textiles antimicrobianos funcionalizados con nanopartículas
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TEXTILES ANTIMICROBIANOS FUNCIONALIZADOS CON
NANOPARTÍCULAS
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
PRESENTADO POR:
ING. CARMEN LUISA URIBE VALENZUELA
Y el equipo:
Ing. Elsa Beatriz Roca Meneses
Ing. Marco Apolonio Brañez Sánchez
MSc. Dora Maurtua Torres
Dr. José Luis Solís Veliz
Dra. Mónica Marcela Gómez León
LIMA
2014
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA UNIVERSIDAD PERUANA CAYETANO HEREDIA
INDICE
Resumen
Agradecimientos
1. INTRODUCCIÓN
1.1. Acabados antimicrobianos en la industria textil
1.1.1. Propiedades del acabado antimicrobiano 1.1.2. Tipos de acabados antimicrobianos
1.1.3. Diferencias en el rendimiento antimicrobiano
1.1.4. Tecnologías antimicrobianas actuales
1.1.5. Problemas asociados al uso de los acabados antimicrobianos
1.2. La nanotecnología y la industria textil
2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
2.1. Síntesis de las nanopartículas
2.2. Caracterización de las nanopartículas
2.2.1. Estructural
2.2.2. Morfológica
2.2.3. Microbiológica
2.3. Funcionalización de los textiles con las nanopartículas
2.4. Control de calidad de los textiles funcionalizados
2.4.1. Solideces
2.4.2. Pruebas físicas
2.4.3. Microbiológico
2.4.4. Morfológico
3. CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS PARA TRABAJOS FUTUROS
ANEXOS
I. Bibliografía
II. Glosario
III. Normas técnicas
IV. Artículo Revista Mundo Textil: Marzo 2014
V. Nota periodística: El Comercio
RESUMEN
Evitar la propagación de enfermedades es de gran interés público y privado. El contagio indirecto puede realizarse mediante un portador (persona o animal que alberga microorganismos patógenos) o tocando objetos contaminados (ropa de cama, prendas de vestir sucias, pañuelos, vendajes o utensilios empleados por personas enfermas). En este último aspecto el uso de prendas con propiedades antimicrobianas, puede atenuar la diseminación de los microorganismos causantes de las enfermedades.
El presente trabajo de investigación ha desarrollado la funcionalización de textiles de algodón empleando nanopartículas de peróxido de zinc con el objetivo de obtener textiles con propiedades antimicrobianas.
El desarrollo de nuestra investigación ha involucrado el trabajo multidisciplinario de profesionales de diferentes ramas de Ingeniería y Ciencias Básicas. Por ello, con grata satisfacción podemos describir en detalle en las siguientes páginas todo el trabajo realizado, que en líneas generales consiste en la síntesis y caracterización de las nanoestructuras, la aplicación de ellas al textil y el control de calidad de los textiles funcionalizados.
Las nanoestructuras utilizadas correspondieron al peróxido de zinc que estudiado por Microscopía Electrónica, presentó una morfología muy similar a la de una mora esférica (por lo cual le acuñamos el nombre de morfología “blackberry”). Los estudios de Difracción de Rayos X, así como los análisis de Infrarrojo con Transformada de Fourier, muestran claramente la dependencia de las nanoestructuras con la temperatura y las condiciones de síntesis. Paralelamente, los estudios microbiológicos de estas nanopartículas confirmaron que poseen propiedades antimicrobianas que inhiben el crecimiento de bacterias (Escherichia coli, Pseudomona aeruginosa y Staphylococcus aureus) y hongos (Candida albicans).
La aplicación de las nanoestructuras al textil de algodón se realizó por medio de un proceso de impregnación comercialmente utilizado en tintura y acabado de telas. Como resultado de los análisis de control de calidad se observó que la presencia de nanopartículas en la fibra no modifica las solideces del textil y fortalecen las propiedades físicas de este.
Los resultados de los análisis microbiológicos de los textiles funcionalizados, indicaron que para concentraciones mayores a 40g/L durante el proceso de funcionalización, los textiles poseen propiedades antimicrobianas.
AGRADECIMIENTOS
La formación de los estudiantes es para nosotros un compromiso profesional con nuestro trabajo cotidiano, pero el aporte responsable y proactivo que ellos pueden desempeñar es fundamental en todo trabajo de investigación, por ello queremos agradecer a las alumnas de Ingeniería Textil, Jessica Judit Alvarez Alayo y Luz Esmeralda Roman Mendoza, y a la estudiante de Física, Vanessa Celia Martinez Rojas, que por su dedicación e iniciativa, constituyeron y representaron la fuerza motriz de esta investigación.
Nuestro agradecimiento a los doctores Alec Fischer, Gladys Ocharan y Francisco Paraguay por los análisis de microscopía electrónica de barrido.
A todos los técnicos de laboratorio que colaboraron para obtener los resultados de la presente investigación.
Este trabajo interdisciplinario de investigación ha sido desarrollado en forma conjunta en la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI) y la Universidad Peruana Cayetano Heredia (UPCH), gracias a la financiación recibida por la empresa L’Oreal-Perú, el Instituto General de Investigación de la UNI (IGI-UNI) y el Concejo Nacional de Ciencia Tecnología e Innovación del Perú (CONCYTEC).
Este trabajo contó en todo momento con el invalorable apoyo de nuestras
familias, para ellas nuestro profundo agradecimiento.
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CAPITULO 1
INTRODUCCIÓN
En todo momento cada ser humano es portador de microbios (hongos y bacterias), cuando estos entran en contacto con las prendas de vestir o con los textiles del hogar, pueden crecer y multiplicarse, convirtiendo de esta manera a los textiles en la vía o ruta para la transferencia hacia otras personas e iniciando el contagio de infecciones que podrían llevarnos al hospital.
El crecimiento microbiano, especialmente el de bacterias en materiales textiles puede ocasionar el deterioro de la tela, desarrollo de malos olores, irritación en la piel y contagio de infecciones [1].
Tenemos conocimiento que a nivel nacional se han desarrollado trabajos de investigación relacionados al uso de cobre metálico en fibras de alpaca y fibras sintéticas con propiedades bactericidas, aunque no se cuenta con muchos reportes sobre ellos. Así también, miembros de nuestro equipo han realizado estudios preliminares de la aplicación del CuO sobre fibras de algodón con resultados muy alentadores.
Por otro lado a nivel internacional esta área viene siendo muy estudiada, y destacan trabajos de investigación a base de Quitosano, y nanopartículas de plata [2] y óxidos metálicos tales como el ZnO y el CuO [3].
La tela seleccionada en este estudio es 100% algodón peruano de gran reputación a nivel mundial dada su calidad física y tintórea que permiten usarlo no solo en ropa casual o deportiva sino también en sabanas, fundas de almohadas, colchas, ropa de enfermeras, laboratoristas y médicos.
Las propiedades altamente hidrófilas, no tóxicas y su suavidad hacen del algodón una opción muy atractiva como superficie textil biocompatible para prendas y materiales biomédicos [4].
En el trabajo de investigación que presentamos comprobamos que los textiles funcionalizados con nanopartículas antimicrobianas reducen e inhiben el crecimiento de diversos microbios, por tanto logramos interrumpir la ruta o vía de transferencia de los mismos, evitando y controlando el aumento de infecciones caseras e intrahospitalarias.
A partir de estos resultados se abre un abanico de posibilidades de seguir investigando potenciales aplicaciones del peróxido de zinc en otros sustratos no textiles en donde pueda ayudar a evitar la proliferación microbiana como por ejemplo en las mezclas usadas en las uniones de mayólicas en los baños o cocinas, superficies laminadas, etc.
Al ser este trabajo de investigación multidisciplinario, el equipo conformado por ingenieros químicos y textiles, biólogos, físicos y químicos, además de la siempre valiosa participación de estudiantes, hemos reafirmado nuestra convicción en que la capacidad investigar, desarrollar nuevas técnicas, productos y procesos es la vía para permitir la unión de la ciencia con la tecnología y así se pueda aportar con el crecimiento y desarrollo de nuestra Patria.
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1.1. ACABADOS ANTIMICROBIANOS EN LA INDUSTRIA TEXTIL
La industria textil es desafiada por la presencia de microorganismos y los efectos negativos que estos provocan. El deterioro, desfiguración y los malos olores son efectos indeseables que se producen a partir de la contaminación microbiana de los tejidos, no tejidos y tejidos compuestos [5].
En los últimos años gran cantidad de trabajos de investigación se ha desarrollado entorno a los textiles con acabados antimicrobianos, no sólo con el objetivo de reducir transmisiones de enfermedades infecciosas y mejorar la calidad de vida de los seres humanos [5-7], sino también de proteger el textil en sí mismo frente a los daños generados por el moho, hongos o podredumbre causada por otros microorganismos [8]. Es decir el crecimiento de microorganismos en los tejidos textiles conduce a dificultades funcionales, higiénicas y estéticas.
La mayoría de los organismos que causan problemas son los hongos (decoloración, manchas de color y daño a la fibra) y bacterias (malos olores, manchas y la sensación viscosa). Y a menudo ambos desarrollan una relación simbiótica en el textil [8].
1.1.1. Propiedades del acabado antimicrobiano
La velocidad de crecimiento de los microbios puede ser increíblemente alta. La población de bacterias se duplica entre 20 y 30 minutos bajo condiciones ideales de temperatura (36-40°C) y pH (5-9). Y son estas condiciones las que ofrece el ser humano con una temperatura corporal de 37°C y un sudor con pH entre 6-8. Por ello las bacterias se propagan fácilmente en los textiles al estar en contacto con el cuerpo. Es sorprendente saber que una sola célula bacteriana puede incrementarse en 1 048 576 células en sólo 7 horas. Es por ello que el acabado antimicrobiano debe tener una rápida acción y efectividad.
Idealmente podríamos decir que un antimicrobiano debe ser de fácil aplicación, mostrar compatibilidad con otros agentes de acabados, ser biocompatible y rentable. Más aún, los acabados antimicrobianos deben sujetarse a una regulación estricta por parte de los gobiernos, para que tengan un mínimo impacto ambiental.
1.1.2. Tipos de acabados antimicrobianos
Con un criterio amplio los acabados antimicrobianos pueden ser agrupados en base al modo de ataque a los microorganismos [9]:
Antimicrobiano de migración
Denominado también de difusión. En este tipo de antimicrobiano se debe considerar un mecanismo de liberación controlada del compuesto activo, es decir el antimicrobiano es liberado lentamente desde el interior de la fibra de tal forma que puede ser efectivo contra microbios en la superficie de esta. Sin embargo, con el tiempo la acción antimicrobiana se agotará.
Para entender mejor cuál es la actuación de un antimicrobiano que actúa por difusión o migración, podemos decir que se cuenta con un núcleo o zona de inhibición letal, donde se eliminan las bacterias completamente, pero exteriormente se crea una zona de inhibición sub-letal donde la concentración de antibacteriano es inferior. En esta zona, que contiene dosis inferiores de
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antimicrobiano, los microorganismos pueden adaptarse, mutar y presentar posteriormente inmunidad.
Antimicrobiano de contacto:
Este tipo de antimicrobiano consiste en moléculas que están enlazadas a la superficie de la fibra por lo que estos productos controlan sólo los microbios que están presentes en la superficie de la fibra mas no en el medio ambiente circundante.
Los actuales mecanismos por los cuales los acabados antimicrobianos controlan el crecimiento microbiano son muy variados, que van desde la prevención de la reproducción celular, bloqueo de enzimas, reacción con la membrana celular, destrucción de la pared celular y envenenamiento dentro de la célula. La comprensión de estos mecanismos es importante tanto para los microbiólogos como para otros profesionales que aplican y evalúan la eficacia de los acabados antimicrobianos.
1.1.3. Diferencias en el rendimiento antimicrobiano
Funciones antimicrobianas de los textiles podrían implicar la inhibición, o reducción del crecimiento de microorganismos produciendo la inacción completa de estos, a este tipo de materiales se les denomina biostáticos. Mientras que los productos textiles que pueden proporcionar la inactivación total de un amplio espectro de microorganismos en un corto tiempo de contacto se denominan biocidas [10].
1.1.4. Tecnologías antimicrobianas actuales
La incorporación de agentes antimicrobianos en los textiles, se pueden lograr química o físicamente. La incorporación química de estos agentes podría utilizar reacciones que pueden construir fuertes interacciones intermoleculares covalentes o iónicos entre las fibras y los agentes dependiendo de las estructuras químicas específicas. Los agentes biocidas delimitadas químicamente a los textiles por lo general pueden sobrevivir más lavados repetidos y proporcionar una buena durabilidad de lavado, también pueden ser recubiertos sobre o mezclados en los textiles físicamente para proporcionar las funciones duraderas deseadas. Los agentes antimicrobianos que se pueden aplicar sobre materiales textiles incluyen biocidas orgánicos tales como fenoles, sales de amonios cuaternarios, péptidos y halaminas, así como compuestos inorgánicos que contienen iones de plata, cobre, zinc, titanio, etc [10].
1.1.5. Problemas asociados al uso de los acabados antimicrobianos
Las vías de exposición y los efectos potenciales para la salud deben tenerse en cuenta con el fin de evaluar la seguridad de los compuestos antimicrobianos para los seres humanos. El tipo de antimicrobiano, la concentración del producto, las vías de exposición y la frecuencia de uso, influyen en el grado en que los seres humanos pueden estar expuestos a los antimicrobianos en un producto textil [11].
El uso del antimicrobiano de migración puede conducir a la pérdida de resistencia de la tela y también producir cambios de color de la misma. Algunos consumidores pueden presentar dermatitis por contacto prolongado de la piel con este tipo de acabado antimicrobiano.
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La eliminación indebida de los efluentes del acabado antimicrobiano, pueden causar graves problemas ambientales, pues los microorganismos deseables y necesarios en una planta de tratamiento de aguas residuales pueden ser eliminados. Otra área de preocupación es el uso a largo plazo de los productos antimicrobianos a nivel mundial, darán lugar al eventual desarrollo de microbios resistentes con consecuencias tal vez mortales.
Un problema general de los acabados antimicrobianos es su efecto selectivo, es decir algunos son eficaces contra hongos, otros contra bacterias Gram-positivas o Gram-negativos, por lo tanto formulaciones antimicrobianas comerciales a menudo están compuestas de una mezcla de varias sustancias con diferentes actividades. Otro problema general es, encontrar el equilibrio entre la alta actividad biocida y los requisitos de manipulación, incluida la no toxicidad en humanos a las concentraciones habituales y exigencias ambientales.
1.2. LA NANOTECNOLOGÍA Y LA INDUSTRIA TEXTIL
En las últimas décadas la humanidad ha experimentado grandes transformaciones tecnológicas que hace, solo unos 50 años eran inimaginables. Como todo proceso de desarrollo, estos avances tecnológicos aplicados a la industria han estado firmemente soportados por trabajos científicos que han ido revolucionando la ciencia. Particularmente podemos mencionar la nanotecnología, que es el campo de investigación que estudia aquellos materiales que tienen dimensiones entre 1-100 nm (distancias mil veces más pequeñas que el diámetro del cabello humano). Las propiedades de las nanopartículas son muy diferentes a cuando se encuentran en forma volumétrica (“bulk”) debido a que su relación área-superficial/volumen es mucho mayor que para su contraparte en estado volumétrico. Particularmente esta propiedad permite que las nanoestructuras interactúen en mayor grado con el entorno en el que se encuentren. Así, se ha encontrado que nanopartículas metálicas y de óxidos, tienen efectos bactericidas y fungicidas. Por ello, últimamente existe un gran interés en la industria textil por el desarrollo de las denominadas “prendas inteligentes”, que son elaboradas a base de telas que detectan y reaccionan ante ciertas condiciones ambientales o estímulos externos, tales como cambios mecánicos, térmicos, químicos, biológicos, eléctricos, magnéticos, etc [12].
El mecanismo por el cual las nanopartículas neutralizan el comportamiento microbiano de los organismos patógenos que afectan nuestro cuerpo aún no se conoce completamente, pero se sabe que la gran relación superficie/volumen que presentan las nanopartículas (metálicas y semiconductoras), permite que ellas interactúen ampliamente con los microorganismos nocivos [13].
La funcionalización con nanopartículas en fibras de algodón producirán fibras textiles antimicrobianas y fungicidas, las cuales podrían ser empleadas ampliamente en el sector médico (en hospitales o a nivel ambulatorio para la fabricación de gasas), en el sector industrial y aún a nivel doméstico. En la
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Tabla 1.1 se muestran los diferentes tipos de textiles desarrolladas con nanomateriales.
Tabla 1.1. Tipos de nanomateriales/nanopartículas usadas en textiles de acuerdo a los
expertos de la industria y la academia [14].
Nanopartículas de diferentes materiales
Efectos producidos en el textil aplicado
Plata (Ag) Efecto anti-olor, textiles antibacteriales
Dióxido de titanio (TiO2) Protección UV, actividad fotocatalítica antibacterial y anti-suciedad, efecto anti-olor, funcionalización de superficie hidrofìlica
Dióxido de Silicio (SiO2) Funcionalización de superficie hidrofóbica, durabilidad, resistencia al desgarre, nano-encapsulación de moléculas.
Nanotubos de carbón (CNT) Incremento de la resistencia a la tensión de fibras, fibras conductoras eléctricas, disipación electroestática, no inflamable
Fluorocarbonos Funcionalización de superficies hiperhidrofóbicas
Óxido de zinc (ZnO) Protección UV, textiles antimicrobiales, textiles repelentes al agua, textiles inteligentes para captación de energía piezoeléctrica
Óxido de aluminio (Al2O3) Incremento de la elasticidad y resistencia a la rotura de las fibras
Oro (Au) Fibras conductoras de electricidad
Negro de carbono (CB) Pigmento negro, aditivo de relleno, fibras conductoras de electricidad
Óxido de magnesio (MgO) Efecto antimicrobial y antimicótico, agente auxiliar, estabilidad térmica
Partículas de silicato estratificados
Protección UV, protección al calor, no inflamable, barrera de difusión de gas, portador de colorante fibras sintéticas
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CAPITULO 2
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
En este capítulo se presentará, el camino empleado para la síntesis de las nanopartículas del peróxido de zinc (ZnO2), la caracterización para determinar su estructura cristalina y morfológica, y su respuesta microbiológica ante algunas cepas microbianas.
2.1. SÍNTESIS DE LAS NANOPARTÍCULAS
La síntesis de las nanoestructuras de ZnO2 se realizó por el método sol-gel, para lo cual se homogenizó la mezcla de 5 mL de peróxido de hidrógeno al 30% con 50 mL de agua y se disolvió completamente en ella un 1g de Zn(CH3COO)2.2H2O. Asimismo, el sistema se irradió con una lámpara UV 300 W Ultra-Vitalux (Osram). La figura 2.1 muestra el montaje empleado, que fue colocado dentro de una cámara oscura para evitar cualquier daño ocasionado por la radiación UV.
Luego de haber obtenido un gel particulado, el medio se centrifuga, para separar y lavar las nanopartículas precipitadas, que posteriormente son secadas a una temperatura de 80°C durante 12 horas. Para el caso de la funcionalización de los textiles las nanopartículas no fueron secadas sino se mantuvieron en una suspensión coloidal en agua destilada que luego fue diluida a diferentes concentraciones como se verá en la sección 2.3.
Figura 2.1. Montaje experimental empleado para la síntesis de nanopartículas de ZnO2 usando radiación UV.
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2.2. CARACTERIZACIÓN DE LAS NANOPARTÍCULAS
La caracterización estructural y morfológica de las nanopartículas es de gran importancia para interpretar sus propiedades físicas, químicas y microbiológicas. Es decir, el conocimiento de estas propiedades nos permitirá explorar las aplicaciones potenciales de estas nanopartículas que luego se podrían usar para tener un producto innovador.
Por ello, a continuación presentamos el estudio estructural de las nanopartículas de ZnO2 realizado mediante Difracción de Rayos-X (DRX), el estudio morfológico realizado por Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) y el estudio microbiológico de las nanopartículas a las cepas microbianas de Escherichia coli, Pseudomona aeruginosa, Staphylococcus aureus y Candida albicans.
2.2.1. Estructural
La estructura de un sólido queda determinada cuando se conoce como están distribuidos los átomos en él, si estos no forman arreglos regulares, se dice que tenemos un sólido amorfo. Si los átomos están agrupados en dominios en los cuales se encuentran en posiciones definidas, estamos entonces frente a estructuras cristalinas. Dependiendo del tamaño de estos dominios cristalinos podremos agrupar los sólidos como nanocristalinos, policristalinos o monocristalinos.
Una de las herramientas más potentes para el estudio estructural de un material en general es la Difracción de Rayos X, que es la técnica que se presentará a continuación. Además en esté trabajo también se ha empleado la Espectroscopía Infrarroja con Transformada de Fourier.
Difracción de Rayos X
El estudio de las nanopartículas de ZnO2 se realizó empleando un difractómetro Rigaku Miniflex II Desktop operado con una fuente de radiación de CuKα1 (λ=0.15045 nm) a 30 kV, 20 mA y con una velocidad de barrido de 3°/min.
Para el análisis de los difractogramas se utilizó el programa TOPAS-Academic que provee una aproximación general de la convolución y refinamiento de los datos con una variedad de perfiles numéricos, sin la necesidad de una convolución analítica. Esto se logra con funciones que representan, la fuente de rayos X, la aberración del difractómetro (diámetro del goniómetro, si usa monocromador, rejillas, etc.), así como la contribución de la muestra (tamaño del cristalito y microdeformación). Este método es conocido como aproximación por parámetros fundamentales.
En el presente trabajo todos los difractogramas pudieron ajustarse satisfactoriamente usando una sola fase correspondiente al ZnO2, que posee
una estructura cúbica con grupo espacial Pa y parámetro de red de 4.874 Å, donde las posiciones del Zn y O están localizados en los sitios (0, 0, 0) y (0.413, 0.413, 0.413), respectivamente.
La figura 2.2 muestra los difractogramas obtenidos para las nanopartículas sintetizadas para diferentes tiempos de irradiación UV (30, 60, 120 min). Se pueden observar notoriamente cinco picos anchos asignados a las reflexiones
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[111], [200], [220], [311] y [222] del ZnO2. Débilmente se registran dos protuberancias que corresponderían a las reflexiones [210] y [211] también correspondientes al ZnO2. Mediante el Refinamiento de Rietveld se obtuvo para las tres muestras analizadas (30, 60 y 120 minutos) los siguientes tamaños de dominios critalinos con los respectivos valores de microdeformación indicados en paréntesis: 6 nm (0.19), 7 nm (0.19) y 8 nm (0.12)
Figura 2.2. Difractograma de Rayos X de nanopartículas de ZnO2 sintetizadas para diferentes tiempos de irradiación UV.
Espectroscopia Infrarroja con Transformada de Fourier
El análisis por espectroscopia infrarroja (IR) de un sólido permite conocer la presencia de los enlaces a través de las vibraciones de estos. Un espectro de absorción IR mostrará bandas de absorción que se pueden asignar a modos específicos de vibración.
La figura 2.3 muestra un análisis realizado para tres muestras sintetizadas a diferentes temperaturas.
La banda de absorción que se observa en el rango de 3400 a 3600 cm-1 se atribuye a la flexión del ángulo que forma en su enlace la molécula de H2O. Se observa notoriamente que se presenta para la muestra sintetizada a la más baja temperatura y que disminuye para temperaturas más altas. Esto se explicaría porque moléculas de agua pueden quedar absorbidas en la superficie de las nanopartículas y que no son fácilmente liberadas con el calentamiento.
Los pequeño picos presentes a 2700 cm-1 se relacionan con el grupo funcional –CH3, proveniente de reactivo precursor de acetato de zinc. Mientras que el pico definido que se presenta a 2300 cm-1 corresponde a CO2 proveniente del ambiente.
El pico ubicado a 1600 cm-1 se relaciona también con el reactivo precursor, mientras que el pico junto a él a 1300cm-1 se atribuye grupo peróxido del ZnO2.
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El pico a menos de 500 cm-1 corresponde al ZnO, que se encuentra más presente a más altas temperaturas debido a que el ZnO2 se descompone.
En el presente trabajo de investigación se hizo uso del Espectofotómetro Infrarrojo con Transformada de Fourier Prestige-21 marca Shimadzu.
Figura 2.3. Espectros infrarrojo con transformada de Fourier para nanopartículas de ZnO2 y ZnO sinterizadas para diferentes temperaturas.
2.2.2. Morfológica
La morfología o forma de las nanopartículas puede determinar la interacción de ellas con el medio que las rodea, por ello es de gran importancia realizar estudios morfológicos para conocer con detalle el tamaño y distribución de las nanopartículas, y la forma de ellas.
Una de las técnicas más potentes para realizar estudios morfológicos es la Microscopía Electrónica de Barrido que es la que se presenta a continuación.
Microscopía Electrónica de Barrido
Este análisis morfológico de las nanopartículas de ZnO2 se realizó usando un microscopio electrónico marca Jeol JSM-6300 operado con una aceleración de electrones de 5 kV. La figura 2.4 muestra las imágenes de las nanopartículas obtenidas para 30 min de irradiación UV. Donde 2.4a y 2.4b muestran dos magnificaciones diferentes (100 kX y 200 kX respectivamente). Las nanopartículas son conglomerados esféricos de entre 80 y 100 nm, de una apariencia racimosa similar al que en la naturaleza se observa en las moras, por lo cual hemos asignado a la morfología de las nanopartículas el nombre de “morfología blackberry”. Las pequeñas nanopartículas que constituyen cada uno de los conglomerados son dominios cristalinos, que en tamaño no se pueden resolver por esta técnica.
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Figura 2.4. Micrografías electrónicas de barrido para nanopartículas obtenidas mediante 30 min de irradiación UV, tomadas a diferentes magnificaciones (a) 100 kX y (b) 200 kX.
2.2.3. Microbiológica
El estudio de la respuesta microbiológica de las nanopartículas de ZnO2 se desarrolló mediante la determinación de la Concentración Mínima Inhibitoria (más conocida como MIC, de los términos en inglés Minimum Inhibitory Concentration). Es decir, se determinó la concentración mínima de nanopartículas ZnO2 capaz de inhibir 1.5 x 108 unidades formadoras de colonias (ufc) de cada uno de los siguientes microorganismos: Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus y Candida albicans. Para ello se prepararon 4 diluciones seriadas al medio (1:2) de ZnO2 a partir de una concentración de 64,000 µg/mL (32,000; 16,000 y 8,000 µg/mL) en un volumen total de 100mL de caldo tripticase de soya, después se agregó 100uL del inoculo a cada una de la diluciones, se incubaron a una temperatura de 37°C por 24 horas y luego se realizaron las siembras correspondientes de cada una de las diluciones en Agar tripticase de soya (Merck), se incubó por 24 horas a 37°C y finalmente se realizaron las lecturas de las placas Petri. No se observó crecimiento bacteriano en las concentraciones indicadas MIC, tal como se puede observar en la tabla 2.1 que se muestra a continuación.
Tabla 2.1. Cantidad en µg/mL de ZnO2 necesarios para inhibir 1.5 x 108 ufc de las cepas indicadas.
Cepas microbianas MIC
µg/mL de ZnO2
Escherichia coli (ATCC 25922) 64,000
Pseudomona aeruginosa (ATCC 10145) 16,000
Staphylococcus aureus (ATCC 25923) 32,000
Candida albicans (ATCC 90028) 32,000
(a) (b)
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2.3. FUNCIONALIZACIÓN DE LOS TEXTILES CON NANOPARTÍCULAS
Para la funcionalización de los textiles con las nanopartículas de ZnO2 se utilizaron suspensiones coloidales a diferentes concentraciones en donde el medio líquido fue agua destilada y alcohol isotridecílico al 2%. El proceso de funcionalización se realizó por medio del método de acabado por impregnación (Foulard de impregnación), que consistió en pasar el textil a través de la suspensión coloidal, contenida en una batea o cuba, para luego ser exprimido entre dos rodillos que se encontraron a una presión de 4 bar. La finalidad fué lograr una absorción uniforme y controlada a lo largo y ancho del textil. La figura 2.5 muestra un esquema de este proceso.
Figura 2.5. Esquema del Foulard (equipo de impregnación). (1) Textil a impregnar, (2) rodillos exprimidores, (3) cilindros guiadores, (4) batea de impregnación, (5) suspensión con nanopartículas.
Este proceso suele expresarse en forma de % de absorción, siempre con relación al peso seco del tejido, por lo cual es indispensable pesar el textil antes y después de la impregnación. A este % de absorción se le conoce como pick up y se expresa como la cantidad de producto que se le aplica a la tela en función a la base seca de esta. El pick up obtenido normalmente se encuentra entre 70 – 75% y se calcula según la siguiente expresión:
(1)
Luego que se ha realizado la impregnación de la suspensión con nanopartículas se debe eliminar el agua remanente en el textil por lo que se lleva a la estufa para secar a 120°C por 3 minutos.
2.4. CONTROL DE CALIDAD DE LOS TEXTILES FUNCIONALIZADOS
En este trabajo se realizaron los controles de solideces al lavado, frote y sudor, así como el análisis del tejido (gramaje, resistencia y densidad).
Adicionalmente se evaluó visualmente el cambio de color producido luego de la funcionalización a diferentes concentraciones de la suspensión de nanopartículas al textil teñido. Se apreció que a mayor concentración aumenta la luminosidad del textil.
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2.4.1. Solideces
Se denomina “solidez” a la resistencia que presenta el textil teñido a cada uno de los agentes que son capaces de modificar su color original (cambio de color) y/o originar un manchado sobre un testigo blanco (transferencia de color). Los distintos agentes que pueden producir alteraciones en el color de los textiles se pueden agrupar desde varios puntos de vista. Una de las agrupaciones es la constituida por aquellos agentes que actúan regularmente en el proceso de manufactura (blanqueo con peróxido de hidrógeno, blanqueo enzimático, tratamientos térmicos, acabados funcionales, etc.) y la otra, por aquellos que actúan en la vida activa del textil durante el uso por el consumidor final (lavado doméstico, frote, sudor, luz, agua de mar, agua clorada, etc.).
En esta investigación se han realizado las siguientes solideces a las muestras textiles (anexo III):
-Solidez al Lavado: Norma ISO 105/C06: 2006
-Solidez al Frote: Norma AATCC 8: 2013
-Solidez al Sudor: Norma ISO 105/E04: 2006
Los resultados de las solideces de los textiles fueron valorados en cambio y transferencia de color. Esto se desarrolló empleando escalas de grises estandarizadas (AATCC) y siguiendo las normas técnicas (anexo III):
-Solidez del color AATCC 1:2012, Escala de grises para cambio de color
-Solidez del color AATCC 2:2012, Escala de grises para transferencia de color
Escala de grises para transferencia de color
Esta valoración muestra la transferencia del color luego que el material textil es sometido a una evaluación de solidez, la valoración se da según los grados 5, 4-5, 4, 3-4, 3, 2-3, 2, 1-2, 1, donde el grado 5 es el de mayor solidez (no hay transferencia de color) y 1 el de más baja solidez (hay una gran transferencia de color).
Figura 2.6. Escala de grises para transferencia de color. (1) Representa el color original del textil a valorar, (2) representa la transferencia de color al testigo.
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Escala de grises cambio de color
Esta valoración muestra el cambio de color del material textil luego que este es sometido a una evaluación de solidez, la valoración se da según los grados 5, 4-5, 4, 3-4, 3, 2-3, 2, 1-2, 1, donde el grado 5 es el de mayor solidez (no hay cambio de color) y 1 el de más baja solidez (hay un gran cambio de color).
Figura 2.7. Escala de grises para cambio de color. (1) Representa el color original del textil a valorar y (2) representa el color del textil luego de ser sometido a un proceso.
A continuación describiremos brevemente como se desarrollaron cada una de las evaluaciones de las solideces y sus valoraciones.
Solidez al lavado
Para el método de solidez al lavado inicialmente se preparó la muestra de ensayo que consistió en unir áreas iguales (10cm x 4cm) del textil a evaluar y el testigo multifibra, por medio de una costura simple en sus cuatro lados.
Luego se preparó la solución de lavado, disolviendo 4 g de detergente sin blanqueador óptico (denominado detergente WOB de los términos en inglés without optical brightener) en un litro de agua y se añadió 150 mL de la solución antes preparada a un frasco de acero (Figura 2.8).
Se procedió a añadir 50 billas de acero a cada frasco de acero, necesarias para simular el efecto de la fricción que se da en un lavado convencional, este se llevó a la máquina de lavado (Launderómetro) a un precalentamiento a 50°C, luego se introdujo las muestras de ensayo dentro de cada frasco. En estas condiciones la máquina de lavado se mantuvo por un tiempo de 45 minutos girando a 40 RPM (Figura 2.8).
Al finalizar los 45 minutos del tiempo de lavado, se retiró el recipiente y se enjuagó la muestra textil. Luego de extraer el exceso de agua, se descosen por 3 lados la muestra de tela y el testigo multifibra, quedando ambos en contacto sólo por un lado; llevándose a la estufa para secar a una temperatura menor de 60°C.
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Figura 2.8. Esquema del equipo empleado para la evaluar la solidez al lavado de los textiles: (1) Launderómetro, (2) panel de control, (3) eje axial, (4) textil funcionalizado cosido al testigo multifibra, (5) billas de acero inoxidable y (6) frasco de acero.
La tabla 2.2 muestra los resultados obtenidos luego de la prueba de solidez al lavado, donde se puede observar que el textil no funcionalizado y los textiles funcionalizados con diferentes concentraciones de nanopartículas presentan el mismo grado de valoración en transferencia de color sobre la multifibra. En lo que respecta al cambio de color luego de la prueba de solidez al lavado, se puede observar que el textil no funcionalizado y los textiles funcionalizados con suspensiones de nanopartículas a concentraciones de 20g/L y 40g/L no presentan cambio de color notorio (grado 4 – 5, 5), mientras el textil funcionalizado con una concentración de 60g/L, presenta un cambio de color moderado (grado 3), esto se justifica por las evaluaciones visuales realizadas luego de la funcionalización de los textiles, donde a mayor concentración el textil se torna más luminoso.
Tabla 2.2. Resultados de la prueba de solidez al lavado según Norma ISO 105/C06:2006.
Evaluación
Testigo multifibra
DW
Muestras textiles
No funcionalizada
20 g/L 40 g/L 60 g/L
Transferencia de color
Di-acetato 4 - 5 4 – 5 4 - 5 4 - 5
Algodón blanqueado
4 - 5 4 4 4
Poliamida 4 4 – 5 4 4 - 5
Poliéster 4 - 5 4 – 5 4 - 5 4 - 5
Acrílico 5 5 4 - 5 4 - 5
Lana 4 - 5 4 4 - 5 4
Cambio de color 4 - 5 4 - 5 5 3
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Solidez al frote
Para esta evaluación inicialmente se acondicionaron las muestras textiles (no funcionalizada y funcionalizadas) aproximadamente por 4 horas a una temperatura ambiente de 20°C ± 2°C y 65% ± 2% de humedad relativa.
Terminado el acondicionamiento se sujetó la muestra de 14 cm x 5 cm a evaluar con la cara hacia arriba a la base del equipo Frotómetro sobre una lija de agua y por medio del dispositivo de sujeción (placa metálica) se fijo la muestra en la base del Frotómetro, de tal forma que la dirección diagonal del textil se encontró en dirección paralela al movimiento de la clavija de 1.6 cm de diámetro. Todo este montaje se puede apreciar claramente en la figura 2.9.
Para este ensayo se realizaron dos tipos de solidez al frote: en seco y en húmedo.
Frote en seco: Se colocó el testigo monofibra en el extremo de la clavija y se sujetó con un gancho. El testigo monofibra se colocó en el sentido de los hilos paralelos a la dirección en la que se movió la clavija frotadora. Seguidamente se bajó la clavija sobre la muestra y se empezó a frotar 10 veces, una por segundo sobre la muestra, a lo largo de una longitud de 10.4 cm x 0.3 cm, ejerciendo una fuerza de 9 ± 2 N.
Frote en húmedo: En este caso primero se humedeció el testigo monofibra con agua destilada asegurándose que tenga un pick up de 65%. Luego se continuó el procedimiento siguiendo los mismos pasos que se usaron para el frote en seco, se retiró el testigo monofibra y se dejó secar al ambiente, para finalmente realizar su respectiva valoración.
En ambos casos el testigo monofibra se acondicionó y se eliminó cualquier material fibroso extraño que pudiera interferir en la evaluación.
Figura 2.9 Esquema del equipo Frotómetro: (1) Placa sujetadora, (2) tela
funcionalizada, (3) testigo monofibra de algodón blanqueado, (4) lija de agua y (5)
clavija o tarugo.
En la tabla 2.3 se puede observar que la concentración de nanopartículas interfiere mínimamente en la solidez al frote en seco. Respecto al frote húmedo las telas funcionalizada y no funcionalizadas presentan el mismo resultado, no importando la concentración de nanopartículas aplicada.
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Tabla 2.3. Resultados de la prueba de solidez al frote según Norma AATCC 8:2013.
Muestras textiles
Evaluación
Frote seco Frote Húmedo
No funcionalizada
4 - 5 3
20 g/L 4 3
40 g/L 3 - 4 3
60 g/L 3 - 4 3
Solidez al sudor
Para el método de solidez al sudor inicialmente se preparó la muestra de ensayo que consistió en unir áreas iguales (10cm x 4cm) del textil a evaluar y el testigo multifibra, por medio de una costura simple en uno de sus lados cortos.
Luego se prepararon soluciones ácida (pH 5.5) y alcalina (pH 8.0), que simulan el sudor del cuerpo humano, se vertió 150 ml en cada placa Petri que contenían las muestras de ensayo a evaluar. Las muestras quedaron cubiertas completamente (sumergidas) por las diluciones que simulan el sudor durante 30 minutos a temperatura ambiente.
Seguidamente, se decantó la solución y se escurrió ligeramente la muestra para eliminar el exceso de agua en su superficie. Luego se colocó entre dos placas de resina acrílica, y se ubicó en el equipo de Transpiración bajo una presión de 12.5 kPa.
El equipo de Transpiración, conteniendo la muestra textil, se introdujo dentro de una estufa durante 4h a 37°C ± 2°C. Al terminar el tiempo las muestras textiles fueron retiradas y se secaron al aire a una temperatura menor de 60°C.
Figura 2.10 Esquema del equipo de Transpiración: (1) Sujetador de las placas de
acrílico, (2) placas de acrílico, (3) base, (4) pesa, (5) estufa y (6) textil funcionalizado cosido a la multifibra.
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En la tabla 2.4 se presentan los resultados obtenidos, donde claramente se muestra que la presencia de las nanopartículas en los textiles funcionalizados no ocasiona transferencia ni cambio de color, es decir presentan una excelente solidez al sudor.
Tabla 2.4. Resultados de la prueba de solidez al sudor según Norma ISO 105/E04:2006
Evaluación
Testigo Multifibra
DW
Muestra textiles
No funcionalizada
20 g/L 40 g/L 60 g/L
Transferencia
de color
Di-acetato 5 5 5 5
Algodón blanqueado
5 5 5 5
Poliamida 5 5 5 5
Poliéster 5 5 5 5
Acrílico 5 5 5 5
Lana 5 5 5 5
Cambio de color 5 5 5 5
2.4.2. Pruebas físicas
La determinación de las pruebas físicas de un textil consiste en caracterizar completamente las características mecánicas que este posee.
En el presente trabajo se han evaluado las siguientes pruebas físicas de las
muestras textiles, según las normas indicadas (anexo III):
-Densidad del tejido: Norma ASTM D3775(2012)
-Gramaje del tejido: ASTM D3776 – 09a(2013)
-Resistencia del tejido: ASTM D5034 – 09(2013)
-Ligamento del tejido: NTP 231.141:1985(2010)
-Título del hilo: ASTM D1059 – 01(2010)
A continuación describiremos brevemente como se desarrollaron cada una de las evaluaciones:
Densidad del Tejido
Es la cantidad de hilos por unidad de longitud del tejido. El proceso para su determinación consistió en contar en número de hilos que están dentro de una pulgada o un centímetro lineal, haciendo uso del instrumento denominado
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Cuentahílos. En la figura 2.11, se puede observar el modo de empleo del instrumento.
Figura 2.11 Esquema del equipo Cuentahilos. (1) Lente de vidrio, (2) longitud de
medida y (3) tejido textil.
La tabla 2.5 muestra los resultados para los textiles evaluados, se puede observar que la cantidad de hilos de urdimbre permanece constante en todas las muestras de tela mientras que en el sentido de los hilos de trama hay un incremento de la cantidad de hilos (encogimiento en esa dirección) para las muestras funcionalizadas con nanopartículas de ZnO2.
Tabla 2.5. Resultados de la densidad del tejido para las muestras textiles
indicadas.
Muestras textiles
N° Hilos/pulgada
Urdimbre Trama
No funcionalizada
116 57
20g/L 116 59
40g/L 116 59
60g/L 116 60
Este ligero encogimiento observado es una propiedad típica del algodón que todos los usuarios de esta fibra han experimentado en la práctica, por lo que no podemos con certeza atribuirlo al proceso de funcionalización y al mecanismo que podría estar jugando las nanopartículas en él.
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Gramaje del Tejido
Este parámetro nos da información de la cantidad de masa textil por unidad de área. Las unidades que generalmente se usan son g/m2.
Para su determinación, se usó un Sacabocado, que es un instrumento que consta de cuchillas en la base, las cuales cortan el tejido en forma circular al presionar y girar el cilindro de presión (área de corte = 100 cm2). La figura 2.12 muestra el corte transversal de este equipo.
Figura 2.12 Esquema del corte transversal del Sacabocado, donde (1) cilindro de presión, (2) cuchillas, (3) tejido textil y (4) espuma. El área de corte del tejido indica el tamaño y forma de la muestra a utilizar.
La tabla 2.6 presenta los resultados obtenidos para las muestras textiles analizadas. Se observa que, el gramaje de las muestras se incrementa con el aumento de la concentración de la suspensión de nanopartículas de ZnO2.
Tabla 2.6 Resultados de gramaje (g/m2) para las muestras de textil indicadas.
Muestras textiles
Gramaje (g/m2)
No funcionalizada
265.87
20g/L 272.93
40g/L 275.00
60g/L 280.99
Este resultado podríamos fácilmente esperarlo considerando que al aumentar la concentración de nanopartículas de ZnO2 en la suspensión, aumenta la presencia de ellas en el textil y por lo tanto la masa de este se incrementa.
Resistencia del Tejido
Este parámetro representa la carga en libras o kilogramos que soporta el textil por unidad de longitud. Para la evaluación de la resistencia a la rotura y la elongación de los tejidos se utilizó el Método Grab (anexo III).
100 cm2
Área de
corte
1
1
2
1 3
1 4
1
20
Para estas evaluaciones se utilizó el dinamómetro Scott, donde la muestra de tela (4 x 6 pulgadas) se sujetó por dos mordazas (superior e inferior), ambas de 1 pulgada de ancho y distanciadas en 3 pulgadas. Al arrancar el dinamómetro con la palanca de marcha, las mordazas se desplazaron en sentido contrario, de tal manera que se ejerció una fuerza de tracción sobre el tejido. Cuando el tejido empezó a romperse, el dinamómetro se detuvo con la palanca de contramarcha, y tomó como medida (en el dial) la cantidad de libras que soportó el textil.
Figura 2.13 Esquema del dinamómetro Scott para medir resistencia a la ruptura y elongación de las telas. (1) Dial, (2) rachet, (3) contrapeso, (4) mordaza superior, (5) mordaza inferior, (6) tejido textil, (7) palanca de contramarcha y (8) palanca de marcha.
Los resultados de resistencia del tejido se muestran en la tabla 2.7. Se puede observar que para el sentido de la urdimbre, la relación resistencia/cantidad de nanopartículas es inversa. Así la muestra textil funcionalizada con una suspensión de concentración igual a 60 g/L tiene la menor resistencia. Por otro lado para el sentido de la trama se tiene un aumento de la resistencia para todos los textiles funcionalizados.
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Tabla 2.7 Resultados de la resistencia del tejido en la dirección de la urdimbre y la trama para las muestras indicadas.
Muestras textiles
Resistencia al tejido (kg/m)
Urdimbre Trama
No funcionalizada
745.41 608.92
20g/L 813.65 673.23
40g/L 801.84 666.67
60g/L 633.86 717.85
Este efecto podemos interpretarlo en conexión con los resultados obtenidos para la densidad del tejido, donde se observa el aumento de hilos de trama, lo que le conferiría mayor resistencia en esa dirección. Por otro lado en dirección de la urdimbre se observa que el textil funcionalizado con una suspensión de 20g/L presenta un aumento de la resistencia. Pero este valor disminuye sostenidamente a medida que aumenta la presencia de nanoparticulas en el textil. Esto podría deberse a que el ZnO2 afecta la fibra.
Ligamento del tejido
Determina la manera de entrecruzar los hilos (urdimbre), con las pasadas (trama) y cuyo conjunto de evoluciones se repite constantemente a lo largo y a lo ancho del tejido. Los ligamentos fundamentales son: tafetán, sarga y raso.
De la figura 2.14 se puede observar claramente que el ligamento de los textiles empleados es una sarga 3/1, lo que significa que la evolución del hilo es 3 tomados (hilo encima de la pasada) y 1 dejado (hilo debajo de la pasada).
Figura 2.14 (a) Esquema del ligamento sarga 3/1 en donde (1) hilos de trama y (2) hilo de urdimbre. (b) Micrografía electrónica de barrido del tejido utilizado en el presente trabajo.
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Título del hilo
Es una característica técnica que relaciona la masa por unidad de longitud o viceversa. Existen dos sistemas de numeración, el sistema Indirecto como los sistemas inglés (Ne) y métrico (Nm) y el sistema Directo, como los sistemas Denier (De) y Tex (tex).
El proceso para su determinación, consistió en deshilachar el tejido, luego se midieron y pesaron los hilos obtenidos.
La tabla 2.8 muestra los resultados de título del hilo para las muestras funcionalizadas analizadas. Se observa una mínima diferencia entre los títulos de los hilos de urdimbre de todas las muestras, aproximadamente entre los valores de 0.04 y 0.14. El título de los hilos de trama tiene la tendencia a disminuir conforme se incrementa la concentración de suspensión de ZnO2 impregnada al tejido textil.
Tabla 2.8 Título del hilo en sistema inglés (Ne).
La leve disminución del título de los hilos de trama podría deberse al incremento de la presencia de las nanopartículas de ZnO2. ya que estas al adherirse en la superficie de los hilos hacen que aumenten el peso y por tanto que el título sea más grueso.
2.4.3. Microbiológica
La funcionalización de los textiles fue medida a través de la norma AATCC – Método de prueba 100 (anexo III), la cual consistió en colocar un trozo de tela de 5 cm x 5 cm funcionalizado con nanopartículas de peróxido de zinc sobre una placa Petri estéril. Luego fue impregnado con 1 mL de la cepa problema a ensayar (Escherichia coli y Pseudomonas aeruginosa) a una concentración de 1,5 x 108 ufc (figura 2.15a). Un trozo de tela se sembró inmediatamente (tiempo cero) y el otro a las 24 horas de incubación a 37°C.
Después de la impregnación e incubación con la cepa a estudiar, el textil fue sometido a un lavado con 100 mL de agua destilada estéril (figura 2.15b). Luego se prepararon diluciones de 10-1 hasta 10-5 del agua de lavado, estas fueron sembradas en medio Agar Tripticase de Soya y se incubaron por 24 horas a 37°C. Finalmente se realizaron las lecturas correspondientes.
Muestras textiles
Título (Ne)
Urdimbre Trama
No funcionalizada
19.29 11.82
20g/L 19.38 11.62
40g/L 19.25 11.43
60g/L 19.11 11.42
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(a) (b)
Figura 2.15 (a) Tela impregnada con la bacteria problema. (b) Solución de lavado.
La figura 2.16 muestra los resultados obtenidos para las evaluaciones correspondientes a (a) Pseudomonas aeruginosa y (b) Escherichia coli. En ambos casos se presentan comportamientos análogos, es decir las muestras 1 y 2 (correspondientes al textil no funcionalizado y al funcionalizado con una suspensión de 20g/L de nanopartículas de ZnO2 respectivamente) mostraron desarrollo bacteriano, lo que en el caso de la Pseudomonas aeruginosa es muy notorio debido a la pigmentación verdosa de la bacteria, mientras para el caso de la Escherichia coli se observa en la foto sólo como una ligera opacidad.
Por otro lado para ambas cepas las muestras funcionalizadas con suspensiones de 40 y 60g/L de nanopartículas de ZnO2, no permiten el desarrollo de las bacterias.
Figura 2.16. Resultado de las placas para (a) Pseudonoma aeruginosa (b) Escherichia coli. En ambos casos las muestras (1) y (2) muestran desarrollo de las bacterias y las placas (3) y (4) muestran las bacterias no desarrollan.
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2.4.4. Morfológico
La información de la ubicación y distribución de las nanopartículas de ZnO2 en la superficie de las fibras textiles es de gran importancia para entender el comportamiento antimicrobiano que estas presentan. La figura 2.16 presenta las micrografías electrónicas de barrido para la muestra no funcionalizada (1) y muestras funcionalizadas con diferentes concentraciones de la suspensión de ZnO2, (2) 20g/L, (3) 40g/L y (4) 60g/L. Se puede identificar al ZnO2 como depósitos blancos distribuidos heterogéneamente en ciertas zonas de la superficie de la fibra. Notoriamente se puede reconocer que para el caso de mayor concentración, se observan encostrados de ~ 30 µm de tamaño.
Figura 2.16. Micrografías electrónicas de barrido para: (1) textil no
funcionalizado, (2) textil funcionalizado con una suspensión de 20g/L, (3) 40 g/L
y (4) 60 g/L.
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CAPITULO 3
CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS PARA TRABAJOS FUTUROS
Se sintetizó nanopartículas de ZnO2 por medio del método de sol-gel obteniéndose suspensiones a diferentes concentraciones. Estas contienen 2% de un tensoactivo que mejora las propiedades hidrofílicas de los textiles funcionalizados.
Los resultados de solideces o resistencia del color al lavado doméstico, frote y sudor muestran que la funcionalización con nanopartículas de ZnO2 no afecta el color del textil, es decir la evaluación antes y después de la aplicación son similares en cambio de color del textil y transferencia de color hacia otras fibras textiles adyacentes como el testigo multifibra o el testigo monofibra de algodón blanqueado.
La comparación de las propiedades físicas del textil funcionalizado con nanopartículas de ZnO2 versus el textil original en densidad, gramaje y resistencia muestran un incremento de cada uno los valores, significando esto un fortalecimiento del textil y no un deterioro del mismo.
La funcionalización del textil con nanopartículas de ZnO2 produce un cambio de color sobre el textil original, este cambio de color es previsible y usual en todas las aplicaciones de acabados textiles en la industria previéndose el mismo en el desarrollo del color.
Los textiles funcionalizados con la suspensión de nanopartículas de ZnO2 a concentraciones mayores de 40g/L, reducen 100% el crecimiento de las bacterias Pseudonoma aeruginosa y Escherichia coli, representando esto la muerte de las mismas.
De estos resultados podemos concluir que el ZnO2 en forma de nanopartículas se comporta como un agente antimicrobiano y antimicótico. Los valores de las MIC (concentración mínima inhibitoria) obtenidos para las cuatro cepas (Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus y Candida albicans) no son necesariamente los indicadores de las concentraciones de las suspensiones de las nanopartículas a emplear en un proceso de impregnación con foulard, dado que en el ZnO2 incorporado al textil después de la funcionalización modifica su concentración Sugerencias
Analizar la afección de la aplicación de las nanopartículas de ZnO2 en el grado de polimerización del algodón.
Verificar la resistencia de la funcionalización del textil con las nanopartículas de ZnO2 a los ciclos de lavados domésticos y comerciales.
Ampliar la investigación realizando pruebas de funcionalización sobre otros tejidos de material diferente al analizado, como por ejemplo 100% poliéster, mezclas de poliéster-algodón, viscosa-algodón, etc.