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Fibras químicas
por María José Reina

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ESQUEMA GENERAL

1. INTRODUCCIÓN. TIPOS DE POLÍMEROS

2. PLÁSTICOS

3. ELASTÓMEROS

4.ADHESIVOS

5. RECUBRIMIENTOS DE SUPERFICIES

6.FIBRAS

7.QUERATINA

8.NOMENCLATURA

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1- INTRODUCCIÓN. TIPOS DE POLÍMEROS

Un polímero es una molécula de peso molecular elevado, con una estructura compleja, formado por la repetición de una estructura menor, llamada monómero, que es un producto generalmente orgánico. .

Se llama polimerización a la forma de unión de unas moléculas con otras en un polímero, Existen dos tipos de polimerización: de adición o crecimiento de cadena y de consideración o crecimiento por pasos.

La polimerización por crecimiento de cadena se caracteriza porque los intermediarios del proceso (radicales libres, iones o complejos metálicos) son transitorios y no pueden aislarse.

La polimerización por pasos se producen por reacciones entre moléculas que tienen grupos funcionales. Los intermediarios de peso molecular bajo se les llama oligómeros, y se pueden aislar. Se le puede describir como una reacción química sencilla que se efectúa repetidamente.

Las polimerizaciones pr crecimiento de cadena se realizan por cuatro procesos distintos:

- En fase condensada: El monómero y un iniciador se combinan en un recipiente y se calientan a la temperatura necesaria. Se debe controlar estrictamente la temperatura. Ej. PMMA.

- En solución: La reacción se efectúa en un disolvente que absorbe el calor y reduce la viscosidad del medio. Es difícil eliminar todo el disolvente. Ej. PP.

- En suspensión: El monómero y el catalizador se suspenden en forma de gotitas en una fase contínua como el agua. Se necesita agitación contínua. Ej. PVC.

- En emulsión: El monómero es absorbido al interior de unas micelas creadas por un agente emulsificante, como el jabón, y dentro se produce la polimerización. Ej. Pinturas.

Las clases de polímeros las podemos subdividir de dos maneras:

A- Según su Naturaleza

B- Según su uso

Según su Naturaleza, estos productos se dividen en:

A.1- Naturales

Son sustancias sacadas de la Naturaleza y sin sufrir modificación, ejemplos de estos polímeros son: Proteínas, Polisacáridos, Caucho natural.

A.2- Sintéticos

Son polímeros creados por el hombre y se dividen en dos categorías:

A.2.1-Termoplásticos

Su característica principal es que al calentarse se ablandan o funden, y son solubles en disolventes adecuados. Están formados por moléculas de cadenas largas, a menudo sin ramificaciones.

A.2.2- Termofijos

Se descomponen al ser calentados y no pueden fundirse ni solubilizarse. Tienen estructuras elaboradas tridimensionales con reticulación; no se pueden utilizar para crear fibras, ya que para esto se necesitan moléculas lineales sin ramificación, que puedan orientarse convenientemente durante los procesos de hilado y estiramiento.

Según su uso los podemos dividir en cinco grupos:

B.1- Plásticos

Son polímeros o resinas que han sido moldeados, por lo general bajo presión. Sus propiedades están entre las de los elastómeros y las fibras. La característica sobresaliente de los plásticos y de sus usos es la variedad.

B.2- Elastómeros

Tienen alta extensibilidad. Tienen la propiedad de regresar de forma reversible a su posición original al eliminarse la tensión.

B.3- Adhesivos

Tienen cierto grado de extensibilidad, alta adhesión pero conservando cierto grado de cohesión. Suelen tener baja cristalinidad.

B.4- Recubrimientos de superficies

Sus características son similares a las de los adhesivos, pero además tienen gran resistencia a la abrasión. Se usan para proteger y decorar.

B.5- Fibras

Pueden tejerse o enlazarse para formar prendas dimensionalmente estables; es necesario que no cedan demasiado. Deben ser resistentes y con tendencia a la cristalización.

Todos ellos los vamos a estudiar con más profundidad en adelante.

2- PLÁSTICOS

Son los polímeros más importantes. Se definen como polímeros que se han convertido en diferentes formas mediante procesos en los que interviene el flujo (moldeado inyección, soplado, extrusión, moldeado al vacío y calandrado).

Pueden ser termoplásticos o termoestables y tienen una amplia gama de propiedades de las que destacamos dos propiedades mecánicas: La elongación a la ruptura y la fuerza tensil límite. Según estas propiedades vamos a clasificar los plásticos.

B.1.1- Plásticos duros y resistentes

Tienen una elevada fuerza tensil y alta elongación; suelen ser plásticos de ingeniería excepto el HDPE.

- Polietileno de alta densidad (HPDE)

Es cristalino en más de un 90%; tiene un punto de fusión de 135ºC, lo que le hace resistente al agua en ebullición; debido a su alta densidad es opaco, aunque no es tan fuerte o rígido como un plástico de ingeniería.

Es propenso a agrietarse bajo las tensiones del ambiente. Más de la mitad de su uso es para la fabricación de recipientes, tapas y cierres; otro gran volumen se moldea para utensilios domésticos y juguetes; un uso también importante que tiene es para tuberías y conductos. Tiene dos Tg, una a -30ºC y otra a -80ºC.

- Polipropileno (PP)

Es el más nuevo de los plásticos que se fabrican en gran volumen, también es el más ligero y el más cristalino. Su Tg es de -10ºC. Su fuerza tensil, dureza y rigidez son mayores que las de los polietilenos, pero su resistencia al impacto es baja. Tiene una desventaja importante: es susceptible a la degradación por luz, calor y oxígeno, debido a esto, es necesario añadirle un antioxidante y un estabilizador a la luz ultravioleta, lo que encarece su costo. Se utiliza principalmente en la formación de un copolímero junto con el HDPE.

- Resinas de acrilonitrilo - butadieno - estireno (ABS)

Es un copolímero. Estas resinas se pueden utilizar entre -40ºC y 107ºC. Son inflamables, pero se le puede adicionar un retardante de llama. Tienen excelentes propiedades, su procesamiento es razonable, tienen un alto brillo y no se rayan; en la mayoría de los casos sirven para sustituir al metal: refrigeradores, tuberías, teléfonos.. También son fáciles de decorar: pintar, metalizar, cromar..

- Celulósicos

Los plásticos de ésteres orgánicos son los triacetatos, el acetato, el acetato-butirato y el propionato. La celulosa tal cual no es un verdadero termoplástico pero sí lo son sus ésteres; éstos se procesan con facilidad. Los plásticos celulósicos tienen la ventaja, en su nivel de precios, de ser duros y transparentes, de aceptar con facilidad colorantes y pigmentos y producir artículos de alto brillo, aunque son bastante más costosos que los plásticos de base petroquímica.

- Nylon

Se usa principalmente como fibra. Hay varios tipos de nylons, pero todos ellos tienen las propiedades de los plásticos de ingeniería, o sea, resistencia a los disolventes, a los productos químicos y a la abrasión. El nylon se extruye como filamento, película, varilla y tubo, así como en forma de cable y de alambre. También se puede usar en otros mercados: medidores, válvulas de aerosol, bobinas textiles, adhesivo para latas de metal... Es un producto costoso, con lo cual se usa en dispositivos especializados.

- Fluoroplásticos

Hay muchas clases de estos plásticos pero el más importante es el PTFE. Se usa en aplicaciones aeroespaciales y de computadoras, debido a sus propiedades eléctricas y su resistencia a la temperatura; también se usa en la industria alimentaria y en sellos metálicos y empaques. Es estable hasta 260ºC, duro, rígido, no inflamable y con gran resistencia a los ataques químicos.

- Cloruro de polivinilideno (PVDC)

También conocido como Saran, su temperatura de fusión (180ºC) está cercana a su temperatura de descomposición (210ºC), y es insoluble en todos los disolventes comerciales. Puede producirse en forma de fibra y en forma de tubos.

- Plásticos de ingeniería

Estos plásticos son relativamente nuevos. Son costosos y se fabrican a pequeña escala. Hay varios tipos:

- Poliacetales: Son los más fuertes y rígidos, resistentes a todo tipo de disolventes y a la abrasión. Se utilizan en maquinaria y para sustituir al zinc y al latón en válvulas y llaves.

- Policarbonatos: Con gran resistencia al impacto y con amplios márgenes de temperatura, resistentes a la combustión y transparentes. Tienen usos importantes en equipos deportivos.

- Poliimidas: Resisten altas temperaturas y tiene buenas propiedades eléctricas. La desventaja es que no se funden y se deben fabricar por maquinado o taladrado.

B.1.2- Plásticos duros y fuertes

Son plásticos intermedios, de esta clase, el más importante es:

- Cloruro de polivinilo rígido (PVC)

Es un plástico fuerte, con baja cristalinidad y con frecuencia, opaco, y tiene una Tg de 85ºC, lo que le hace frágil a bajas temperaturas. Es un polímero de bajo costo, con buena resistencia la impacto y a los productos químicos y con gran rigidez. Es resistente al fuego y tiene gran versatilidad. Se usa en tuberías y conductos, muebles y aislantes.

B.1.3- Plásticos duros y quebradizos

Son plásticos que se utilizan a temperaturas mucho menores que los anteriores. Se les adiciona carga para hacerlos menos frágiles.

- Resinas a base de fenol, urea o melamina con formaldehido

Se utilizan como materiales de moldeado o adhesivos para madera en chapa, aglomerada y en laminados decorativos.

- Resinas U/F:

Se utilizan con cargas de a- celulosa, son incoloras o blancas y pueden pigmentarse. Tienen buenas propiedades eléctricas y son estables a la luz. Se usan para interruptores y contactos eléctricos

- Resinas P/F:

Se utilizan con o sin carga. Tienen gran resistencia al calor y al agua. Su color es oscuro, con lo que sólo puede pigmentarse en tonos oscuros.

- Resinas M/F:

Son resistentes al agua hirviendo y estables a más de 100ºC. Se usa con cargas y su principal mercado son las vajillas irrompibles ya que se pueden fabricar de color atractivo.

- Poliestireno y sus copolímeros

Es un polímero termoplástico, lineal, atáctico. Es amorfo y transparente. Tiene una Tg de 94ºC y se reblandece sobre los 100ºC, por lo que no puede esterilizarse, aunque funde a 227ºC. A temperatura ambiente es un plástico quebradizo, vítreo. Es inflamable y lo atacan los disolventes. Se puede polimerizar de cualquiera de las cuatro formas, pero casi siempre se usa en fase condensada o en suspensión. Es apto para aparatos domésticos y eléctricos, así como botellas y frascos.

- Polimetacrilato de metilo (PMMA)

Es uno de los termoplásticos más antiguos. Es un polímero lineal con cadenas laterales y amorfo. Su principal atractivo es su claridad óptica y se usa cuando se necesita transparencia al aire libre, como ventanillas de aeronaves, vidriados en edificios. Tiene una buena resistencia al agua y a los productos químicos, pero se raya con facilidad.

- Resinas poliéster insaturadas

Se pueden usar diversas mezclas de monómeros según las características que necesitemos. Los artículos más conocidos son los cascos de fibra de vidrio, aunque ahora se están utilizando en mobiliario y construcción.

- Resinas epóxicas

Forman enlaces cruzados lo que hace que su peso molecular sea elevado. Las propiedades de humectación y de adherencia son excelentes; se utilizan con diferentes cargas. Se utilizan para circuitos eléctricos impresos y en partes estructurales en aeronaves, así como para las cajas de motores de cohetes. Tienen buenas propiedades eléctricas y resisten el choque mecánico, también la humedad, fluidos corrosivos, calor..

B.1.4- Plásticos blandos y débiles

Tiene pocas propiedades, pero son las que requiere el fabricante. Corresponden a ceras de polietileno que tienen bajo peso molecular. Se mezclan con ceras de parafina para formar velas que no goteen.

B.1.5- Plásticos blandos y resistentes

Esta categoría se aproxima a la de los elastómeros, aunque estos plásticos no están reticulados; la interacción entre cadenas en ambos es débil.

- Polietileno de baja densidad (LDPE)

Es un sólido con un 60% de cristalinidad. Su punto de fusión es de 115ºC. Mecánicamente es débil pero flexible, es resistente y se procesa con facilidad. Su uso es para empaque, bolsas y material de recubrimiento en agricultura y construcción. Es un material translúcido, aislante y muy barato.

- Cloruro de polivinilo plastificado (PVC)

Este PVC se consigue añadiendo un plastificante. Se puede fabricar por varios métodos: en suspensión: se utiliza para alambres, cables eléctricos y mangueras; en fase condensada: polímero claro ideal para botellas; en emulsión: se utiliza para formar latex. Es un plástico resistente al fuego y con gran flexibilidad. Resiste al agua.

3- ELASTÓMEROS

También se les llama hules. Son materiales que pueden ser deformados por aplicación de una tensión. Se estiran con facilidad y, en general, también resisten a la compresión. La deformación es reversible. Los hules son polímeros cristalinos que se pueden reticular, casi siempre por vulcanización. Los hules tienen propiedades intermedias entre los sólidos y los fluidos viscosos, aunque sus propiedades se modifican sustancialmente con la adición de diversas sustancias: cargas, aceleradores, antioxidantes..

B.2.1- Hule estireno-butadieno (SBR)

Es el más barato, con gran resistencia a la abrasión y a los disolventes. Tiene gran utilidad sobre todo para los neumáticos.

B.2.2- Hule natural "sintético"

Es el poliisopreno en su forma cis. Este hule se puede sacar de la Naturaleza (árbol Hevea brasilienis), pero además se puede sintetizar en el laboratorio. También se usa para neumáticos pero el precio es mayor; su vulcanización tiene más riesgo. El producto sintético no es tan elástico como el natural.

B.2.3- Hule de polibutadieno (BR)

Tiene mayor elasticidad que los anteriores y mayor resistencia a la oxidación. No se puede usar para neumáticos debido a su baja resistencia a los patinazos, sin embargo, unido a ellos les confiere resistencia. Es un hule barato.

B.2.4- Hule butílico

Es un copolímero. Es el que resiste mejor la oxidación y tiene poca permeabilidad ante los gases. Se utiliza como recubrimiento interno de los neumáticos sin cámara y para aquellas aplicaciones en las que no se desea que haya presencia de oxígeno. Tiene baja elasticidad y absorbe la vibración.

B.2.5- Hule etileno-propileno (EPT y EPDM)

Son hules costosos y tardan mucho en curarse, sin embargo estos hules tienen grandes propiedades mecánicas, excelente resistencia a la oxidación, el calor y el ataque químico. Su consumo está en crecimiento.

B.2.6- Hule de neopreno

Tienen una gran resistencia al fuego, a los disolventes, al envejecimiento y al calor. Es costoso y su vulcanización tiene problemas, por lo que su consumo no es muy alto. Se usa para aislantes, mangueras, montajes de máquinas y ropa protectora.

B.2.7- Hules de nitrilo

Tienen una excelente resistencia a los aceites y a la abrasión, pero su procesamiento es muy difícil. Se usa para sellos contra aceite, tanques de combustible y para pegar piezas de PVC.

B.2.8- Hules de polisulfuro

Pertenece al grupo de los hules especiales y se usa para revestimientos de tanques, compuestos sellantes y para tomar impresiones dentales. Tiene una buena resistencia a los disolventes y fidelidad al molde.

4 - ADHESIVOS

Se utilizan en pequeñas cantidades y su consumo es menos visible que el de los anteriores. Antes los adhesivos se utilizaban para uso doméstico exclusivamente, ahora se han creado adhesivos tan sofisticados que incluso se usan para sellar una nave espacial.

El uso de adhesivos puede mejorar las propiedades de los materiales o permitir una combinación de diferentes de estas propiedades, como la elaboración de barreras a la humedad, los gases y las bacterias.

La propiedad más importante es la adherencia, que es la formación de enlaces electrovalentes o covalentes entre el adhesivo y el producto. El adhesivo debe tener una elevada fuerza tensil, y debe ser capaz de resistir el impacto, la deformación y la torsión y tener una alta resistencia a la ruptura.

Los adhesivos pueden ser naturales o sintéticos.

B.3.1- Naturales

Tienen todavía aplicaciones, aunque cada vez se usan menos. Tienen como base productos naturales.

- Almidón y adhesivos a base de dextrinas

La pasta se hace con almidón de trigo. Éste puede degradarse u oxidarse a dextrinas que tienen menor viscosidad. La aplicación más importante de estos adhesivos es en recubrimiento de arcilla para papel, también se utilizan para cartón corrugado, para la construcción de bolsas de papel , fabricación de cajas y apresto para las fibras.

- Colas a base de proteínas

Estos materiales provienen de la hidrólisis del colágeno y se dispersan con ayuda del agua. Se usan para el trabajo con madera, etiquetas engomadas, encuadernación de libros y revistas y en el apresto y recubrimiento de fibras textiles. Todas estas colas deben formularse con biocidas para evitar el ataque bacteriano

- Adhesivos bituminosos

Se hacen con el residuo asfáltico de la destilación del petróleo, como estos materiales son muy baratos, estos adhesivos están muy usados. Su principal aplicación es para techos en construcciones comerciales e industriales, que actúa como una barrera contra el agua. Otros usos son la aglutinación de fibras de vidrio y la laminación del papel "kraft" para empaque.

B.3.2- Sintéticos

Son muy utilizados sobre todo en la industria. Hay de tres tipos: termofijos, termoestables y elastoméricos.

- Adhesivos Termoplásticos

El más importante es el acetato de polivinilo que se usan en la encuadernación de libros, ensamblado de madera y para las tapicerías en automóviles

También se puede usar PP y LDPE fundido, que sirve como soporte en alfombras

Dentro de este grupo también está el alcohol polivinílico, que se utiliza para le cartón corrugado y las latas. Los japoneses lo hilan en forma de fibra ya que retiene más la humedad que otras fibras sintéticas .

- Adhesivos Termofijos

Los más importantes son las resinas fenólicas. Son baratos y se usan principalmente para la fabricación de madera chapeada, recubrimiento de frenos, partes de maquinaria sujetas a fricción, ya que soporta elevadas temperaturas.

Las resinas epóxicas se usan en la industria de la construcción para unir bloques y como argamasa en edificios. Se venden como composiciones de dos partes que se curan a temperatura ambiente.

Los poliuretanos se usan en la industria textil, para zapatos y prendas de vestir.

Los adhesivos de cianoacrilato son muy populares y se adhieren rápidamente. Se curan en presencia de humedad, aunque sea ambiental.

Las poliimidas son útiles como adhesivos a temperatura elevada, hasta 350ºC. Su uso se centra en aeronaves, sobre todo en transporte supersónico.

Los adhesivos anaeróbicos tienen uso especializados a pequeña escala. Su principal aplicación es para formar un sello permanente entre los componentes con o sin rosca como son tuercas y pernos. Su polimerización se inhibe en presencia de oxígeno.

- Adhesivos Elastoméricos

La mayor aplicación es para adhesivos sensibles a la presión, como la cinta "Scotch", calcomanías, etiquetas, cinta quirúrgica.. También se usa en la construcción de automóviles, para unir telas, alfombras y cojinetes. Este tipo de adhesivos son principalmente copolímeros.

5- RECUBRIMIENTOS

Se emplean para decorar y proteger papel, tela, cuero y películas plásticas, haciéndolos resistentes al agua o al aceite y confiriendo características de sellado térmico a los materiales de empaque.

Estos recubrimientos se llaman pinturas si son a base de aceites, y se llaman recubrimientos si son a base de polímeros sintéticos.

B.4.1- Pintura a base de aceite de linaza

Es un producto natural. Sus películas no son muy adherentes, por lo que son útiles si no deben ser resistentes a la corrosión. No se puede aplicar sobre vidrio, metal o películas plásticas, pero sí sobre madera, papel y superficies porosas. Una de sus virtudes más importantes es que se puede aplicar fácilmente con brocha, además se pueden hacer retoque sin que se vea la línea de separación. Con el tiempo adquieren un tono amarillento, y no es apta para pinturas exteriores.

B.4.2- Recubrimientos a base de disolventes

Una formulación tradicional de un recubrimiento es un pigmento, un polímero o precursor de polímero y aditivos. Los disolventes más usados son: hidrocarburos (la mayoría), cetonas, alcoholes, parafinas. Debe facilitar la formación de las películas y evaporar a una velocidad adecuada par que ésta película sea uniforme. Los pigmentos más utilizados son el dióxido de titanio, que inhibe la corrosión y proporciona refuerzo mecánico, y el polvo de cinc, que tienen propiedades de humectación excepcionales.

B.4.3- Recubrimientos a base de agua

Actualmente son el 90% de las pinturas. Es un látex de bajo costo cuyas películas tienen alta resistencia a los álcalis. El curado se hace por oxidación. Hay bastantes tipos de pinturas, aunque todas suelen formar películas resistentes y flexibles, con excelente durabilidad, retención del color y resistencia a la luz brillante. Sus problemas es que es difícil obtener brillo, en segundo lugar, los disolventes dan una integridad a las pinturas que no las da el agua, y por último, las pinturas de agua tienen menor adherencia, lo cual no es problema en superficies porosas.

B.4.4- Resinas alquídicas

Son muy populares debido a su bajo costo, su fácil aplicación y su gran versatilidad. Su secado o curado es muy lento por sí solo, con lo cual se deben incluir aditivos para ayudarle, como alcoholes. Se pueden formar polímeros, lo que ayuda a la velocidad de secado y dureza de la película, pero deteriora la flexibilidad, la resistencia a los disolventes y la durabilidad al exterior. Se usan para recubrimientos de metales, de bobinas y acabado de artículos domésticos.

6- FIBRAS

Las fibras son estructuras unidimensionales, largas y delgadas. Se doblan con facilidad y su propósito principal es la creación de tejidos.

Los polímeros útiles como fibras son los que tienen un alto grado de cristalinidad y fuerte interacción de cadenas adyacentes, esta orientación incrementa la fuerza tensil.

Las fibras tienen una longitud muy superior a su diámetro, están orientadas a lo largo de un solo eje. Tienen gran cohesión molecular, lo que les hace ser más fuertes que los plásticos. Su Tg y su punto de fusión son muy importantes en las fibras, una Tg demasiado alta dificulta el estiramiento, y por lo tanto, la orientación de la fibra, y si es demasiado baja, la orientación no se mantiene a temperatura ambiente. El punto de fusión debe estar por encima de los 200ºC, ya que el polímero después va a plancharse.

Las fibras pueden dividirse en tres clases: fibras naturales, fibras celulósicas hechas por el hombre y fibras no celulósicas hechas por el hombre.

B.5.1- Fibras naturales

Se dividen en fibras animales: lana, mohair y seda, que son proteínas complejas; fibras vegetales: algodón lino y yute, que son polímeros de celulosa y fibras inorgánicas como el asbesto.

- Lana (WO)

La lana es el pelo de las ovejas. Es un material heterogéneo compuesto principalmente por una proteína llamada queratina. El procesamiento de la lana tiene 20 etapas, con lo cual es un producto caro. Su elasticidad o resistencia se debe a fuerzas intermoleculares. La lana no se deforma permanentemente al aplicarle una presión; es un buen aislante y puede teñirse con facilidad. También tiene sus desventajas, ya que retiene agua, por lo tanto las prendas de lana encogen al lavarse.

- Mohair (WM)

Es pelo de cabra. Es muy resistente al desgaste y bastante flexible, además de poseer un fuerte brillo. Se hila puro o mezclado con lana de carnero. Se usa para abrigos, vestidos, mantas y para alfombras.

- Seda (S)

Es producida por los gusanos de ciertos tipos de mariposas. Es la única materia prima textil que ya está en forma de hilo. Es una de las más costosas. De alto brillo y suave textura. Sus hilos no son uniformes, pero son muy resistentes al desgaste. La proteína de las fibras de seda es la fibroína, que es una b-queratina.

- Algodón (CO)

Es una forma pura de celulosa con alta cristalinidad. Está constituido por el suave pelillo celular que cubre las semillas de las plantas de algodón. Para su procesamiento se requiere menos etapas que para la lana, y es mucho más barato. Dura mucho y se tiñe con facilidad, absorbe con rapidez el agua pero se seca más rápido que la lana. Si está preencogido, es estable a los lavados y se puede planchar a temperaturas muy altas. La principal desventaja es que se arruga con facilidad y es muy inflamable a la llama

- Lino (CL)

La fibra del lino se extrae de la planta Linum Usitatissimum. Ocupa el primer lugar entre las fibras de los tallos, delante del cáñamo (CH) o del yute (CJ). Su obtención exige varias etapas, lo que se hace sentir en su precio. Es fácil de teñir y es muy fresca debido a que absorbe mucha humedad. Sus usos son para ropa de cama, manteles, telas para velas, y en menor medida, para ropa de vestir.

- Yute (CJ)

Se extrae de los tallos del yute, que se cultiva en zonas de inundaciones. Absorbe la humedad y es muy sensible a los ácidos, las lejías no le afectan. Se usa para tejidos para embalajes como sacos y también para cordonería.

B.5.2- Fibras celulósicas hechas por el hombre

Son fibras cuyas materias primas provienen de la Naturaleza, pero que han sido tratadas por el hombre. Fueron las primeras fibras sintéticas.

Las más importantes son las siguientes:

- Rayón (CV)

Su materia prima es la celulosa de la madera del abeto. Su tratamiento es con lejía de sosa cáustica formándose xantogenato una vez se ha unido al sulfato de carbono, y después una liquefacción para hacer viscosa, y ésta ya puede hilarse. Las ventajas del rayón son su bajo precio, su absorción de humedad, su estabilidad y su facilidad de teñido.

- Acetato y fibras de acetato (CA)

Como materias primas se usan residuos de hilados de algodón y celulosa pura. A éstos se les añade anhídrido acético, ácido acético glaciar y ácido sulfúrico. Se amasa todo a una temperatura de unos 20ºC. Para formarse sus fibras lo podemos hacer de dos formas: hilatura por fusión o hilatura con disolventes. El acetato de celulosa es más suave que el rayón pero menos fuerte; tienen poca resistencia a la abrasión y a la tensión, el color no es permanente y tiene gran facilidad para arrugarse.

B.5.3- Fibras no celulósicas hechas por el hombre

Son las llamadas fibras químicas sintéticas. Las ventajas de estas fibras es principalmente que no se depende de cosechas y el volumen de producción puede ser modificado a voluntad. Las propiedades de las fibras químicas pueden ser modificables a voluntad, como la resistencia, brillo..., aunque tienen algunas desventajas como la absorción de agua. Son las que más se utilizan actualmente.

- Nylon

Son las más resistentes y duras de todas las fibras. Son estables al calor de modo que pueden hilarse por fusión. Son hidrofóbicas, por lo que se secan con rapidez. Gracias a su alta resistencia a la tensión, elasticidad y resistencia a la abrasión, es ideal para aplicaciones como cables, medias y alfombras. Como desventajas podemos señalar que la luz ultravioleta lo degrada, por lo tanto puede amarillear con el tiempo, además no tiene buena percepción al tacto y produce sensación de frío.

Hay dos tipos de nylon: nylon 6 y nylon 6,6. Los dos pueden hilarse y se diferencian en su punto de fusión : 215ºC y 270ºC respectivamente.

- Fibras acrílicas

El más importante es el poliacrilonitrilo, que no puede hilarse fundido porque no es estable al calor; esa es la razón de que, aunque hace tiempo que se conocía, no se hiló hasta la década de los cincuenta en la que se encontró un disolvente para él. Estas fibras son resistentes a la adición de colorantes, por lo que se deben incluir en su composición otros monómeros.

Tienen una apariencia y un tacto parecido a la lana, aunque más barata. Son bastante resistentes y estables a la luz, se lavan mejor que la lana y pueden hacerse pliegues permanentes.

Un gran problema es que son inflamables a la llama, aunque no son peligrosas porque los fabricantes les añaden retardantes. Se usan principalmente para suéteres, vestidos y calcetería, sobre todo sustituyendo a la lana.

- Fibras de poliester

La única importante es el tereftalato de polietileno. Es un polímero estable y puede hilarse por fusión. Las fibras son algo rígidas debido a la reticulación. La mayoría se usa para telas y suele estar mezclada con algodón. También se usa como guata, alfombras, tapetes y fundas de almohada.

Tiene varias desventajas: baja retención de la humedad, producen sensación de frío, además adquieren fácilmente carga estática, con lo que atrae las partículas de suciedad, aceites y grasas. Su gran densidad encarece su coste. Tiene una Tm de 265ºC, con lo cual pueden fijarse con el calor. Son resistentes y estables al lavado.

- Otras fibras sintéticas

En este grupo se engloban a las fibras que pueden hilarse como tal, pero que tienen menos importancia comercial debido a sus propiedades muy concretas.

Las fibras de polipropileno se obtienen por fusión del polipropileno isotáctico, esto es posible debido a su ordenamiento, que hace que se puedan orientar. La forma sindiotáctica no existe en el mercado. Estas fibras son difíciles de teñir y una mala percepción al tacto, sin embargo son baratas, ya que su densidad es baja. Son poco propensas a la electricidad estática, no son inflamables y son poco reactivos químicamente. Como propiedades negativas tienen bajo punto de fusión, baja Tg y es poco estable a la luz. Sus usos son para bajoalfombras, telas y cuerdas para muelles, ya que flotan.

Las fibras de poliuretano se conocen con el nombre de Spandex y son elastoméricas. Es un copolímero. Estas fibras se usan en lencería y en trajes de baño. Tienen baja resistencia en agua caliente y son vulnerables a los agentes de blanqueo y a la hidrólisis. No son atacadas por el oxígeno ni por el ozono.

Las fibras de policarbonato se pueden usar para hilos de hilvanar. Es soluble en disolventes de lavado en seco, por lo tanto no se puede usar para prendas.

Las fibras de poliimidas han sido investigadas por la empresa Du Pont. No funden ni suelen ser solubles en disolventes convencionales, por lo que no se pueden hilar por fusión, se utiliza un disolvente orgánico y después se hila en seco. Tiene una gran flexibilidad y encoge muy poco con el agua en ebullición, además de su comportamiento ignífigo y su termorresistencia. Se usa para la filtración de gases en caliente, prendas protectoras, y el más importante es como sustitución del amianto.

Las fibras de polibenzimidazol (PIB) tienen una gran resistencia a las altas temperaturas y a los productos químicos, por lo que se usan para prendas de protección térmica, telas filtrantes y también como alternativa al amianto. Fue una de las primeras fibras en usar la N.A.S.A. , y fue para el cable de seguridad en el primer paseo espacial. Para su estirado se necesita una atmósfera de nitrógeno a 400ºC, evitando la entrada de oxígeno ya que la degrada. No arde al aire y tiene una gran estabilidad, por lo que es de gran utilidad para la aeronaútica, armamento ligero y textiles industriales.

Las fibras de alto módulo son las más avanzadas tecnológicamente, sus usos son principalmente para la industria. Los más importantes son : Nomex, Kevlar, Twaron, Spectra, Tenfor.. Son polímeros muy rígidos y con gran consistencia estructural, por lo que son difíciles de hilar. Al tener altas prestaciones: resistencia a la abrasión, a los productos químicos, gran tenacidad, resistencia a objetos punzantes...), su precio es caro. Se usan para la industria aeronáutica, embarcaciones (cascos), cintas transportadoras, sustitución del amianto y el acero, cables ópticos y tendidos submarinos.

7- QUERATINA

La queratina es una proteína fibrosa que está el pelo, lana, plumas, uñas (reforzadas con sales cálcicas en este caso), pinzas, escamas, cuernos, pezuñas, caparazones de las tortugas y la mayor parte de la capa exterior de la piel.

Se caracteriza por sus residuos de cisteína, que hace que se formen puentes disulfuro, y a su disposición espacial. Las moléculas de las proteínas fibrosas son largas y en forma de hilos y tienden a juntarse para dar fibras. En algunos casos, se mantienen unidas en muchos puntos por puentes de hidrógeno.

Debido a esto, las fuerzas intermoleculares que debe vencer cualquier disolvente son muy grandes, y una vez vencidas, la proteína se desnaturaliza creando cambios en su estructura 2ª. Las proteínas fibrosas sirven como materiales estructurales principales del tejido animal; una función para la que se prestan debido a su insolubilidad y tendencia a la formación de fibras. Su estructura varía mucho según su procedencia. Las fibras de lana constan de tres clases de polipéptidos. El de mayor peso molecular se encuentra en forma de a-hélice. Estos tres modelos muestran aspectos diferentes de la estructura de esta a-hélice.

Esta estructura secundaria de a-hélice, da lugar a niveles de organización superiores, que se conocen como protofibrillas, microfibrillas y macrofibrillas. Las protofibrillas están constituídas por tres hélices a enroscadas dando una triple hélice. En ella, las tres hélices a están enlazadas entre sí por puentes disulfuro. Las protofibrillas se alinean unas con otras formando una microfibrilla. Once protofibrillas componen cada microfibrilla. El espacio comprendido entre estas once protofibrillas es una matriz amorfa constituida por los otros dos polipéptidos de menor peso molecular. Por último, las microfibrillas se reúnen para dar macrofibrillas. Estos tres niveles de organización están representados aquí:

Las fibras de lana y pelo son extensibles, al estirarse, sus zonas cristalinas sufren un cambio de fase rápido y reversible, transformándose de a-queratina a b-queratina, o sea, pasan de la estructura de a-hélice a hoja plegada b.

Esta transformación implica el cambio de la estructura helicoidal original a una estructura completamente expandida en zig-zag.

Como entre las cadenas hay puentes disulfuro que evitan su separación, al cesar la tensión se recupera la conformación original de hélice triple.

8- NOMENCLATURA

a-Hélice: Estructura de la proteína en forma de hélice, en la que los residuos de los aminoácidos están expuestos hacia el exterior.

Aminoácido: Unidad estructural de las proteínas o de los péptidos. Hay 20 distintos.

Amorfo: Sin orden estructural. Los polímeros amorfos suelen ser transparentes.

Atáctico: Polímero cuyos grupos se distribuyen al azar a ambos lados del plano.

Carga: Aditivos de los polímeros que les dan a éstos consistencia como negro de carbón, talco, carbonato de magnesio.

Catalizar: Ayudar a los reactivos para que se unan y, así, aumentar la velocidad de reacción.

Cis: Forma estructural de un doble enlace en el que los grupos funcionales de igual importancia están enfrentados.

Cisteína: Aminoácido con un grupo -SH que ayuda a formar puentes disulfuro.

Colágeno: Principal constituyente de la piel, el tejido conjuntivo y los huesos.

Complejos metálicos: Agrupación metálica con estructura complicada. Se suelen usar para catalizar reacciones.

Copolímero: Polímero a base de dos monómeros.

Cristalinidad: Grado de ordenación lateral del polímero.

Curación: Maduración del polímero. Una vez curado es más difícil de ablandar para moldearlo.

Desnaturalización: Precipitación irreversible de la proteína debido al calor, ácidos y bases fuertes y otros agentes.

Enlace peptídico: Enlace entre grupos amino y carboxilo de dos aminoácidos. Tienen esta forma: (---CO-NH---).

Estrusión: Estiramiento de un polímero para crear una fibra.

Grupo funcional: Las partes de la molécula que le confiere unas características determinadas.

Hidrofóbico: Que repele el agua

Hidrólisis: Incorporación de moléculas de agua al polímero.

Hoja plegada b: Estructura de la proteína en la que las cadenas de queratina se colocan paralelamente unas a otras, como a capas.

HPDE: Polietileno de alta densidad.

Iones: Elementos o moléculas cargadas eléctricamente.

Isotáctico: Todos los grupos están situados en el mismo plano de la cadena polimérica

LDPE: Polietileno de baja densidad.

Licuefacción: Calentamiento.

Modulo: Rigidez de la fibra.

Peso molecular: Los gramos que pesa cada molécula.

Plásticos de base petroquímica: Plásticos cuyos monómeros provienen de la destilación del petróleo.

Plastificante: Sustancia que se añade a un polímero para disminuir su rigidez.

PMMA: Poli ( metilmetacrilato) de metilo.

Polipéptido: Cadena larga de aminoácidos unidos entre sí por un enlace peptídico.

Polisacárido: Azúcares.

PP: Polipropileno.

Proteína: Unión de péptidos.

Puente de Hidrógeno: Interacción electrostática debido a la cercanía de un hidrógeno y un oxígeno.

Puente disulfuro: Enlace covalente transversal formado entre deos polipéptidos mediante un residuo de cisteína. Tienen la forma (---S-S---) .

PVC: Policloruro de vinilo.

Radicales libres: Iniciadores de la polimerización.

Residuo: Grupo característico de cada aminoácido.

Retardantes: Sustancias que se añaden a los polímeros para que éstos ardan peor.

Reticulación: Formación de enlaces cruzados entre las cadenas de polímero que le dan a éste rigidez.

Sindiotáctico: Los grupos se alternan a uno y otro lado del plano.

Tenacidad: Resistencia al estiramiento.

Tg: Temperatura de transición vítrea. Temperatura a la que los polímeros se vuelven frágiles.

Trans: Forma estructural de un doble enlace en la que los grupos funcionales más importantes no están enfrentados.

U/F: Resina de urea - formaldehido.

P/F: Resina de fenol - formaldehido

M/F: Resina de melamina - formaldehido

Vulcanización: Formación de enlaces azufre- azufre para conseguir la reticulación del polímero y así darle mayor rigidez.

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-Enlaces:

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-Bibliografía:

· Fíbras Químicas. J. Gacén Guillén .UPC 1990

· Macromoléculas. A. Horta. Ed UNED

· Productos Químicos Orgánicos Industriales. Vol I y II. H. A. Wittcoff and al. Ed Limusa.

· La Ciencia de las Macromoléculas. F.W. Billmeyer, Jr. Ed Wiley-Interscience.

· Tecnología Básica Textil. T. Erhardt and al. Ed Trillas 1980

· Principios de Bioquímica. A.L. Lehninger. Ed Omega. 1988

· Química Orgánica. (5ª edición). Morrison y Boyd. Ed Addison-Wesley Iberoamericana. 1987

· Fisicoquímica. (3ª edición). Ira N. Levine. Ed Mc Graw-Hill. 1991

· Revista Innovación Química. Julio-Agosto. 1994, P. 67.