¿Cómo maximizar el rendimiento del PDMS en las industrias textil y de la construcción?

La secuencia de construcción del polidimetilsiloxano (PDMS) confiere al material propiedades especiales, permitiendo una resistencia extraordinaria tanto al agua como al aceite. La incorporación de polímeros mixtos de siloxano y PDMS en la construcción permite una integración perfecta a través del tejido, donde el componente de siloxano genera una adherencia a las fibras del tejido, mientras que el componente de PDMS actúa sobre la superficie del tejido. Estos componentes de PDMS polimerizados crean una superficie hidrofóbica sin precedentes mediante expresión molecular y, además, repelen los aceites comunes, otorgando así características tanto hidrofóbicas como oleofóbicas que perduran durante toda la vida útil del tejido. Los resultados de este proceso generan ángulos de contacto superficial superiores a 150° con el agua y de aproximadamente 130° con los aceites. El atributo más singular del PDMS es que, a diferencia de los recubrimientos fluorados resistentes al desgaste que se agrietan al doblarse o flexionarse, el recubrimiento de PDMS conserva sus propiedades oleofóbicas e hidrofóbicas durante una larga vida útil con resistencia al desgaste.

Evaluación comparativa del rendimiento: PDMS frente a recubrimientos fluorados según las normas AATCC 118 e ISO 14419

Aunque los sistemas fluorados ofrecen una resistencia ligeramente superior al aceite, los PDMS siguen cumpliendo los criterios funcionales para la mayoría de las prendas de vestir, ropa de trabajo y textiles técnicos, incluso aquellos que cumplen con las especificaciones OEKO-TEX® Standard 100 y bluesign®. Al carecer de enlaces carbono-flúor, los PDMS evitan el riesgo de bioacumulación, así como los daños ambientales persistentes y los riesgos regulatorios asociados a los PFAS.

La adopción de PDMS y las posibles nuevas oportunidades de comercialización se deben a las nuevas restricciones de la UE sobre los PFAS y a otras regulaciones recientes de la EPA.

La legislación que exige la búsqueda de alternativas a los PFAS ha evolucionado rápidamente. Entre los ejemplos se incluyen las recientes incorporaciones de 2023 al Reglamento REACH de la UE y el plan estratégico 2021-2024 de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA). Esto ha sido observado por los fabricantes de textiles, y muchos de ellos están sustituyendo los tratamientos actuales por repelentes a base de silicona. Desde 2022, la adopción de estos materiales ha aumentado cerca del 60 %, según indican los informes del sector. Los fabricantes destacan el estatus GRAS («generalmente reconocido como seguro») del PDMS y su fácil integración en los procesos productivos existentes. Aunque otras opciones potenciales (como soluciones basadas en biocomponentes y químicas híbridas) siguen evaluándose, el PDMS es la opción preferida debido a que constituye una solución probada y contrastada, cumple plenamente con la normativa vigente y se integra fácilmente en los procesos productivos ya establecidos. Esto lo convierte en el candidato principal para satisfacer la necesidad de sustituir los PFAS, a la vez que proporciona repelencia al aceite y al agua en los textiles.

La funcionalidad del PDMS puede modificarse alterando su peso molecular y su grado de reticulación. El PDMS de cadenas más cortas, como el F-3600, forma una capa superficial más densa, lo que da lugar a ángulos de contacto con el agua superiores a 140°, aunque alcanza un nivel muy bajo (y poco deseable) de transpiración (< 15 g/m²/24 h). Dichas variantes de PDMS pueden emplearse en prendas médicas y deportivas, para las cuales la comodidad es un factor crítico. Por el contrario, el PDMS de cadenas más largas, como el F-12000, forma enredamientos moleculares más extensos, lo que resulta en enlaces intercapa más fuertes y una mayor durabilidad al lavado (> 20 ciclos, conforme a la norma ISO 6330; en el caso de la reticulación, se reduce la permeabilidad al aire). El grado de reticulación determina gran parte del equilibrio descrito entre las distintas propiedades de rendimiento.

Para prendas de protección destinadas a trabajadores industriales, donde la resistencia a la abrasión es de suma importancia, una utilización equilibrada de materiales del tipo F-12000 ofrece la mejor combinación general de durabilidad y resistencia a la abrasión según las normas ISO 12947-2. Por su parte, los productos basados en F-3600 tienden a centrarse en aplicaciones que requieren mayores niveles de confort. Lo verdaderamente notable, según las pruebas realizadas en el sector, es la capacidad de ciertas cadenas intermedias (con reticulación adecuada) para mantener ángulos de contacto superiores a 130 grados tras 50 ciclos de la prueba de abrasión Martindale. Esto representa aproximadamente un 35 % más que lo observado con formulaciones convencionales de siloxano en términos de equilibrio entre durabilidad y confort. Estos resultados se publicaron en 2023 en la revista Textile Chemistry, una publicación internacional revisada por pares.

Evaluación de la durabilidad a largo plazo del recubrimiento de PDMS sobre textiles reales

En cuanto a la durabilidad de los recubrimientos de PDMS, ofrecen una excelente resistencia al lavado y retención de la repelencia al agua incluso después de más de 20 ciclos industriales de lavado
(Datos según las normas ISO 6330/12945-2). Los recubrimientos de PDMS pierden únicamente el 15 % de su capacidad repelente al agua, mientras que las alternativas a base de cera y acrílicos pierden más del 50 % de su capacidad impermeabilizante tras tan solo 10 ciclos de lavado. ¿Por qué desempeñan los recubrimientos de PDMS el mejor rendimiento? Durante la etapa de curado, los recubrimientos de PDMS forman fuertes enlaces químicos con las fibras del tejido, lo que les permite resistir los detergentes y agentes de limpieza más agresivos, así como la abrasión del tejido provocada por los lavados repetidos. Algunas de estas formulaciones especiales y patentadas conservan aún un ángulo de contacto rígido superior a 140 grados tras 50 lavados. Esto significa que son ideales para aplicaciones técnicas críticas de seguridad, como los uniformes de bomberos y la indumentaria exterior, donde se requieren recubrimientos repelentes al agua capaces de soportar ciclos industriales de lavado.

Aplicaciones de alta fricción: resistencia a la abrasión y rendimiento frente al desgaste mecánico

Posiblemente una de las aplicaciones más sorprendentes y extraordinarias del PDMS es su excelente resistencia al desgaste en entornos extremos, como los interiores automotrices, los tejidos de grado militar y la ropa de trabajo industrial. Los tejidos recubiertos con PDMS han sido sometidos a ensayos según la norma ISO 12947-2 y han demostrado una pérdida de peso inferior al 5 % y ninguna pérdida de integridad del recubrimiento tras 50 000 (cincuenta mil) ciclos. En contraste, los tejidos sin recubrimiento y sin reticulación presentan una pérdida de peso del 20 % y un fallo severo del recubrimiento tras el mismo número equivalente de ciclos. La reticulación del PDMS resulta extremadamente beneficiosa, ya que su naturaleza elastomérica distribuye uniformemente las tensiones sobre toda la superficie del recubrimiento. Esto resulta ideal para garantizar que no se formen ni se propaguen microfracturas cuando el recubrimiento se flexiona y comprime repetidamente. Sin embargo, lo más importante es que toda esta protección se ofrece sin sacrificar la ventilación. Los tejidos protectores con recubrimiento de PDMS aseguran que el usuario quede protegido frente a todos los peligros sin comprometer su comodidad. Esta característica resulta fundamental para turnos de larga duración.

Mejora de la funcionalidad estructural del PDMS en los materiales de construcción

Técnicas de refuerzo: sílice, nanocristales de celulosa y cargas de POSS para la resistencia a la tracción y la elasticidad (ASTM D412)

El material base de PDMS es simplemente demasiado blando para aplicaciones en construcción, por lo que necesitamos las modificaciones más robustas. Las nanopartículas de sílice crean redes densas de reticulación en el PDMS, lo que proporciona una mejor distribución de cargas. Esto se demuestra mediante ensayos de resistencia a la tracción según la norma ASTM D412 para PDMS/sílice, los cuales pueden arrojar una resistencia tres veces mayor que la del PDMS sin relleno (3). Otro componente son los nanocristales de celulosa (CNC), que pueden potenciar la funcionalidad de las nanopartículas de sílice. Esto se debe a que los CNC son alargados y poseen numerosos grupos hidroxilo, lo que les confiere una fuerte adherencia a la matriz de PDMS. Esta adherencia ayuda a mantener la flexibilidad del PDMS y, al mismo tiempo, le confiere impermeabilidad. Otra opción consiste en el uso de cargas de silsesquioxano oligomérico poliédrico (POSS). Las estructuras en jaula de estos aditivos se integran adecuadamente con la red de siloxano a escala nanométrica. Cuando se incorporan en un rango del 10 al 15 %, dichas cargas POSS pueden incrementar la resistencia al desgarro aproximadamente un 40 %, conservando además la elasticidad del material tras múltiples ciclos de extensión. Al emplear los tres componentes simultáneamente, se logra la resistencia a la tracción óptima, que suele superar los 5 MPa, y una deformación permanente inferior al 15 % tras numerosos ciclos de estiramiento y recuperación.

Esto hace que el compuesto sea ideal para sellar juntas en hormigón, recubrimientos impermeabilizantes y amortiguadores sísmicos que deben resistir la intemperie y los cambios físicos, incluidos los cambios de temperatura, la radiación ultravioleta y la flexión.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el PDMS y por qué se utiliza en textiles?

El PDMS, o polidimetilsiloxano, es un material a base de silicona que repele el agua y los aceites. Dado que el PDMS se adhiere eficazmente a las fibras del tejido, crea un recubrimiento protector permanente sin necesidad de tratamientos químicos.

¿Cómo se compara el PDMS con los recubrimientos fluorados?

El PDMS ofrece el mismo nivel de repelencia que los recubrimientos fluorados, pero carece de los riesgos para la salud y el medio ambiente asociados a los PFAS. Los recubrimientos de PDMS mantienen su repelencia y flexibilidad, mientras que los recubrimientos fluorados pierden sus propiedades repelentes y se vuelven frágiles.

¿Es seguro y respetuoso con el medio ambiente el PDMS?

El PDMS es seguro y respetuoso con el medio ambiente. El PDMS cuenta con la certificación OEKO-TEX® Estándar 100 y bluesign®. Dado que el PDMS no se fabrica con enlaces carbono-flúor nocivos, los riesgos para la salud y el medio ambiente son significativamente menores.

¿Pueden los recubrimientos de PDMS resistir el lavado industrial?

Los recubrimientos de PDMS son más eficaces que los recubrimientos de cera y acrílicos y se ha demostrado que conservan el 85 % de su repelencia al agua tras 20 ciclos de lavado industrial.