las entradas de materiales a la empresa. Actualmente, diversos centros de investigación, como universidades, centros tecnológicos, asociaciones y empresas están desarrollando proyectos para la aplicación de esta tecnología en otras fases de los procesos. Algunos de estos proyectos son los siguientes: 8.10.4 Servicios de trazabilidad, gestión y control de la producción. Muchos de los procesos de producción empleados en las PYME están organizados en secciones de fabricación diferenciadas. En estos casos, es crítico poder conocer la evolución de los productos en cada una de las secciones, garantizando que el suministro a las siguientes secciones en la cadena sea continuo, minimizando los tiempos muertos y haciendo la producción más eficiente. Asimismo, en productos en los que se van incorporando partes y otros subproductos de distintos lotes, es necesario conocer en cada momento la procedencia de cada una de estas partes para mantener la trazabilidad del producto final. Para conseguir la mejora de este proceso, los productos son identificados al inicio de la cadena mediante etiquetas RFID que facilitan el seguimiento de los mismos en puntos determinados de cada una de las secciones y de esta forma se facilita el poder disponer de información que facilite la visibilidad del proceso en tiempo real proporcionando herramientas de medida de los procesos y capacidad de reacción frente a retrasos inesperados. La ventaja del RFID frente a otros sistemas de gestión y control de la producción es la eliminación de sistemas de transporte automáticos. Estos eran necesarios para poder controlar cuándo entraba un lote o pieza para su modificación en el puesto de trabajo. Esto ya no es necesario debido a que la tecnología RFID puede detectar la ubicación del tag. 185


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De este modo podemos ver como la empresa española Bóboli implantará la primera solución RFID en la industria de la moda española para mejorar la trazabilidad de las prendas. Con esta nueva solución que Bóboli implantará en sus centros de producción, centros de distribución y posteriormente en sus tiendas, la compañía española pretende mejorar la trazabilidad de las prendas y controlar su trayectoria desde el centro de fabricación hasta el punto de venta.

8.10.5 Gestión de puntos de venta, tienda inteligente. El uso de esta tecnología en el punto de venta mejora su gestión debido a que el control de stock es inmediato no como en el caso del código de barras que el control sólo se realiza con las entradas o las salidas de productos. Con un simple rastreo de un lector móvil se puede saber las prendas disponibles en el almacén o en la propia tienda. Actualmente con el uso de antenas de largo alcance desde un punto fijo se puede controlar todo el stockaje del punto de venta. Además, el sistema de seguridad es compatible con los actuales, llegando a controlar movimientos de las prendas indeseados dentro del propio local. Esto conlleva el etiquetaje en el proceso de confección junto con las etiquetas legales o en la entrada al local de venta. La tienda de la marca italiana Prada en el Soho, en Nueva York, ya utiliza esta tecnología con la única idea de servir de laboratorio para un futuro uso en el resto de tiendas del grupo.

8.11 OTRAS APLICACIONES. Tal y como ya se dijo al principio de este capítulo, la única limitación al uso de esta tecnología es la propia imaginación de quien lo desarrolla. De este modo, actualmente, se están desarrollando proyectos para la identificación del tipo de tejido cuando se acerca al sistema de planchado para el ajuste de la temperatura adecuada. 186


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A su vez, también existen proyectos para el control de la producción total e individual del personal de las empresas. No debemos olvidar que esta tecnología puede desarrollarse junto con otras como por ejemplo la de los sensores. Así una prenda podría incorporar un sensor de temperatura avisando por radio frecuencia a una central por ejemplo. Imaginemos que al introducir una prenda en la lavadora ésta ajustara el ciclo de lavado acorde a dicha prenda o que incluso avisará cuando se hubieran mezclado prendas incompatibles en el proceso de lavado.

8.12 BIBLIOGRAFÍA [1] <http://www.rfid-magazine.com>. [2] <http://www.rfid-spain.com>. [3] <http://es.wikipedia.org>. [4] <http://www.navento.biz>. [5] <http://www.nextpoints.com>. [6] <http://www.rfidjournal.com>. [7] Hickman, Ian. Manual práctico de radiofrecuencia Thomson Paraninfo, S.A. [8] <http://www.rfidguardian.org/index.php/Main_Page>. [9] <http://www.rfidguardian.org/papers/acisp.05.pdf>. [10] Bhattacharya, Shaoni. Electronic tags for eggs, sperm and embryos. En <New Scientist.com>, 2 de abril de 2005 [11] <http://www.satoeurope.com>.

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[12] Dargan, Gaurav; Johnson, Brian; Panchalingam, Mukunthan; Stratis, Chris. The Use of Radio Frequency Identification as a Replacement for Traditional Barcoding. [13] <http://www.saident.com>. [14] <http://www.kimaldi.com>. [15] <http://www.spychips.com/index.html>. [16] <http://www.rfidkills.com>. [17] <http://www.zombiewire.com>.

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