Determinación de Absorción de Humedad en Fibras Naturales

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

DETERMINACIÓN DE ABSORCIÓN DE HUMEDAD EN FIBRAS NATURALES

I.

OBJETIVOS  Determinar  Comparar

II.

el grado de absorción de humedad de las fibras naturales.

el porcentaje de absorción de humedad de las fibras naturales.

MARCO TEORICO 2.1.

Definición de capacidad de absorción

La capacidad hidroscopia en las fibras naturales es altamente diferencial en los diferentes tipos de fibras, estas fibras se pueden diferenciar entre las fibras proteicas, celulósicas y acrílicas. De acuerdo a la capacidad hidroscopia de la fibra estas adquieren características únicas, lo que les puede permitir mejores condiciones frente a otras fibras de acuerdo a l grado de absorción de agua de esta. Un alto porcentaje de absorción de humedad de la fibra le puede permitir una mayor duración de la fibra, mejor palpabilidad: la fibra absorbe 8.0 a 8.5 % de la humedad del aire cuando el clima es normal, el 32% cuando la humedad relativa es 100%. Absorción de humedad del algodón esta entre 24 y 27% a 95% de humedad relativa (gil, 2010).

2.2.

LA FIBRA DE ALPACA

2.2.1. Propiedades de la fibra de alpaca alpaca Es importante conocer las propiedades químicas, físicas y mecánicas de la fibra para saber cómo influyen en el proceso de lavado. Existe poca información al respecto, en relación a la fibra de alpaca, pero, tiene cierta similitud a la lana, por ello se complementa con información de la lana. l ana.

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2.2.2. Propiedades químicas Acción del agua en la lana Los enlaces iónicos entre los grupos terminales de aminoácidos ácidos (COO-) y básicos (NH3+) de las cadenas laterales contribuyen, junto con los enlaces de hidrógeno, a estabilizar la estructura de la queratina seca, mientras que ambos tipos de enlace se van rompiendo a medida que la queratina absorbe agua (hasta un 34% de su peso en seco). Los enlaces desulfuro no se ven afectados por la presencia de agua, mientras que los enlaces hidrofóbicos entre cadenas apolares tienen lugar, únicamente en presencia de un elevado contenido en agua. (Makinson 1975; citado por Canal, 2005). La fibra se vuelve más susceptible al daño químico en medio acuoso, debido a que las cadenas proteicas pueden ser ionizadas y atraer pequeñas moléculas de ácidos y álcalis. Las condiciones alcalinas son más dañinas que las condiciones ácidas. Dado que las lanas bien lavadas en un medio alcalino débil poseen un pH de extracto acuoso entre 9 y 10, y que la temperatura no suele superior a 50ºC, durante esta operación no se puede producir una alteración significativa de la fibra (Cegarra, 1997).

Acción de los álcalis en la lana Los álcalis actúan principalmente sobre la queratina hidrolizando la cadena polipeptídica, atacando algún resto aminoácido y creando nuevos enlaces transversales (Gacén, 1989). Las proteínas que contienen cistina son especialmente sensibles, debido a la reacción de los enlaces desulfuro con el álcali (Maclaren y Milligan, 1981; citado por Vilchez, 2005). Cuando la lana es atacada por los álcalis se produce una pérdida de resistencia, su color tiende amarillear, el tacto es más áspero, depreciándose su calidad comercial. Por ello, en todos los procesos en medio alcalino, las condiciones deben ser controladas para evitar un ataque de la fibra fuera de los límites aceptados (Cegarra, 1997). La acción de los álcalis sobre la cistina conduce a la formación de otro aminoácido, la lantionina, que se produce a través de varias reacciones intermedias, según un mecanismo de eliminación (Figura 1) Esta conversión se inicia a pH 4 a la temperatura de ebullición y a un pH 10 a la temperatura de 45ºC y en un tiempo relativamente corto, se acentúa la conversión de cistina en AZUGARAY MAURICIO YOLANDA

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lantionina, aumentándose con la presencia de electrolitos. De otra parte, la presencia de los agentes tenso activos también influye, de forma que los aniónicos tienden a disminuir ligeramente la conversión de la cistina en lantionina, los catiónicos la aumentan y los no iónicos no la alteran (Cegarra, 1997). El hecho de que lanas lavadas en estas condiciones presenten grados significativos de alteración hay que buscarlo en el efecto de la temperatura, bien por un defecto de control durante el lavado o porque la temperatura de la secadora, trabajando en línea con la máquina de lavar, sea excesiva (Cegarra, 1997). La cisteína de la lana, en medio débilmente alcalino, se comporta como un ión mercapto; este ión, bajo condiciones alcalinas muy suaves reacciona con la cistina produciendo un intercambio de iones mercapto. El nuevo ión mercapto puede reaccionar con otro puente disulfuro sucesivamente (Figura 2) (Zhan y Col, 1958; citado por Cegarra, 1997). Dado que la mayor parte de la cistina de la lana está en forma de enlace intermolecular, mediante las reacciones anteriores que se originan en condiciones muy suaves, se crean nuevos puentes disulfuro que producen una mayor estabilización de la lana (Cegarra, 1997).

2.2.3. Propiedades físicas Las propiedades físicas de las fibras queratínicas dependen de forma marcada de su contenido de agua absorbida, lo que se cumple tanto para la cutícula como para el resto de la fibra. El agua actúa como plastificante, puesto que reduce las interacciones entre grupos ácidos y básicos por rotura de puentes de hidrógeno, reblandeciendo por tanto la queratina. De todos modos, los enlaces disulfuro previenen la disolución de la fibra y limitan mucho su reblandecimiento (Canal, 2005).

Afieltramiento El afieltramiento únicamente tiene lugar en las fibras de lana y otras fibras animales y es de carácter irreversible y progresivo. Es un proceso de compactación y enmarañamiento de fibras que tiene lugar bajo agitación mecánica, fricción y presión en presencia de calor y humedad (Canal, 2005). Las escamas forman una estructura tipo rastrillo que origina un efecto de fricción AZUGARAY MAURICIO YOLANDA

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direccional

que

tradicionalmente

se

ha

considerado

el

causante

del

afieltramiento (Feughelman, 1997; citado por Canal, 2005). (Feughelman, 1997; citado por Canal, 2005). Las fibras de alpaca se a fieltran bastante pronto pero más lento que las lanas medias del mismo diámetro, ello debido a que la fibra de alpaca es más dura y rígida. La habilidad para abatanarse depende principalmente en el diferente efecto de fricción de las escamas, de la superficie, y también está influenciada por la rigidez y la elasticidad de la fibra. Las escamas tienen márgenes sobresalientes hacia la punta de la mecha y cuando se rozan de la raíz a la punta ofrecen poca resistencia. Pero rozando en la dirección contraria de la punta a la raíz, la resistencia es mayor (Figura 3) (Von Bergen, 1963; Leyva, 1979). La altura promedio de las escamas de la fibra de al paca con un diámetro mayor a 19 μm es aproximadamente 0,4 μm, mientras que para la lana de una finura similar es alrededor de 0,8 μm (Phan 1988, citado por Liu et al., 2009). Obviamente, este menor contorno de las escamas resultará en pequeñas diferencias entre los coeficientes de fricción en contra de las escamas y a favor las escamas, en el caso de la fibra de alpaca que las correspondientes diferencias para la lana. En general, el afieltramiento es una forma de enmarañamiento producida por el persistente movimiento de las fibras individuales, lo cual causa un efecto friccional direccional de la fibra = 1-2, donde 1 y 2 son los dos principales coeficientes de fricción, los que van de la raíz a la punta de la fibra. (Con la escama, μ1) y los que van de la punta a la raíz (contra la escama, μ2), el valor de μ2 siempre es mayor que μ1. Se han reportado en promedio una diferencia de 0,20 para la alpaca Huacaya, de 0,16 para la alpaca Suri, y de 0,4 para la lana. En adición, al reducirse el grosor de la cutícula, la rigidez de la unión de la fibra adición, al reducirse el grosor de la cutícula, la rigidez de la unión de la fibra puede reducirse. Para la fibra de alpaca, la frecuencia de las escamas es mayor, 9 escamas por cada 100 μm, mientras que para la lana es de 4 escamas por cada 100 μm. Esto resulta en una superficie más suave para la fibra de alpaca que para la lana (Liu et al., 2009). Las fibras de alpaca tienen una mayor frecuencia de escamas que la lana y sabiendo que el levantamiento de las escamas se produce cuando las fibras están mojadas, porque hay más puntos de contacto fibra / fibra. Esto podría AZUGARAY MAURICIO YOLANDA

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explicar, en parte, la alta propensión de la fibra de alpaca de a fieltrarse (Liu et al, 2009).

Higroscopicidad: La higroscopicidad se define como la capacidad que poseen todas las fibras textiles para absorber agua de la atmósfera que la circunda, de retenerla tenazmente y de eliminarla (Hellman, 1965; citado por Leyva, 1979). El poder higroscópico de la lana le permite absorber hasta un 30 % de humedad ambiente sin mojarse e impide la electricidad estática (De Gea, 2004). Los poderes de absorción de humedad por la fibra de alpaca son similares a los de la lana (Von Bergen, 1963; citado por Leyva, 1979). Se observó que la grasa o suarda actúa como una funda de la fibra, para protegerla e impedir la penetración de la humedad, se comprobó que una vez lavada, denota higroscopicidad con mayor intensidad (Rohde, 1965; citado por Leyva, 1979). La tasa de humedad ha de tenerse muy en cuenta para determinaciones de la resistencia, elasticidad o extensibilidad, ya que puede verse seriamente modificada, por lo que se ha de trabajar siempre con tasas normales de humedad. Por la misma razón y ante los aumentos de peso por absorción de agua en medios atmosféricos húmedos, la determinación del rendimiento ha de hacerse a una temperatura de 21ºC y humedad relativa del ambiente del 65%. Para poder observar y entender la compleja estructura de la fibra de lana es interesante ver la descripción mediante un diagrama extendido de las diferentes capas. En las imágenes siguientes se observan dos fotografías obtenidas con microscopio electrónico que muestran el exterior (figura 2.1) y la sección transversal de una fibra de lana (figura 2.2). Por otra parte, podemos ver una vista expandida de la fibra que muestra los niveles de su estructura interior.


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Figura 2.2 Imagen corte transversal. Muestra la cutícula y las células del Orto-córtex y del Para córtex La fibra de lana es la más higroscópica que se conoce, posee la cualidad de que al ser el córtex más higroscópica que la cutícula, puede contener la fibra hasta un 25% de humedad sin que la encontremos húmeda. Podemos decir que la lana es a la vez hidrófoba (en su superficie) e hidrófila (en la parte interna de la fibra).Existen dos clases de H2O absorbida por la fibra que son:

H2O de Imbibición: Es el agua que moja que no está combinada a la WO, dicha humedad puede ganarse o perderse sin cambiar la estructura química de la materia que compone la WO.

H2O de hidratación: Es agua combinada químicamente a la fibra de WO y que se pierde cuando se sobrecalienta la fibra, esta no es recuperable totalmente, y la pérdida de esta produce daños a la fibra pierde suavidad y elasticidad. El contenido en agua de la fibra de lana puede expresarse de dos distintas maneras:

Reprise o tasa a dicha cantidad de humedad: Es la cantidad de agua que puede absorber 100 partes de materia completamente seca.

Porcentaje de humedad de la fibra: Es el porcentaje de humedad que contiene, retiene el agua hasta el 40 ó 45% de su peso. Cuesta secarse. Esta capacidad de absorción de agua por la fibra no significa que se humedece, el agua no se adhiere a la superficie de la lana sino que se introduce en la fibra, sufriendo una poderosa retención. Lana aparentemente seca al aire puede contener un 15% de agua . La lana absorbe agua hasta el 50% de su propio peso sin que se produzcan escurrimientos. Con AZUGARAY MAURICIO YOLANDA

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el fin de evitar fraudes, generalmente el grado de humedad que se admite suele fluctuar, según países, entre el 12% y el 16%. La fibra de lana ideal para la industria tendría que ser fina, larga, resistente, elástica y poco higroscópica, aunque estas cualidades, debido a las correlaciones negativas existentes entre ellas, son difíciles de conseguir conjuntamente por selección (Daza, 1996). Desde el punto de vista de la industria y su comercialización, las características de la fibra en función del orden en el procesado de la lana, son (Atkins, 1997):Contenido de Humedad (CH) A partir de la muestra de guadua inicial se obtiene 7 probetas a las cuales se les inicia el proceso de determinación del contenido de humedad para lo cual se midió el peso inicial de la probeta, el peso en verde y en estado anhidro datos se pueden observar en la Tabla El cálculo para obtener el contenido de humedad (CH) se realiza a partir de la Ecuación 100 partes de una determinada lana como se presenta en el ambiente.

2.3.

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS TEXTILES DE LA LANA Y SU SIGNIFICADO

La lana tiene características textiles que la convierten en una materia prima inigualable para lograr productos de alta calidad. Veamos cuáles son:

2.4.

ABSORCIÓN DE HUMEDAD

Esta es una de las mayores ventajas de la fibra de lana para con sus competidoras, debido a que es capaz de absorber hasta un 30% en peso de vapor de agua, sin tener la sensación que esté húmeda. Las moléculas de agua se absorben y quedan alojadas en la propia estructura de la fibra y durante este proceso se libera calor (energía). Por lo tanto en condiciones de frío y humedad una prenda de lana es cálida porque está generando calor, además del resto de sus propiedades particulares de aislación térmica. Contrariamente bajo condiciones ambientales cálidas y secas, al perder vapor de agua hacia el ambiente absorbe calor del cuerpo humano y el tejido nos otorga sensación de frescura. Los tejidos de lana actúan como amortiguadores sobre las condiciones ambientales. Un ejemplo también son las alfombras de lana y revestimientos de interior y tapicería que, absorben rápidamente la humedad producida por la ocupación humana.


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Mojarse y "erizarse" (repele el agua líquida) Aunque la lana absorbe fácilmente el vapor de agua, la lana limpia tiene incluida una capa muy delgada de material ceroso sobre la superficie de la fibra que actúa como un repelente superficial de líquidos. Este comportamiento hidrófobo inhibe también el "erizado" por presencia de agua líquida en la lana, y se mantiene con una cálida apariencia en el tejido.

Conducción de calor/ Aislación Térmica La habilidad de la lana de "aislar" al usuario del frío es debido al volumen que su rizo imparte a una prenda de lana y qué permite atrapar el aire dentro de su estructura. Los vestidos de lana son más abrigados en invierno y más frescos en verano debido a la aislación térmica que ellos proporcionan y sus propiedades de absorción de agua.

2.5.

TIPO DE MATERIAL

Los nylones son muy higroscópicos, el grado de absorción de agua disminuye con el incremento de hidrocarburos en la longitud de la cadena del polímero. El agua tiene un efecto plastificante, la cual causa una pérdida en la resistencia a la tensión, pero incrementa la resistencia al impacto. La velocidad de absorción de humedad varía con el espesor y la forma de la pieza. Los nylones, ya sean en forma de gránulos (pellets), fibra o película, siempre tenderán a adquirir un contenido equilibrado de humedad y este equilibrio dependerá de la temperatura, la humedad del medio ambiente y el área o volumen. En la siguiente tabla se muestra una comparación de la facilidad de absorción de humedad bajo las mismas condiciones, de los diferentes tipos de nylones.


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III.

MATERIALES Y METODO 3.1. Material de proceso pelo de cabra pelo de vaca fibra de alpaca pelo de oveja agua

3.2.

Equipos estufa campana de desecación balanza analítica

3.3.

Otros reloj

3.4.

Metodología

Para la medición del porcentaje de absorción de humedad, se tomó una muestra de 5 fibras, las cuales fueron pesadas individualmente en una balanza analítica, que luego fueron sometidas a un proceso de secado colocándolas en una estufa a una temperatura de 57°C. Posteriormente, se colocaron las muestras en una campana a 100% de humedad relativa durante 24 horas, para ser pesadas nuevamente y registrar su peso en el punto de saturación. La fórmula empleada para calcular el porcentaje de absorción fue la siguiente: %  =

ℎ −  ∗ 100 ℎ

Donde:  

ph: peso en gramos de la fibra en humedad ambiente(60% humedad relativa) ps: peso en gramos en el punto de saturación de la fibra.


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IV.

RESULTADOS Cuadro 1. Resultados para la determinación del % de absorción de agua

Muestra

Placa (g)

W W ESTUFA placa inicial( W % W + g) final Hume muestra muest dad + Placa muest ra (g) (g) ra (g)

HIDRATACIÓN W final W % muestra muestr Absorción a dsp + Placa de H2O (g) dsps 24 h 24 h

Pelo de cabra Pelo de vaca Pelo de alpaca Pelo de llama Lana de oveja negra Junco Yute Hilo de lana de oveja Lana Industrial Algodón con poliéster

V.

29.7166 32.7131 31.5515

29.9035 32.7186 31.9702

0.1869 0.0055 0.4187

29.8870 32.7152 31.9362

0.1704 0.0021 0.3847

8.8283 61.8182 8.1204

29.9215 32.7253 32.2156

0.2049 0.0122 0.6641

16.8375 82.7869 42.0720

29.5628 30.5250

29.5780 30.7653

0.0152 0.2403

29.5743 30.7428

0.0115 0.2178

24.3421 9.3633

29.5859 30.8498

0.0231 0.3248

50.2165 32.9433

32.7076 32.2746 31.4984

32.7888 32.3564 31.6742

0.0812 0.0818 0.1758

32.7822 32.3507 31.6606

0.0746 0.0761 0.1622

8.1281 6.9682 7.7361

32.8692 32.3794 31.7203

0.1616 0.1048 0.2219

53.8366 27.3855 26.9040

32.7477

32.7680

0.0203

32.7644

0.0167

17.7340

32.7683

0.0206

18.9320

30.7404

30.7582

0.0178

30.7553

0.0149

16.2921

30.8037

0.0633

76.4613

DISCUCIONES 

Los poderes de absorción de humedad por la fibra de alpaca son similares a los de la lana (Von Bergen, 1963; citado por Leyva, 1979), pero los resultados obtenidos en la práctica tienen una variación de absorción de humedad de 10 % esto es porque la grasa o suarda actúa como una funda de la fibra, para protegerla e impedir la penetración de la humedad



La lana en la práctica tiene un % de absorción de 32% que casi coinciden con la literatura, debido a que es capaz de absorber hasta un 30% en peso de vapor de agua, sin tener la sensación que esté húmeda.



El pelo de cabra tiene un % de absorción de 16% de humedad esto puede sé que tenga es su estructura más grasa o suarda que impide la penetración de humedad.



El pelo de vaca tiene mayor % de absorción que es de 86% de humedad esto se debe que la cantidad de grasa es mínima por eso no impide la penetración de humedad en su interior.


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VI.

CONCLUCIONES 

Se llegó a la conclusión de esta práctica que todas las muestras que se utilizaron para hacer absorción de agua al momento que se les coloco a la estufa a 57°C se retiraron des de una hora y media, al realizar los pesos todas las muestras fueron descendiendo las milésimas.



El porcentaje de absorción de los diferentes fibras utilizadas los que tuvieren mayor % de absorción fueron el pelo de vaca, algodón con poliéster, junco, pelo de llama y pelo de alpaca después continúan las siguientes fibras con menor absorción.

VII.

RECOMENDACIONES 

Se recomienda que antes de realizar los pesos primeramente se debe calibrar la balanza analítica.



También se recomienda al momento de realizar los pesos se debe verificar ya que acuerdo a eso se evaluara la absorción de humedad para tener buenos resultados.



Se debe verificar las muestras, que el secado sea el adecuado para que los datos no sean erróneos.

VIII.

REFERENCIAS FIBLIOGRAFICAS 

Introducción a las fibras textiles (1980). Editorial trillas, México DF.



Joachim zahn. (1985). Historia del tejido. Editorial Zeus.



WOOLEN ROVING: Mecha, Producto entregado por la mechera, En la producción de hilados, es un estado intermedio entre las cintas e hilos.



REGAIN: Humedad que puede contener una fibra, y representa la cantidad de agua que pueden poseer legalmente 100 Kg. de fibra absolutamente seca.


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IX.

ANEXOS

Figura °N 1: hilos naturales

figura °N 2: Fibras naturales

Figura ° N 3: fibras listas para la estufa


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Determinación de Absorción de Humedad en Fibras Naturales

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