PIGMENTOS TERMOCRÓMICOS PARA APLICACIONES EN TEXTILES FUNCIONALES

Por Edith Caicedo Daza

Historia…

Ya en la antigüedad un amplio rango de civilizaciones tenía constancia del cambio de color de algunas piedras preciosas por la actuación de las altas temperaturas -en torno a unos 1600°C-, que se conseguían en diferentes hornos tradicionales. Este tratamiento térmico se consideraba un tipo de mejora natural, ya que es una continuación de los procesos de formación que ocurren en la tierra. Un ejemplo es el rubí, que es calentado casi hasta su punto de fusión, permitiendo que el óxido de aluminio en la piedra se reforme, creando una nueva estructura cristalina. Este proceso permite que el cromo en la piedra se combine con diferentes átomos, lo que permite un cambio en la coloración. Este tratamiento térmico es permanente e irreversible por lo tanto no podemos considerarlo como un sólido termocrómico, pero si como un punto de partida en la historia de estos materiales.

Materiales Cromoactivos

El color tiene la propiedad de poderse observar directamente a través de nuestros ojos. Por tanto, cualquier cambio en el color de un objeto, del blanco al negro, de incoloro a color o de un color a otro, puede ser fácilmente detectado de manera directa por un observador o de forma secundaria con el uso de simples instrumentos espectrométricos.

De esta manera, los cambios de color proporcionan señales visuales muy importantes que pueden ser utilizadas para transmitir información útil para el observador. Además, mediante la absorción o transmisión selectiva de luz en un material, es posible restringir la energía de la luz que incide sobre el observador. Cuando un tercer parámetro, llamado estímulo externo, que puede ser físico o químico, es la causa del cambio de color o de la restricción en la transmisión de luz, las posibles aplicaciones se amplían de manera significativa. Consecuentemente, la investigación de químicos que bajo la aplicación de un estímulo externo cambian de color, ha sido extensa.

El fenómeno del cambio de color se clasifica y se nombra en función del estímulo que causa el cambio. Así, el fotocromismo es un cambio de color, normalmente de incoloro a color, originado por la luz UV; el electrocromismo es un cambio de color reversible a través de una oxidación o reducción producida por una corriente o potencial eléctrico; y el termocromismo es un cambio de color provocado por el calor.

Estos son los fenómenos más comunes dentro de los materiales cromoactivos, no obstante existen otros muchos que atienden a diferentes estímulos y que han ido evolucionando en los últimos años.

Pigmentos Termocrómicos

Los pigmentos termocrómicos (que responden al calor) se desarrollaron en origen para aplicaciones de seguridad, por ejemplo, para detectar el calentamiento indebido de productos alimentarios durante su transporte en vehículos refrigerados. Hoy en día ofrecen numerosas posibilidades muy interesantes en los campos de la publicidad, el diseño de muebles, moda y textiles funcionales.

Un material puede adquirir cualidades termocrómicas —es decir, la capacidad de cambiar de color al variar la temperatura— si se reviste con pigmentos termocrómicos. Los materiales termocrómicos más frecuentes son los óxidos metálicos inorgánicos (como el óxido de zinc y el óxido de vanadio), las mezclas poliméricas y los cristales líquidos, que al calentarse no pasan directamente del estado cristalino al estado líquido.

¿Cómo se produce el Color mediante absorción de la luz?

A través de la absorción de la luz, la materia se transforma en un estado excitado cuya diferencia de energía con sus estados fundamentales se debe a la energía correspondiente de los fotones de luz absorbidos. Dado que la materia tiene niveles discretos de energía, sólo algunas longitudes de onda de luz se absorben. Los niveles de energía de moléculas incluyen diferentes estados de rotación, vibración y de energía de los electrones. La energía de los fotones de la luz visible se corresponde con las diferencias de energía entre diferentes niveles de energía de electrones. Por lo tanto, la absorción de la luz visible generalmente induce cambios en la configuración electrónica de las moléculas.

Todo este proceso se produce en el grupo cromóforo, que es la parte o conjunto de átomos de una molécula capaces de absorber la luz visible para excitarse y así emitir diversos colores, dependiendo de las longitudes de onda y de la energía emitida por el cambio de nivel energético de los electrones de estado excitado a estado fundamental. Cuando una molécula absorbe ciertas longitudes de onda de luz visible y transmite o refleja otras, la molécula tiene un color. Un grupo cromóforo es una región molecular donde la diferencia de energía entre dos orbitales moleculares cae dentro del rango del espectro visible. La luz visible que incide en el grupo cromóforo puede también ser absorbida excitando un electrón a partir de su estado de reposo. En las moléculas biológicas útiles para capturar o detectar energía lumínica, el cromóforo es la semi-molécula que causa un cambio en la conformación del conjunto al recibir luz.

La primera ley de la fotoquímica, conocida como la ley de Grotthus-Draper de 1818, en honor a los químicos Theodor Grotthuss y John Draper, establece que la luz debe ser absorbida por una sustancia química para que dé lugar a una reacción fotoquímica que generará radicales libres como HO ó CH, en las moléculas. Estas reacciones fotoquímicas son típicas de la atmósfera, teniendo un papel importante en la formación de contaminantes secundarios a partir de gases emitidos por combustiones y actividades humanas. La absorción de la radiación ultravioleta es visible y gracias a ella se producen reacciones fotobiológicas. Esta radiación produce modificaciones electrónicas en los átomos constituyentes de las moléculas. El estado básico y fundamental de una molécula es alterado por la absorción de la energía de un fotón, circunstancia en que éste se extingue, integrando su energía con la de la molécula. Cada molécula es apenas capaz de absorber energía en una franja de radiación más o menos larga, pero siempre limitada. Esta franja de radiación se conoce como espectro de absorción de la sustancia.

Aplicaciones en Textiles

La aplicación de pigmentos en textiles convencionales, que los convierten en textiles funcionales, tiene múltiples usos; no solo para decoración de interiores, moda o utilizando dichas funcionalidades para, por ejemplo: avisar en un pijama de bebé cuando le sube la temperatura o tiene fiebre, o como sensores visuales, entre otros.

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