Textiles funcionales obtenidos a partir de la incorporación de nanopartículas poliméricas

Abstract

El objetivo principal de la presente tesis es el diseño de nanopartículas de etilcelulosa para su utilización como vehículos de principios activos o sustancias lipofílicas y su deposición sobre un tejido, con la finalidad de obtener textiles funcionales. Para ello, se seleccionó como sustancia lipofílica modelo un filtro solar orgánico y como sustrato textil tejido de algodón. Debido a las características de la sustancia lipofílica seleccionada, el objetivo final de este trabajo es la obtención de tejido de algodón con propiedades protectoras frente a la radiación ultravioleta mediante la aplicación de nanopartículas poliméricas funcionales de etilcelulosa, preparadas por el método de evaporación del solvente a partir de nano-emulsiones aceite en agua (O/W).

Por consiguiente, este estudio engloba el diseño de nanomateriales, su aplicación al tejido y estudio de la interacción entre las nanopartículas y el sustrato textil, y la evaluación de las propiedades finales de los tejidos tratados con nanopartículas.

Las principales etapas de esta tesis son las siguientes:

- Obtención de nanopartículas de etilcelulosa a partir de nano-emulsiones aceite en agua (O/W) utilizadas como plantilla o Estudio de la formación y caracterización de nano-emulsiones o Obtención de nanopartículas a partir de las nano-emulsiones

seleccionadas -Aplicación de las nanopartículas sobre el tejido de algodón -Determinación de las propiedades del tejido tratado con nanopartículas

Las investigaciones desarrolladas han permitido alcanzar las siguientes conclusiones principales:

- Las nano-emulsiones estudiadas presentan suficiente estabilidad a 25ºC para ser utilizadas como plantilla para la obtención de nanopartículas poliméricas de etilcelulosa de tamaño <100 nm mediante el método de evaporación del solvente.

- La determinación indirecta de la concentración de filtro solar en las nanopartículas por HPLC ha permitido concluir que el proceso de evaporación del solvente no induce la difusión del filtro solar hacia la fase continua del sistema, obteniendo un alto rendimiento de encapsulación (>95%).

- La incorporación del agente reticulante Desmodur N100 en la fase oleosa de la nano-emulsión permite la obtención de nanopartículas insolubles en solventes orgánicos tales como etanol. Ello se ha atribuido a la reticulación de las cadenas de etilcelulosa.

- La caracterización de los tejidos tratados con nanopartículas puso de manifiesto que los métodos convencionales de acabado del tejido “impregnación del tejido-paso por el foulard-secado” son adecuados para la incorporación de nanopartículas en una proporción suficiente como para otorgar funcionalidad de protección UV al tejido de algodón.

- A partir de los resultados obtenidos se dedujo que en el mecanismo de anclaje de las nanopartículas en el tejido de algodón probablemente predomina la penetración de cadenas de celulosa (que se encuentran por encima de su Tg) en las cadenas poliméricas que forman las nanopartículas, formando un entrelazado que aumenta la resistencia de las nanopartículas frente a los procesos de lavado.

- La evaluación de las propiedades de protección frente a la radiación UV de los tejidos tratados indica que las diversas modificaciones realizadas en el proceso de deposición de las nanopartículas sobre el tejido de algodón han permitido mejorar las propiedades de protección UV de los tejidos tratados, llegando a obtener textiles con una capacidad de protección excelente (UPF=50+).

- Las medidas de transmitancia de los tejidos después de los lavados y la evaluación del detergente empleado pusieron de manifiesto que la capacidad de protección frente a la radiación UV resulta de una contribución del filtro solar de las nanopartículas que resisten después de los lavados (absorción en el intervalo UVB), y el agente blanqueante del detergente depositado en los lavados (absorción en el intervalo UVA).

The main objective of this thesis is the design of ethylcellulose nanoparticles for use as vehicles of lipophilic active substances and their deposition on fabric, to obtain functional textiles. For this purpose, it was selected as a model substance a lipophilic organic sunscreen and cotton fabric as textile. Due to the characteristics of the selected lipophilic substance, the final goal is to obtain UV protective cotton fabric.

The main stages of this thesis are:

- The preparation of ethylcellulose (EC) nanoparticles loaded with a sunscreen from oil in water nano-emulsions used as templates by the solvent evaporation method.

- The application of EC nanoparticles on cotton fabric

- The determination of the properties of the textile treated with the nanoparticles

Following, the main conclusions of this work are described:

- Nano-emulsions studied show sufficient stability to be used as template for the preparation of EC nanoparticles using the solvent evaporation method.

- The determination of the concentration of sunscreen in nanoparticles by HPLC allow to conclude that the evaporation process of the solvent does not induce diffusion of sunscreen to the continuous phase (encapsulation efficiency > 95 % ).

- The incorporation of the crosslinker Desmodur N100 in the oil phase of the nano-emulsion allows obtaining nanoparticles insoluble in organic solvents such as ethanol.

- Characterization of treated fabrics showed that conventional fabric finishing methods "impregnation-padding-drying " are suitable to provide UV protection to fabric.

- Evaluation of the properties of protection against UV radiation of the treated fabrics indicates that various modifications to the process of deposition of nanoparticles on the cotton fabric have improved fabric UV properties (UPF = 50+).

- Results suggest that cotton textile UV protection is caused by nanoparticles (UVB absorption) and optical whitening agent deposition from detergent used in washing (UVA absorption).