Ventajas de las fibras naturales vs las fibras sintéticas

Las fibras sintéticas se fabrican a partir de materias primas como el petróleo, a base de productos químicos o petroquímicos.

Estas fibras representan aproximadamente la mitad de todo el uso de fibra, con aplicaciones en todos los campos de la fibra y la tecnología textil, y se dividen en orgánicas e inorgánicas.

Muchas clases de fibra a base de polímeros sintéticos han sido evaluadas como productos comerciales potencialmente valiosos, tres de ellos son nylon, poliéster y acrílico, que dominan el mercado.

Los materiales sintéticos están hechos de plástico. Cuando el material se quema, se produce un derretimiento y goteo severo.

Los plásticos, y por lo tanto las telas sintéticas, pueden causar problemas de salud debido a los químicos de los que están hechos. Por ejemplo:

  • El rayón puede contener hidrocarburos clorados y dioxina, que se ha relacionado con la endometriosis.
  • El acrílico está hecho de acrilonitrilo, una sustancia química que se considera un probable carcinógeno humano provocando cáncer.
  • El poliéster se crea haciendo reaccionar ácido tereftálico etilenglicol, que se ha encontrado que en niveles bajos causa irritación respiratoria crónica.

Por otro lado, las fibras naturales no están hechas de productos químicos. Las fibras naturales orgánicas se cultivan sin tratamientos químicos y son una opción más saludable en la familia de las fibras naturales. Debido a la falta de productos químicos durante la producción, estas fibras no se han relacionado con problemas de salud.

A lo largo de los años, la utilización de los recursos naturales ha aumentado considerablemente y se está considerando la posibilidad de sustituir los materiales sintéticos. Esto ha hecho uso de fibras naturales como refuerzos en compuestos, y su uso tiene muchas ventajas sobre las fibras sintéticas.

Algunas de las ventajas que han hecho que los investigadores muestren interés en el uso de fibras naturales incluyen su biodegradabilidad, baja densidad, buena flexibilidad de procesamiento, etc.

Entre otras ventajas de las fibras naturales son:

  • Contribuyen al consumo del gas CO2.
  • La cantidad de emisiones de CO2 procedentes de la quema de fibras al final de su vida útil es neutra.
  • La baja naturaleza abrasiva de las fibras hace que su procesamiento sea más fácil y más reciclable.

Además de estas ventajas, existe la preocupación por el medio ambiente y la tasa de consumo de petróleo son otros factores que empujan al mundo a tener un mayor uso de los recursos naturales.

Algunos autores concluyen que, desde el punto de vista ambiental, las fibras naturales son superiores en la mayoría de los casos. Esto se justifica por las siguientes razones:

  • El procesamiento de las fibras naturales tendrá menos impacto en el medio ambiente.
  • Para una aplicación determinada, y para tener el mismo rendimiento, se requerirá un mayor porcentaje de fibras naturales en comparación con las fibras de vidrio.
  • Se logra una mejor eficiencia con la baja densidad de las fibras naturales. Por lo tanto, se emitirá menos contaminación durante la operación en las aplicaciones automotrices.
  • La energía consumida en el procesamiento de las fibras naturales es mucho menor que la de las fibras sintéticas como las del vidrio.
  • Además, las fibras naturales tienen otras ventajas comparables a las sintéticas, que incluye la disponibilidad, bajo costo, buenas características de aislamiento térmico y acústico, recuperación de energía, menor desgaste de la herramienta en las operaciones de mecanizado, degradabilidad y reducción de la irritación dérmica y respiratoria.

Entre otras ventajas de las fibras naturales se encuentran:

  • Capacidad de reducción del ruido
  • No abrasivo
  • No hay residuos cuando se incineran
  • Manejo totalmente seguro, sin irritaciones de la piel
  • Puede almacenarse durante largos períodos de tiempo
  • Absorción/desorción rápida del agua
  • Los cultivos se pueden utilizar para limpiar el suelo

Así mismo, las fibras naturales ofrecen varios beneficios económicos, técnicos y ecológicos sobre las fibras sintéticas en compuestos de refuerzo, y se muestra en la siguiente tabla:

ÁreaPropiedadesFibras naturalesFibras artificiales (vidrio)
EconomíaProducción mundial anual (toneladas310004000000
EconomíaCosto de la fibra0.5 – 1.51.3 – 20
TécnicosDensidadBajo (1.35 – 1.55)Alto (2.50 – 2.70)
TécnicosResistencia a la atracciónBajo (0.4 – 1.5)Alto (2 – 3.7)
EcológicoFuente renovableNo
EcológicoRiesgo para la salud cuando se inhalaNo
Nota. Fuente: (Puttegowda, Mavinakere, Jawaid, Basavegowda, & Saba, 2018)

Otra ventaja que ofrece las fibras naturales es que dan empleo a miles de personas que viven en las zonas rurales, donde la extracción la producción, el procesamiento y la exportación de fibras textiles naturales son vitales para las economías de muchos países en desarrollo como medio de vida para millones de pequeños agricultores y trabajadores de bajos ingresos.

Casi todas las fibras textiles naturales proceden de la agricultura y la mayoría se recolecta en países en desarrollo. Por ejemplo, más del 60% de algodón se cultiva en China, India y Pakistán. En Asia, el algodón es cultivado principalmente por pequeños agricultores y es fuente de ingresos para 100 100 millones de hogares rurales.

En India y Bangladesh, cerca de 4 millones de agricultores se ganan la vida en la en el cultivo del yute, que se utiliza para producir sacos, alfombras y tiendas de campaña. La competencia de las fibras textiles sintéticas ha erosionado la demanda de yute en las últimas décadas y, tras la recesión, la reducción de los pedidos de Europa y Oriente Medio podría reducir aún más la exportación de esta fibra natural.

Los países en desarrollo producen alrededor de 500.000 toneladas de fibra de coco al año. La fibra de coco fabrica cuerdas, redes, cepillos, felpudos, colchones y paneles aislantes.

Las fibras naturales tienen grandes propiedades que las han hecho interesantes para la industria automotriz: resistencia mecánica, bajo peso, costos accesibles.

En Europa, los fabricantes de automóviles utilizan esteras de abacá o más comúnmente, fibra de cáñamo, para producir paneles termoplásticos moldeados a presión, estanterías, respaldos, pantallas de motores y reposacabezas.

La baja densidad de las fibras textiles naturales también reduce el peso del vehículo y el consumo de combustible.

La industria de la construcción también centra su atención en las fibras textiles naturales para crear una amplia gama de productos: paredes estructurales ligeras, materiales aislantes, revestimientos para suelos y techos.

En Brasil ya se fabrican bloques de hormigón reforzado con fibra de sisal. En Europa, la fibra de cáñamo y otras fibras naturales, se utilizan en el hormigón y también para producir paneles con la mitad del peso de los tablones de madera.

Las fibras naturales son la pieza central de un movimiento de moda que tiene diferentes nombres: sostenible, verde, ético. Las materias primas preferidas incluyen fibras como el lino y el cáñamo, que se pueden cultivar sin productos agroquímicos (pesticidas, fertilizantes, etc.) y producen prendas que son duraderas, reciclables y biodegradables.

Sin embargo, las fibras naturales tienen algunas desventajas como:

  • Alta absorción de humedad
  • Pobre resistencia microbiana
  • Variaciones de calidad locales y estacionales
  • Menor durabilidad
  • Poca resistencia al fuego
  • Ciclos de la demanda y la oferta

Por lo tanto, la implementación de fibras naturales en la industria del plástico mejoraría dramáticamente proporcionando una fuente renovable de materiales para garantizar el suministro de recursos a largo plazo. Sin embargo, reemplazar las fibras sintéticas por las naturales sigue siendo un desafío.

Tipos de fibras naturales

Se conoce como fibra natural a cualquier tipo de fragmento parecido a hebras o cabellos, cuyo origen está en la naturaleza, pueden convertirse en telas no tejidas como fieltro o papel o, después de hilar en hilos, en telas tejidas.

La utilidad de una fibra para fines comerciales está determinada por propiedades tales como longitud, resistencia, flexibilidad, elasticidad, resistencia a la abrasión, absorbencia y diversas propiedades superficiales.

Los primeros textiles fueron hechos de fibras naturales. Actualmente, más de la mitad de las fibras producidas cada año son fibras naturales, y la mayoría de ellas son algodón. Las fibras naturales se utilizan para ciertos productos, como el cordaje y alfombras.

A lo largo del tiempo, se vuelven biodegradables y se pueden clasificar según su origen en:

Fibras vegetales: semillas (algodón, algodoncillo), hojas (sisal, ábaco, plátano, agave), estopa (yute, lino, kenaf, cáñamo), frutas (coco, palma de aceite), caña o hierba (bambú, bagazo).

Fibras animales: generalmente se componen de proteínas como colágeno, queratina y fibroína. Se clasifican en lana o pelos de animales (alpaca, lana de angora, bisonte, camello, cachemira, mohair, pelo de cabra, pelo de caballo, lana de cordero, qiviut, lana de yak, etc.), fibras de seda (capullos de seda de morera, polillas de seda tussah, seda de araña) y fibra de queratina (plumas de aves y gallinas).

Fibras minerales: incluyen el grupo del asbesto (crisotilo, amosita, crocidolita, tremolita, antofilita y actinolita), brucita fibrosa y wollastonita.

Fibras vegetales

Las fibras a base de plantas o vegetales son las fibras naturales más utilizadas, debido a su renovabilidad y fácil disponibilidad más, mientras que las fibras animales y las fibras minerales tienen un uso mínimo. Algunas de las fibras vegetales importantes son el sisal, yute, kenaf, cáñamo, coco, plátano y bambú.

  • Fibra sisal

La fibra sisal pertenece a la familia de la planta Agave Sisalana, actualmente se cultiva en países como México, Brasil, Haití, India e Indonesia. Cada hoja de esta planta tiene cerca de 1000 haces de fibra, de los cuales sólo el 4% se utiliza como fibras. En la madurez de la planta, las fibras son tomadas de las hojas por un proceso de decorticación manual o mecánico.

Esta fibra tiene algunas ventajas ecológicas como baja densidad, disponibilidad más barata y buena resistencia específica, que las hacen adecuadas para su uso como refuerzo en compuestos, y para aplicaciones en la fabricación de tejas, alfombras, artículos de lujo como carteras, colgaduras de paredes y piezas de automóviles.

  • Fibra yute

El yute es una de las fibras más importantes del líber, pertenece al género Corchoruscapsularis/Corchorusolitorius, cultivado principalmente en países como Bangladesh, India, Tailandia y China.

También se llama «Fibra de Oro», tiene excelentes características como alta capacidad de absorción de humedad y disponibilidad más barata en la naturaleza. Las fibras se pueden extraer de la planta de yute mediante un proceso de retting.

  • Fibra kenaf

Kenaf es una de las fibras de líber más importantes disponibles comercialmente y más baratas de la familia de las Malvaceae y del género Hibiscus cannabinus. Se cultiva principalmente en los países de Asia, África, América y Europa.

Es una fibra fuerte, dura, algunas de las propiedades de esta fibra incluyen una disponibilidad más barata, peso ligero, biodegradabilidad, renovabilidad, altas propiedades mecánicas específicas y su resistencia al daño de los insectos, lo que requiere un menor uso de plaguicidas.

Hoy en día, las fibras de kenaf se utilizan como materiales de refuerzo en compuestos de polímeros, principalmente debido a su baja densidad, y se utilizan en aplicaciones como la producción de cuerdas, fabricación de papel, artículos deportivos, el sector automotriz, etc.

  • Fibra cáñamo

El cáñamo es una de las fibras ecológicamente amigables más antiguas y se obtiene del tallo de la planta, es originario de Asia Central y Europa Central.

Como las fibras de cáñamo se obtienen del tallo de la planta, por lo tanto, son generalmente fuertes y rígidos en la naturaleza y son un refuerzo adecuado para ser utilizado en materiales compuestos.

  • Fibra de coco

El coco es una fibra de fruta barata, se cultiva en países tropicales como Indonesia, Filipinas, India, Brasil, Tailandia, Vietnam y Malasia. El fruto de coco contiene una cáscara interna dura y en su cáscara exterior un material fibroso, este material fibroso se extrae ya sea por deshuesado manual o por una máquina de trituración.

Las fibras de coco se utilizan en varias aplicaciones que incluyen la fabricación de tableros de construcción, láminas para techos, paneles de construcción, tableros de aislamiento, y también se utiliza en compuestos reforzados con fibra.

  • Fibra de plátano

El plátano es una de las plantas más antiguas del mundo y pertenece a la familia de las Musaceae. La fibra se extrae generalmente de los residuos producidos durante el cultivo.

Estas fibras tienen mayor resistencia a la tracción y módulo, baja densidad, alta calidad de absorción de humedad, buena calidad de resistencia al fuego, peso ligero y bajo alargamiento en la rotura, por lo que es adecuado utilizarlo en compuestos.

También se utiliza ampliamente en el campo de la construcción, los sectores automovilísticos y en la fabricación de piezas de maquinaria.

Además, la fibra del plátano tiene un alto contenido de celulosa, lo que la hace un agente de refuerzo más útil en compuestos.

  • Fibra de bambú

El bambú es uno de los cultivos más importantes de la familia de las Bambusoideae, y se utiliza ampliamente como material de refuerzo fuerte en materiales compuestos para aplicaciones estructurales.

El bambú se produce principalmente en Asia y América Central y del Sur. Se obtienen en dos formas diferentes, por un proceso mecánico sin ningún método químico y la otra forma mediante análisis químico utilizando un proceso de hidrólisis alcalina para producir fibras.

Entre sus características, se encuentran peso ligero, alta resistencia, biodegradabilidad, también las raíces y hojas mantienen el suelo unido, y a su vez protegen contra el sol, por lo que es un material adecuado para compuestos poliméricos.

Algunas de las aplicaciones de los compuestos de fibra de bambú incluyen suelos de techo y autobuses, la producción de muebles, uso en artículos decorativos y artículos deportivos, etc.

Fibras animales

Las fibras animales son las segundas fibras naturales más utilizadas después de las fibras vegetales, generalmente están compuestas de proteínas, y pueden ser potenciales refuerzos en compuestos.

Estas fibras provienen de animales portadores de lana, como ovejas y cabras o de animales portadores de pieles, como conejos, visón y zorro, y también de animales invertebrados, como el gusano de seda.

Es importante señalar que las fibras animales que se extraen de distintos animales suelen tener diversas propiedades, además, los tipos de fibras también pueden variar de una especie a otra. Por ejemplo, cotswold y merino son diferentes tipos de lana, extraídos de especies diferentes de ovejas; el primero es una lana de textura gruesa mientras el otro es de textura suave.

La fibra de lana es una fibra textil obtenida de diferentes animales, su estructura es compleja y se compone de cutícula, corteza y tejidos medulares.

Las propiedades de las fibras de lana difieren entre sí. La fibra de alpaca es una fibra más ligera y cálida en comparación con la fibra de oveja, y es casi de color blanco, mientras que la fibra de angora obtenida del conejo es una fibra fina y suave. La fibra de cachemira obtenida de la cabra es una lujosa fibra de lana suave, y la lana quiviut obtenida del buey almizclero es una fibra suave más costosa.

Aunque dichas fibras poseen varias propiedades, la fibra de oveja es la fibra más utilizada debido a su mayor disponibilidad y precio más barato. Éstas se producen principalmente en países como Australia, Nueva Zelanda y China.

La lana de desecho puede utilizarse como refuerzo o relleno en compuestos para diversas aplicaciones en lugar de lana pura debido a su alto costo.

La seda es otra importante fibra proteica natural obtenida de diversas fuentes que se puede tejer en textiles. Las fibras se obtienen de varios insectos, y la mayor parte de la seda se produce a partir de las larvas de especies de mariposas, la seda Mulberry (Bombyx mori) a partir de gusanos de seda y seda de draga (Nephila) a partir de araña.

Las plumas de pollo se encuentran en los vertebrados. Tienen una estructura más compleja, se forman en pequeños folículos en la capa externa de la piel de pollo, y poseen 91 % proteínas de queratina, 1 % de lípidos y 8 % de agua.

Las plumas de pollo poseen algunas propiedades únicas como baja densidad, y excelentes características de aislamiento térmico y acústico.

Finalmente, las fibras vegetales o animales son de mucha ayuda para reforzar los compuestos, para seleccionar cualquiera de ellas, tomar en cuenta para que se las necesita y su precio.

Cómo identificar las fibras naturales

La identificación de fibras es una tarea importante en la predicción del comportamiento de un textil en diferentes ambientes; además, ayuda en la planificación de tratamientos de conservación y/o métodos de almacenamiento adecuados.

Existen varios factores que pueden dificultar la identificación de las fibras presentes en un objeto textil, por ejemplo: el mal estado de un textil puede impedir la identificación de las fibras, los hilos de una combinación de dos o más fibras pueden dificultar la identificación de resultados mediante la prueba de quemado.

Las fibras se identifican mediante uno o varios métodos de ensayo combinados, como el aspecto físico, el ensayo de combustión, el análisis microscópico, el ensayo de solubilidad, el ensayo de tinción y el análisis de la propiedad física.

A continuación, se especifican métodos para la identificación de fibras:

Identificación por apariencia física

Se puede decir que la manera más simple de identificar una fibra es mirarlo. Como las apariencias físicas de las fibras difieren entre sí, puede dar una indicación preliminar para la identificación de la fibra. Este método es subjetivo, sin embargo, y a menudo no es suficiente para una identificación completa.

Prueba de combustión

La prueba de combustión es el primer paso en la identificación de la fibra. Este ensayo se basa en el comportamiento de la fibra cuando se expone a una llama, en función de la composición química de la fibra.

En este método, una pequeña muestra de fibra se mantiene con unas pinzas durante aproximadamente 10 en la llama de un quemador y luego se retira. El comportamiento de la fibra a la llama ya sea que se quema, se encoge, forma cualquier cordón, el tipo de olor emitido, la naturaleza de la ceniza remanente, ayuda a identificar el tipo de la fibra.

La prueba es subjetiva, destructiva, consume una cantidad considerable de material y puede producir vapores tóxicos.

Análisis microscópico

El análisis microscópico es indispensable para la identificación positiva de varios tipos de fibras celulósicas y animales, y también para distinguirlas de las fibras artificiales. Las características distintivas de cada fibra, aunque no son suficientes para la identificación confirmatoria, ayudan a clasificarlas en el grupo correcto.

Las características incluyen la forma longitudinal, la regularidad del diámetro y cualquier característica distintiva. Pero a veces, las diferencias morfológicas entre algunas especies no son suficientemente distintivas para una identificación precisa ya que la naturaleza tiende a utilizar el mismo repertorio de células en la construcción de las fibras de diferentes plantas.

La microscopia seguirá siendo un aspecto importante del examen de fibras, principalmente para fibras vegetales y animales. Este método aplica varios microscópicos tales como microscopio de luz, estereomicroscopia, microscopia electrónica de barrido y microspectroscopia infrarroja.

Un microscopio estereoscópico puede registrar características de fibra tales como tamaño, pliegue, color y brillo.

Prueba de solubilidad

Las pruebas de solubilidad fueron ampliamente utilizadas para la identificación de fibras antes del desarrollo de métodos instrumentales modernos. Los tipos de fibras genéricas se identifican por la solubilidad de las fibras en diversos reactivos y comparando los datos con la solubilidad conocida de varias fibras.

La reactividad de las fibras textiles a diversos disolventes es diferente dependiendo de la composición química de las fibras. Se puede seleccionar un disolvente adecuado para cada fibra que disuelva únicamente esa fibra. Por lo tanto, las fibras que son solubles pueden distinguirse de las que no lo son.

Los disolventes de uso común son: ácido sulfúrico, hipoclorito de sodio, hidróxido de sodio y cuprammonio.

Las pruebas de solubilidad son fáciles de realizar y se pueden realizar en tubos de ensayo a escala macro o en el escenario de un microscopio. En el método del tubo de ensayo, se coloca un pequeño mechón de fibra en un tubo de ensayo que contenga el disolvente adecuado de la fibra.

Para cada prueba de solubilidad, se utilizará una muestra nueva a fin de evitar cualquier riesgo de efectos de daño acumulativos. Tener mucho cuidado para asegurar que los disolventes orgánicos corrosivos o duros no contaminen ninguna de las partes ópticas y mecánicas del microscopio.

Prueba de tinción

En este método, se tiñe un pequeño mechón de fibras con una mezcla de colorantes durante 1 a 5 minutos y se lava bien. Las fibras coloreadas se comparan con las muestras teñidas conocidas o se observan cuidadosamente para identificar la fibra.

La composición química y la reactividad de los compuestos naturales difieren entre sí, lo que los lleva a tener una afinidad particular para tipos específicos de colorantes.

La principal limitación de la prueba de tinción es que las muestras de fibra deben estar sin teñir (las muestras de color pálido son a veces utilizables), mojables y libres de cualquier acabado superficial.

Las fibras teñidas deben ser despojadas con agentes reductores u oxidantes fuertes. También cualquier daño químico a la fibra puede afectar al color de la fibra producida. Sin embargo, las pruebas de tinción pueden ser muy útiles, especialmente si se combinan con un examen microscópico ligero.

Identificar cationes a partir de propiedades físicas

Se comparan diversas propiedades físicas de fibras desconocidas como la densidad, la recuperación de humedad, el índice de refracción y la birrefringencia con las normas de referencia a partir de las cuales se identifican las fibras.

  • Método gravimétrico (densidad)

Las fibras tienen diferentes densidades de acuerdo con el polímero del que están hechas y esto se puede utilizar como una prueba de diagnóstico. En general, las densidades de las fibras textiles naturales oscilan entre 1,3 (lana) y 1,6 g/cm 3 (seda ponderada), que pueden utilizarse para confirmar la identidad de una fibra.

Existen tres métodos: columna de gradiente de densidad, picnómetro y una técnica basada en el principio de Arquímedes; el método más sencillo de utilizar es la columna de gradiente de densidad.

El método gravimétrico requiere una muestra muy pequeña y el color de la fibra no interfiere con el ensayo. Además, este método es aplicable a todos los tipos de fibra.

Sin embargo, deben evitarse las posibles interacciones (principalmente sorción o hinchazón) entre el líquido y la fibra, así como las burbujas de aire atrapadas, ya que éstas conducen a un cambio en la densidad.

  • Recuperar la humedad

Diferentes fibras textiles pueden absorber y retener diferentes cantidades de humedad de la atmósfera dependiendo de la estructura química. La medida estándar de la humedad oscila entre el 8,5% (algodón) y el 18,25% (lana).

  • Otras propiedades físicas

Existen otras propiedades que no han sido reconocidas para la identificación de la fibra como: resistencia a la atracción, módulo y punto de fusión.

En conclusión, es fundamental conocer cómo se identifican las fibras ya que es un factor muy importante para la investigación y el desarrollo. Al identificar fibras por diferentes pruebas, conocemos la composición física y química de varias fibras que ayudarán a una aplicación correcta.

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