BR112019012490B1

BR112019012490B1 - Monofilamento fibroso

Info

Publication number: BR112019012490B1
Application number: BR112019012490-0A
Authority: BR
Inventors: Juha Salmela; Janne Poranen; Arto Salminen
Original assignee: Spinnova Oy
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2023-02-28
Also published as: RU2019118709A3; RU2754057C9; JP7063904B2; EP3538691A1; RU2754057C2; RU2019118709A; CL2019001712A1; WO2018115577A1; BR112019012490A2; US20190301053A1; CA3046292A1; CN110168152A; JP2020502390A; CN110168152B

Abstract

O pedido se refere a um monofilamento fibroso compreendendo fibras de polpa de madeira. Um monofilamento fibroso compreende pelo menos 30% em peso de fibras de celulose natural à base de madeira.

Description

Campo técnico

[001] O pedido se refere a um monofilamento fibroso compreendendo fibras de polpa de madeira.

Fundamentos

[002] Na indústria têxtil existem vários tipos de fios substancialmente diferentes:Os mais comuns são fios que são cordões finos compreendendo fibras torcidas de comprimento definido como algodão, lã ou outras fibras naturais ou fibras sintéticas descontínuas feitas de poliéster, nylon ou outros polímeros sintéticos.

[003] Também são comuns os fios de filamentos que consistem em feixes de filamentos intermináveis. Exemplos típicos são filamentos naturais como seda ou filamentos sintéticos como poliéster, nylon, viscose ou Lyocell.

[004] Ainda outro tipo de fio é o fio de papel que é fabricado a partir de folhas de papel. O papel é cortado em tiras longas e estreitas, semelhantes a fitas, que são torcidas em uma roda de fiar especial. Os fios de papel são bobinados para bobinas grandes e pós-processados de acordo com as propriedades finais desejadas (hidrofobicidade, cor, fricção, etc.) do fio. Finalmente, os fios são enrolados em bobinas de clientes menores. Isto significa que um fio de papel de escala microscópica tem a mesma estrutura que o papel, isto é, pode ser destorcido para tiras finas de papel. As propriedades alcançadas do fio de papel podem limitar seu uso e aplicações. Por exemplo, a estrutura em camadas ou dobrada dá origem a umedecimento através de forças capilares entre as camadas. A estrutura dobrada é porosa, isto é, a estrutura compreende interstícios entre as camadas de papel, o que aumenta a rigidez e a espessura do fio de papel.

Sumário

[005] É um objetivo do pedido fornecer monofilamentos fibrosos compreendendo propriedades adequadas para múltiplas utilizações. Propriedades, como resistência e espessura, podem afetar as possibilidades de utilização do monofilamento fibroso. Aspectos da invenção compreendem um monofilamento fibroso compreendendo fibras de polpa de madeira. Além disso, ou alternativamente, podem ser utilizadas outras fibras naturais de celulose e suas misturas com fibras de celulose artificiais ou artificiais. De acordo com um aspecto da invenção, um monofilamento fibroso compreende pelo menos 30% em peso de fibras de celulose natural à base de madeira. As fibras de celulose natural à base de madeira não são regeneradas. O monofilamento fibroso pode compreender entre 30 e 99% em peso, ou entre 50 e 99% em peso, ou entre 70 e 99% em peso das fibras de celulose natural à base de madeira.

[006] Fibras de celulose natural à base de madeira podem ser mecanicamente e quimicamente interligadas entre si. A interligação química pode ser proporcionada por ligações de hidrogênio entre as fibras de celulose naturais à base de madeira. Um monofilamento fibroso pode ainda compreender fibras de celulose artificiais. As fibras de celulose artificiais podem ter um comprimento entre 1 e 10 mm, de um modo preferido entre 2 e 10 mm, de um modo mais preferido entre 4 e 6 mm; e/ou contagem de fios entre 0,7 e 7 dtex, de um modo preferido entre 0,9 e 1,7 dtex.

[007] O monofilamento fibroso pode compreender adicionalmente fibras de resíduos têxteis reciclados. O monofilamento fibroso pode compreender adicionalmente aditivos. O monofilamento fibroso pode compreender densidade entre 800 e 1700 kg/m3. O monofilamento fibroso pode compreender um diâmetro de 20 a 400 μm. O monofilamento fibroso pode compreender densidade de massa linear de 5 a 100 gramas por 1000 metros, sendo 5 a 100 tex; ou de um modo preferido densidade de massa linear de 5 a 50 tex. O monofilamento fibroso pode compreender tenacidade de 5 a 25 cN/tex, quando medido de acordo com ASTM D5035.

Desenhos

[008] A seguir, aspectos da invenção são descritos mais detalhadamente com as figuras anexas, em que a Figura 1 ilustra a força de ruptura do fio versus estiramento do fio para um fio de fibra de 20 tex de acordo com uma modalidade, a Figura 2a ilustra a alteração da força versus posição durante a experiência de teste de tração dinâmica de acordo com uma modalidade, a Figura 2b ilustra o estiramento da força versus fio durante a experiência de teste de tração dinâmica de acordo com uma modalidade, a Figura 3 mostra uma vista microscópica de transmissão de um monofilamento fibroso (barra de escala 500 μm), a Figura 4 mostra uma vista microscópica de um local de falha de monofilamento fibroso de 20 tex após falha de fio durante o teste de tração (barra de escala 500 μm), a Figura 5 mostra exemplos fios de papel sem torção (barra de escala 5000 μm), a Figura 6 mostra uma vista microscópica de transmissão de fio de papel não torcido (barra de escala 100 μm), a Figura 7 ilustra uma seção transversal longitudinal de monofilamento fibroso, a Figura 8 mostra uma seção transversal de monofilamento fibroso de 20 tex de acordo com uma modalidade, a Figura 9 mostra um exemplo de curvas de tensão- deformação de fibras de madeira coletadas a partir de diferentes locais (anel anual) de um Pinus taeda.

Descrição das modalidades

[009] Nesta descrição e reivindicações, os valores percentuais relativos a uma quantidade de matérias-primas são percentagens em peso (% em peso), salvo indicação em contrário. A palavra “compreendendo” pode ser usada como um termo aberto, mas também compreende o termo fechado “consistindo em”. Os seguintes números de referência e denotações são usados: 1 monofilamento fibroso, 2 fibras de celulose, 3 superfície do monofilamento fibroso, 4 extremidade da fibra celulósica, 5 ligações de hidrogênio, x eixo geométrico longitudinal.

[0010] A contagem de fios, tex, refere-se à densidade de massa linear, isto é, uma quantidade de massa por unidade de comprimento (1 tex = 1 g/1000 m; e 1 decitex = 1 dtex = 1 g/10000 m). O termo “monofilamento fibroso” (para os propósitos da presente invenção também simplesmente referido como “filamento”) refere-se a um comprimento contínuo de fibras individuais agrupadas. As fibras podem ser interligadas em conjunto para formar uma estrutura monofilamentar permanente. O monofilamento não pode ser aberto ou desmontado. As fibras agrupadas não podem ser separadas em subestruturas, tais como fitas ou tiras de fibras através de, por exemplo, meios mecânicos de corte, moagem ou separação química. A desintegração do monofilamento fibroso produz apenas fibras individuais. O monofilamento fibroso compreende um comprimento contínuo de vários metros ou quilômetros. As fibras naturais se referem às fibras originárias de uma fonte de matéria-prima à base de plantas, como a madeira. Fibras naturais à base de madeira são compostas por fibrilas de celulose em uma matriz de hemicelulose e lignina. A celulose é um polímero de polissacarídeo linear com várias unidades de monossacarídeos de glicose. As fibras naturais de celulose podem ser separadas da matéria-prima da madeira no processo de polpação química ou mecânica e a pasta compreende material fibroso celulósico.

[0011] Fibras de celulose se referem a fibras orgânicas originárias de celulose, de um modo preferido de celulose à base de madeira, tal como polpa de madeira. A celulose é um composto orgânico que compreende cadeias lineares de unidades D-glicose ligadas através de ligações glicosídicas β-(1,4). As fibras de celulose compreendem fibras à base de plantas, tais como fibras à base de madeira. Uma pasta de papel é um exemplo de uma mistura de fibras de celulose. Fibras de celulose na forma nativa se referem a fibras naturais de celulose. Fibras naturais de celulose não sofreram modificação química ou física da estrutura do polímero de celulose. De acordo com um aspecto da invenção e com referência às Figuras 3 e 4, um monofilamento fibroso 1 compreende fibras 2, também referidas como elementos fibrosos, que são interligados em conjunto, de modo que as fibras são parte de um monofilamento fibroso permanente. Pelo menos parte das fibras são fibras de celulose provenientes de polpa à base de plantas. Além disso, pelo menos parte das fibras pode ser fibras de celulose artificiais (por exemplo, Lyocell, viscose ou modal). Com referência à Figura 7, as fibras de celulose 2 da estrutura monofilamentar 1 estão interligadas umas às outras através de ligações de hidrogênio 5. Estas ligações de hidrogênio podem ser quebradas, por exemplo, utilizando água ou outra solução aquosa de modo a devolver a estrutura monofilamentar fibrosa em fibras primárias celulósicas separadas.

[0012] De acordo com um aspecto da invenção, um monofilamento fibroso é feito de uma suspensão aquosa. A suspensão aquosa compreende água, fibras de celulose e pelo menos um modificador de reologia. A suspensão aquosa pode compreender fibras de polpa à base de madeira ou outras fibras cortadas curtas de celulose natural como algodão ou linho ou outras fibras de celulose artificiais, isto é, fibras de celulose regenerada como viscose, cupro ou Lyocell. Durante a fabricação, a suspensão aquosa é direcionada através de um pequeno bocal, onde as fibras se alinham bem com o fluxo (veja descrição posterior sobre a orientação). O bocal alimenta a suspensão aquosa para uma seção de torção e desidratação, a qual é seguida por secagem de modo a obter o monofilamento fibroso. O monofilamento fibroso é produzido através de um processo de etapa única. Isso evita qualquer necessidade de etapas adicionais, como fabricação ou processamento de papel. Assim, o monofilamento fibroso fabricado é contínuo, mas pode ser pós-processado em comprimentos menores. A espessura do monofilamento fibroso pode ser realizada, pelo menos em parte, por adaptação da velocidade de fabricação, concentração da suspensão aquosa e geometria do bocal.

Fibras

[0013] Fibras de celulose são fibras naturais, que se originam de uma fonte de matéria-prima à base de plantas. As matérias-primas de origem vegetal podem ser originárias de polpa de celulose, polpa refinada, polpa química, polpa termomecânica, polpa mecânica ou polpa de papel usado. As fibras de celulose podem ser isoladas a partir de qualquer material contendo celulose, utilizando processo de produção de polpa biológico, químico, mecânico, termomecânico ou quimiomecânico.

[0014] Fibras de celulose podem se originar de nanocelulose compreendendo celulose nanoestruturada e fibras nanométricas. Existem vários sinônimos amplamente utilizados para a nanocelulose. Por exemplo: celulose nanofibrilada, celulose microfibrilar, celulose nanofibrilar, nanofibra de celulose, celulose fibrilada em nanoescala, celulose microfibrilada (MFC) ou microfibrilas de celulose. Fibras de nanocelulose compreendem uma alta proporção, sendo a proporção de comprimento para largura. As fibras de nanocelulose podem compreender dimensões de largura ou laterais inferiores a 200 nanômetros, de um modo preferido entre 2 a 20 nanômetros, especialmente preferido entre 5 a 12 nanômetros. As fibras nanocelulósicas podem compreender dimensões de comprimento ou longitudinais de um a vários micrômetros, por exemplo. As fibras nanocelulósicas podem ser isoladas de qualquer material contendo celulose, por exemplo, polpa de madeira. As dimensões das fibras ou feixes de fibras dependem da matéria- prima e do método de isolamento. As fibras nanocelulósicas podem ser isoladas a partir de fibras à base de madeira através de homogeneização a alta pressão, alta temperatura e impacto a alta velocidade. O processo de homogeneização é usado para delaminar ou desintegrar as paredes celulares das fibras e liberar suas fibrilas sub-estruturais e microfibrilas. Podem também ser utilizados pré-tratamentos enzimáticos e/ou mecânicos de fibras de madeira. As fibras nanocelulósicas podem estar na forma nativa, as quais não sofreram nenhuma modificação química. Alternativamente, as fibras nanocelulósicas podem ser quimicamente pré-modificadas, por exemplo, por oxidação mediada por N-oxila.

[0015] As fibras de celulose podem compreender fibras naturais originadas de uma planta. As fibras à base de plantas podem compreender material vegetal virgem ou reciclado ou combinações dos mesmos. Fibras à base de plantas podem se originar de madeira ou material que não é madeira. As plantas podem compreender madeira, como madeira macia, madeira dura ou qualquer combinação das mesmas. A madeira macia pode incluir abetos, pinhos, pinheiros, larícios, douglásia, cicuta. Madeira dura pode incluir bétula, álamo tremedor, álamo, amieiro, eucalipto, acácia. Alternativamente ou adicionalmente, fibras de celulose podem se originar de outras plantas (que não são madeira), tais como algodão, cânhamo, linho, sisal, juta, kenaf, bambu, turfa ou coco. Fibras de celulose não lenhosas também podem ser de resíduos agrícolas, gramíneas ou outras substâncias vegetais, tais como palha, folhas, casca, sementes, cascos, flores, vegetais ou frutas.

[0016] O monofilamento fibroso compreende pelo menos 30% em peso, de um modo preferido pelo menos 50% em peso de fibras de celulose naturais. Em um exemplo, entre 30 e 99% em peso, de um modo preferido entre 50 e 99% em peso e, de um modo muito preferido, entre 70 e 99% em peso de fibras naturais de celulose. Como apresentado acima, as fibras naturais de celulose não são regeneradas. Assim, as fibras naturais de celulose não sofreram regeneração química ou modificação física da estrutura do polímero de celulose. Fibras naturais de celulose não são regeneradas e consistem principalmente de estrutura cristalina de celulose I. A celulose I pode ter estruturas Iα e Iβ. As fibras de celulose artificiais são regeneradas e a estrutura cristalina é principalmente diferente da celulose I. A conversão da celulose I em celulose II (ou outras formas, como celulose III ou celulose IV) é irreversível. Assim, estas formas são estáveis e não podem ser convertidas novamente em celulose I.

[0017] A composição química da fibra celulósica natural, tamanho e proporção da fibra e orientação filamentar afetam as propriedades mecânicas e físicas do monofilamento fibroso. Por exemplo, as propriedades mecânicas e físicas das fibras de celulose são influenciadas pela sua composição química, principalmente celulose, hemicelulose e lignina. Como exemplo, maior resistência à tração e maior ductilidade podem ser obtidas com fibras contendo celulose cristalina. A rigidez das fibras de celulose aumenta e a sua flexibilidade diminui com o aumento da proporção de regiões cristalinas para amorfas. A resistência à tração da fibra aumenta e o estiramento diminui com a diminuição do ângulo da fibrila primária.

[0018] Na estrutura monofilamentar, a razão de aspecto das fibras de celulose (relação do comprimento da fibra em relação ao diâmetro da fibra) pode ser de 10 a 300, de um modo preferido de 30 a 100. A alta razão de aspecto das fibras tem efeito sobre a flexibilidade do monofilamento.

[0019] De acordo com um aspecto da invenção, o monofilamento fibroso compreende fibras de celulose na forma nativa, isto é, fibras naturais de celulose. A celulose natural I pode ter efeito sobre o grau de ordem estrutural da celulose, ou das fibras de celulose. Adicionalmente, a celulose natural I pode ter efeito na rigidez e na densidade do filamento fibroso.

[0020] Além disso, o monofilamento fibroso pode compreender outras fibras, tais como fibras naturais à base de plantas, fibras naturais modificadas ou regeneradas ou fibras sintéticas. As fibras do filamento fibroso podem compreender fibras sintéticas, como viscose, modal, acetato, rayon ou fibras sintéticas, como fibras de poliéster ou poliamida e de resíduos têxteis reciclados.

[0021] Fibras de celulose artificiais podem ser adicionadas à mistura natural de fibras de celulose. As fibras de celulose artificiais podem compreender uma distribuição estreita no comprimento e diâmetro das fibras, uma vez que são adquiridas a partir de processos industriais, em vez de isoladas da natureza. Fibras naturais sendo isoladas da natureza podem ter uma distribuição bastante ampla no comprimento e diâmetro da fibra em comparação com as fibras de celulose artificiais. Fibras de celulose artificiais finas e longas podem melhorar a resistência à tração e o estiramento do monofilamento fibroso. Como exemplo, o monofilamento fibroso pode ser totalmente feito de fibras de celulose artificiais, melhorando ainda mais as suas propriedades.

[0022] O monofilamento pode compreender fibras de celulose artificiais provenientes do processo de celulose sintética. Fibras de celulose artificiais são fibras de celulose regeneradas. O monofilamento pode compreender entre 1 e 50% em peso de fibras de celulose artificiais, de um modo preferido entre 1 e 30% em peso de fibras de celulose artificiais, de um modo mais preferido entre 1 e 20% em peso de fibras de celulose artificiais. Tal processo é o chamado processo Lyocell, em que as fibras e outros artigos moldados podem ser obtidos a partir de uma solução de celulose em um solvente orgânico aquoso. Mais especificamente, uma solução aquosa de NMMO (N-metilmorfolina-N-óxido) tem sido o solvente utilizado em escala comercial há mais de vinte anos. Tipicamente, dopes de fiação contendo aproximadamente 13% em peso de celulose são usados nas instalações de produção relacionadas. A polpa é uma matéria prima celulósica preferida, mas, dependendo das circunstâncias, outras matérias primas celulósicas, tais como os linters de algodão, podem também ser empregadas. O monofilamento pode compreender fibras de Lyocell sintéticas.

[0023] O monofilamento fibroso pode compreender fibras de resíduos têxteis reciclados. O monofilamento fibroso pode conter de 1 a 50% em peso de fibras de resíduos têxteis reciclados, de um modo preferido entre 30 a 50% em peso de fibras de resíduos têxteis reciclados, de um modo mais preferido entre 40 e 50% em peso de fibras de resíduos têxteis reciclados. As fibras de resíduos têxteis reciclados podem compreender fibras termoplásticas ou de termobonding, como polipropileno, poliamida, poliéster, polipropileno/ poliéster e fibras de corte curto de dois componentes. Dois componentes se refere a diferentes materiais e/ou propriedades entre a estrutura interna e a superfície externa das fibras de corte curto. Por exemplo, a(s) camada(s) de superfície externa de uma fibra de dois componentes pode(m) compreender material termobonding. As fibras de resíduos têxteis reciclados podem ser distribuídas uniformemente na estrutura monofilamentar e termoformadas em uma etapa pós-tratamento. Termobonding pode levar a propriedades desejadas do monofilamento fibroso, por exemplo, maior tenacidade e melhor lavabilidade.

[0024] As fibras de resíduos têxteis reciclados podem ser isoladas a partir de resíduos têxteis pré ou pós-consumo, compreendendo tanto um tipo de fibra como uma mistura de diferentes tipos de fibras. Os resíduos pré- consumo (ou pós-industriais) são acumulados durante um processo de fabricação têxtil, onde são geradas quantidades significativas de resíduos, por exemplo, resíduos de fiação ou aparas de confeitaria. O resíduo pós-consumo é gerado quando o tecido é descartado pelo usuário. Os caminhos existentes para a reciclagem de têxteis, cobrindo apenas pequenas quantidades de resíduos têxteis, incluem, por exemplo, doação de têxteis pós-consumo a organizações de caridade ou a produção de lenços ou fibras de baixa qualidade para materiais de isolamento de resíduos de resíduos pós-consumo. Os documentos WO 2015/077807 e US 2016/237619 - todo o conteúdo de ambos os documentos é aqui incorporado por referência - descrevem uma forma de reciclar fibras de resíduos têxteis pré-consumo na produção de corpos moldados a partir de celulose regenerada. Tais fibras de resíduos têxteis pré-consumo reciclados são preparadas de acordo com um processo para pré-tratamento de fibras de algodão recuperadas, em que o pré- tratamento das fibras de algodão recuperadas inclui uma etapa de remoção de metal e uma fase de branqueamento oxidativo.

[0025] Por conseguinte, em uma modalidade particular da presente invenção, o monofilamento fibroso contém de 1 a 50% em peso de fibras de resíduos têxteis pré-consumo reciclados, de um modo preferido entre 30 a 50% em peso de fibras de resíduos têxteis pré-consumo reciclados, de um modo mais preferido entre 40 e 50% em peso de fibras de resíduos têxteis pré- consumo reciclados, tais fibras de resíduos têxteis pré-consumo reciclados sendo preparadas de acordo com um processo para pré-tratamento de fibras de algodão recuperadas, em que o pré-tratamento das fibras de algodão recuperadas inclui uma etapa de remoção de metal fase de branqueamento oxidativo.

[0026] De acordo com o documento WO 2015/077807, as fibras de algodão podem ser recuperadas de resíduos de algodão pré-consumo ou de resíduos de algodão pós-consumo. Podem incluir polpa preparada a partir de trapos de algodão. Além disso, as fibras de algodão recuperadas podem ser trituradas mecanicamente, moídas ou abertas antes da sua utilização.

[0027] Em particular, de acordo com o documento WO 2015/077807, a etapa de remoção de metal pode ser um tratamento de lavagem ácida e/ou um tratamento com um agente complexante e as fibras de algodão recuperadas podem ser tratadas com uma solução aquosa de um agente complexante. Em particular, ambos os tratamentos podem ser combinados em uma só etapa adicionando um agente complexante ao tratamento de lavagem ácida. Além disso, de acordo com o documento WO 2015/077807, o estágio de branqueamento oxidativo pode compreender um tratamento de branqueamento com oxigênio e/ou um tratamento de branqueamento com peróxido. O estágio de branqueamento oxidativo também pode compreender um tratamento de branqueamento com ozônio. O estágio de branqueamento oxidativo pode compreender uma sequência de tratamentos de branqueamento oxidativo de acordo com o acima.

[0028] Material de resíduos têxteis de vestuário pode compor 43% de algodão, 36% de fibras à base de óleo, como poliéster, acrílicas, ou similares, e 21% de fibras naturais, como viscose, seda ou similares, cobrindo 51% da participação de mercado publicado por Wrap em 201 1, “Textiles flow and Market development opportunities in the UK”. Os têxteis para o lar apresentam uma composição semelhante de 30% de algodão e 70% de outras fibras, por exemplo, fibras à base de óleo e naturais. Esta composição de fibras é adequada como matéria-prima para a produção de monofilamentos fibrosos. Um monofilamento fibroso pode compreender pelo menos 30% em peso de fibras de resíduos à base de celulose têxtil reciclada, de um modo mais preferido 40 a 50% em peso de fibras de resíduos à base de celulose têxtil reciclada. Além disso, o monofilamento fibroso pode compreender fibras de poliéster, acrílica ou de polipropileno ou misturas das mesmas, que podem permitir termobonding e efetuar as propriedades desejadas do monofilamento fibroso, como maior tenacidade ou melhor lavabilidade.

[0029] Adicionalmente, o monofilamento fibroso compreende entre 0,01 e 30% em peso, de um modo preferido entre 0,05 e 20% em peso ou entre 0,1 e 15% em peso de aditivos não fibrosos como ligante(s), modificador de reologia, etc.

Orientação

[0030] A Figura 4 ilustra uma vista microscópica de uma localização de falha de um monofilamento fibroso de 20 tex após falha do fio durante o teste de tração (barra de escala 500 μm). Na Figura 4, o monofilamento fibroso 1 compreende fibras de celulose 2. As fibras de celulose individuais do monofilamento fibroso estão principalmente orientadas ao longo do comprimento (isto é, eixo geométrico longitudinal x) do filamento fibroso. As fibras são orientadas (alinhadas) de tal maneira que a dimensão longitudinal de uma única fibra corresponde essencialmente à dimensão longitudinal do monofilamento fibroso. Com referência à Figura 6, os elementos fibrosos do fio de papel fabricados a partir de tiras de papel finas têm orientação aleatória ao longo da direção da máquina MD e correspondem à direção longitudinal x do fio.

[0031] A orientação inicial da fibra do monofilamento fibroso pode ser alcançada durante a fase de fabricação em um bocal. Um bocal com o diâmetro de saída de um bocal menor ou igual ao comprimento de fibra pesado com o comprimento máximo das fibras, as fibras se orientam substancialmente na direção longitudinal x da suspensão que sai do bocal. A orientação da fibra pode ser ainda controlada na unidade de torção e drenagem. A orientação da fibra ao longo da direção longitudinal do filamento fibroso fornece resistência ao filamento.

Aditivos

[0032] Além dos elementos fibrosos, o monofilamento fibroso pode compreender aditivo(s). Por exemplo, aditivo(s) de polissacarídeo(s), tais como ligantes, reagente(s) ativo(s) catiônico(s), agente(s) de reticulação, agente(s) dispersante(s), pigmento(s) e/ou outro(s) modificador(es). A quantidade total de aditivo(s) no monofilamento fibroso pode estar entre 0,01 e 30% em peso, entre 0,05 e 20% em peso, de um modo preferido entre 0,1 e 15% em peso.

[0033] Um aditivo pode compreender aditivos de polissacarídeos, tais como alginato, ácido algínico, pectina, carragenina ou nanocelulose, ou uma combinação dos mesmos. Durante a fabricação do monofilamento fibroso, o aditivo de polissacarídeo, tal como um alginato, pode ter efeito na formação do hidrogel. No monofilamento fibroso, o aditivo de polissacarídeo pode ser disposto para reagir com pelo menos um reagente, por exemplo, um agente ativo catiônico. O reagente pode compreender sal, como cloreto de cálcio ou sulfito de magnésio. A reação química entre o aditivo de polissacarídeo e o reagente proporciona um aumento rápido da viscosidade e tensão de ruptura da suspensão aquosa. O aumento da viscosidade da suspensão aquosa tem efeito de aumentar a resistência do monofilamento fibroso. Além disso, os aditivos de polissacarídeos, como o alginato, podem atuar como ligante(s) na estrutura do monofilamento fibroso. O alginato pode causar reticulação, o que pode ter efeito na ligação das fibras do monofilamento fibroso. A matriz de alginato pode reticular em torno das fibras e envolver as fibras.

[0034] Um aditivo pode compreender um agente de reticulação e um par de reagentes. Um agente de reticulação pode ser disposto para reagir com o reagente na saída do bocal. A reação de reticulação entre o agente de reticulação e o par de reagentes cria um hidrogel aquoso e, portanto, influencia a resistência inicial da suspensão fibrosa. Um monofilamento fibroso pode compreender 0 a 25% em peso de agente de reticulação. O agente de reticulação juntamente com o reagente de reticulação cria um hidrogel, que permite que a suspensão fibrosa mantenha as suas propriedades durante as fases de fabricação seguintes. Por exemplo, a torção e a drenagem rápida podem representar uma alta tensão na suspensão fibrosa. O hidrogel também afeta a resistência à tração do filamento fibroso.

[0035] Um aditivo pode compreender um agente de dispersão. Um agente de dispersão pode compreender polímero de cadeia longa aniônico, nanocelulose, carboximetilcelulose (CMC), amido, poliacrilamidas aniônicas (APAM) ou uma combinação dos mesmos. Um monofilamento fibroso pode compreender 0 a 20% em peso de agente de dispersão. O agente de dispersão pode ter efeito na resistência ao corte do monofilamento fibroso.

[0036] De acordo com uma modalidade, o monofilamento fibroso inclui entre 30 e 99% em peso de fibras de celulose natural e ainda entre 0,1 e 15% em peso de aglutinante, tal como alginato.

[0037] De acordo com uma modalidade, o monofilamento fibroso inclui entre 50 e 99% em peso, ou entre 70 e 99% em peso de fibras de celulose naturais, e ainda entre 0,1 e 15% em peso de aglutinante, tal como alginato.

[0038] De acordo com outra modalidade, o monofilamento fibroso inclui entre 50 e 99% em peso, ou entre 70 e 99% em peso, ou de um modo preferido entre 90 e 99% em peso de fibras de celulose naturais, e ainda entre 0,1 e 10% em peso de aglutinante, tal como CMC (carboximetilcelulose) ou amido.

[0039] O aglutinante tem efeito sobre a ligação química das fibras de celulose naturais através de ligações de hidrogênio e, consequentemente, aumenta as propriedades mecânicas do monofilamento fibroso.

Estrutura e propriedades

[0040] Fibras individuais, isto é, elementos fibrosos do monofilamento fibroso são montados (interligados/agrupados) em conjunto e a maioria das fibras é orientada ao longo da dimensão longitudinal x do monofilamento fibroso.

[0041] Com referência à Figura 3, um monofilamento fibroso compreende uma estrutura tipo monofilamento permanente 1. O monofilamento fibroso compreende uma estrutura irreparável ou irreversível. A estrutura do monofilamento fibroso não pode ser convertida ou desmontada em subestruturas monolíticas, como tiras ou fitas, usando meios mecânicos ou químicos. Como o monofilamento fibroso é feito por um processo de etapa única, não existem tais subestruturas, intermediários ou fases intermediárias entre a suspensão original e o monofilamento fibroso, que seriam reparáveis ou reversíveis. A desintegração do monofilamento fibroso 1 apenas produz fibras de celulose individuais 2. Com referência à Figura 4, é mostrado um corte de monofilamento fibroso por estiramento e fibras de celulose individuais 2 na extremidade cortada do filamento. A Figura 4 ilustra uma vista microscópica de uma localização de falha de um monofilamento fibroso de 20 tex após falha do fio durante o teste de tração (barra de escala 500 μm).

[0042] A forma do monofilamento fibroso pode ser controlada pelo processo de fabricação. O monofilamento fibroso pode ter seção transversal circular. Alternativamente, a seção transversal pode ser plana, como uma elipse. A forma do filamento pode ser controlada durante o processo de fabricação, tal como durante a alimentação da suspensão aquosa ou durante o processo de secagem do monofilamento fibroso. Uma forma de seção transversal do monofilamento fibroso de acordo com um exemplo de monofilamento fibroso de 20 tex é mostrada na Figura 8.

[0043] A estrutura monofilamentar fibrosa, apesar da forma do filamento, é caracterizada por ter uma textura de superfície uniforme e fechada 3, como mostrado na Figura 3. O monofilamento fibroso não pode ser destorcido ou mecanicamente aberto em quaisquer subestruturas, tais como fitas ou tiras de fibras. Os elementos fibrosos do monofilamento fibroso são mecanicamente e quimicamente (por exemplo, através de ligações de hidrogênio) interligados entre si. A Figura 5 mostra exemplos de fios de papel não torcidos ou parcialmente não torcidos (barra de escala 5000 μm). Na Figura 5, o fio de papel fabricado a partir de tiras finas de papel tem uma estrutura dobrada, que pode ser destorcida. A estrutura dobrada resulta em uma superfície altamente porosa do fio de papel.

[0044] Além disso, a dimensão longitudinal dos elementos fibrosos 2 do monofilamento está alinhada essencialmente paralela ao eixo geométrico longitudinal x do filamento, também na superfície exterior, formando assim uma estrutura de superfície apertada e fechada 3. Em outras palavras, a superfície do monofilamento intacto não inclui extremidades cortadas das fibras de celulose 4 que sobressaem da superfície periférica externa do monofilamento. A estrutura de superfície apertada tem efeito no aumento da densidade superficial e na redução da atração capilar do monofilamento fibroso. A estrutura de superfície apertada também pode ter efeito na prevenção do acesso de pequenas partículas ao interior do monofilamento. Com referência à Figura 6, que mostra a vista microscópica da orientação da fibra aleatória do fio de papel não torcido no eixo geométrico longitudinal, observa-se MD. Também se pode observar extremidades cortadas das fibras de celulose 4 que sobressaem da superfície periférica externa, formando uma estrutura de superfície aberta e solta. Essa estrutura de superfície pode resultar em forças capilares aumentadas e aumentar ainda mais o acúmulo de pequenas partículas de matéria estranha.

[0045] O monofilamento fibroso de acordo com pelo menos algumas/todas as modalidades pode ter uma densidade entre 800 e 1700 kg/m3. Monofilamentos fibrosos de acordo com pelo menos algumas/todas as modalidades podem ter uma densidade entre 1000 e 1500 kg/m3. Como exemplo, o monofilamento fibroso compreendendo entre 70 e 90% em peso de fibras de celulose naturais pode exibir uma densidade de 1300 kg/m3.

[0046] As fibras do monofilamento fibroso podem estar essencialmente dispostas na direção longitudinal do monofilamento fibroso. Além disso, ou alternativamente, as fibras podem ter um arranjo irregular. Por exemplo, as fibras podem estar girando em torno do eixo geométrico longitudinal. Em todos os casos, a estrutura do monofilamento fibroso é irreparável (irreversível). Assim, não é possível abrir/desmontar a estrutura monofilamentar ou destorcer as fibras do monofilamento fibroso. O monofilamento fibroso pode compreender diâmetros de 20 a 400 μm. O monofilamento fibroso pode compreender densidade de massa linear de um modo preferido 5 a 100 tex, isto é, 5 a 100 gramas por 1000 metros e especialmente de um modo preferido o monofilamento fibroso pode compreender densidade de massa linear de 5 a 50 tex.

[0047] A Figura 1 mostra a força de ruptura do fio em função do estiramento do fio para um fio de fibra de 20 tex de acordo com uma modalidade. A força de ruptura de monofilamentos fibrosos varia de 0,06 a 0,23 kgF (0,6 a 2,3 N) na modalidade da Figura 1. O monofilamento fibroso compreendendo densidades de massa lineares de 5 a 20 tex, compreende tenacidades de 11 a 15 cN/tex. O monofilamento fibroso compreendendo densidade de massa linear de 20 a 50 tex, compreende tenacidades de 11 a 5 cN/tex. A força de ruptura é determinada de acordo com a norma ASTM D5035.

[0048] O estiramento à ruptura do monofilamento fibroso pode estar entre 2 e 6%. Fibras do monofilamento têm efeito sobre o estiramento à ruptura. Por exemplo, as fibras de termobonding têm efeito de aumentar o estiramento nos valores de ruptura do monofilamento fibroso. A estrutura monofilamentar fibrosa e as suas propriedades mecânicas e táteis podem ser alteradas gradualmente alterando a concentração da polpa e os parâmetros de processamento da suspensão aquosa durante a fabricação do monofilamento fibroso.

[0049] As matérias-primas à base de fibras podem ter efeito nas propriedades de monofilamentos fibrosos. O monofilamento fibroso pode compreender 0 a 99% em peso de fibras de celulose originárias de fonte de matéria-prima à base de plantas. O monofilamento fibroso pode compreender pelo menos 30% ou pelo menos 50% de fibras de celulose originárias de polpa de madeira. O monofilamento fibroso pode opcionalmente compreender fibras virgens ou recicladas originadas de materiais sintéticos, tais como fibras de vidro, fibras poliméricas, fibras metálicas e/ou de fibras naturais, tais como fibras de lã ou fibras de seda. O filamento fibroso pode opcionalmente incluir algodão, linho, cânhamo, fibras de celulose artificiais e/ou polpa feita a partir de resíduos têxteis.

[0050] Combinação de fibras com comprimento médio de fibra entre “2 e 3 mm” (descrevendo fibras curtas) e fibras com comprimento médio de fibra entre “5 e 10 mm” (descrevendo fibras longas) pode ser usada para afetar positivamente a resistência e estiramento do filamento fibroso.

[0051] Combinação de fibras com comprimento médio de fibra entre “1 e 2 mm” (descrevendo fibras curtas) e fibras com comprimento médio de fibra entre “2 e 4 mm” (descrevendo fibras longas) pode ser usada para afetar positivamente a uniformidade de filamento.

[0052] A Figura 9 mostra um exemplo de curvas de tensão- deformação de fibras de madeira coletadas a partir de locais diferentes (anel anual) de um Pinus taeda. Origem e diferentes fontes de fibras podem alterar as propriedades das fibras e também as propriedades do monofilamento fibroso. As fibras podem compreender, por exemplo, diferentes: relações de aspecto, diâmetro, rigidez de flexão, forças de ruptura. Por exemplo, as fibras que crescem no tempo da primavera (descrevendo o lenho inicial) e as fibras que crescem no final do verão (descrevendo o lenho tardio) têm densidades, resistências e estiramentos diferentes. Também as fibras jovens de madeira e as fibras antigas de madeira possuem propriedades mecânicas diferentes. As fibras de madeira de pinheiro jovens podem compreender trecho médio de até 8%, ou até 25%, e tensão média máxima de tração de 400 MPa, enquanto fibras de madeira de pinho podem ter tensão média de 4% e tração máxima de 1200 MPa como mostrado na Figura 9 (Mechanical properties of individual southern pine fibers. Part III: Global relationships between fiber properties and fiber location within an individual tree. Groom et al. Wood and fibre science. 2002, 34 (2), p. 238 a 250).

[0053] O comprimento das fibras de celulose do monofilamento fibroso pode ter efeito nas propriedades de resistência do monofilamento fibroso. Fibras de celulose longas (por exemplo, de madeira macia do norte) permitem proporcionar monofilamentos fibrosos finos com boas propriedades de resistência. O monofilamento fibroso pode compreender uma espessura inferior a 0,1 mm. Por exemplo, o pinheiro pode ser utilizado como fonte de fibras longas e de eucalipto como fonte de fibras curtas. As fibras virgens originárias de pinheiro podem ter um comprimento médio de fibra de 2 a 3 mm. O comprimento médio do comprimento da fibra pesada (medido usando L&W Fiber Tester) das fibras se refere ao comprimento do comprimento da fibra pesada onde pelo menos 90 por cento das fibras estão na faixa do comprimento médio.

[0054] Em um exemplo, o agente de reticulação, o par de reagentes pode ter efeitos sobre as propriedades do monofilamento fibroso. Por exemplo, reagentes diferentes podem ter diferenças em força e estiramento, mas também em outras propriedades, afetando ainda mais as propriedades mecânicas e físicas do monofilamento fibroso.

[0055] Em um exemplo, o nível de refinação (fibrilação da fibra) pode ter efeitos nas propriedades do monofilamento fibroso. A fibrilação mecânica das fibras aumenta a área superficial da fibra e cria, assim, mais ligações com outras fibras. Isso altera as propriedades mecânicas do monofilamento fibroso.

[0056] A Figura 2a ilustra a força medida em função da mudança de posição durante o experimento de teste de tração dinâmica. A Figura 2b ilustra a força medida em função do estiramento do fio durante o experimento de teste de tração dinâmica. No teste, um monofilamento fibroso foi esticado entre as mandíbulas para diferentes comprimentos ciclicamente e retornou ao comprimento original. A distância entre as mandíbulas e a força são medidas durante o experimento. Os resultados mostram que o monofilamento fibroso pode suportar o estiramento repetido. As Figuras 2a e 2b também mostram que o fio fibroso é elástico. Quando a força de estiramento diminui, o comprimento do filamento também diminui.

[0057] A cor do monofilamento fibroso pode ser alterada quer tingindo fibras individuais do monofilamento fibroso quer tingindo o próprio monofilamento fibroso. Isto pode ser feito utilizando métodos de tingimento bem conhecidos das pessoas versadas na técnica, por exemplo, dos processos de fabricação de papel. Com estes métodos de tingimento, o filamento resultante tem uma cor uniforme ao longo de toda a seção transversal. Neste caso, o fio não altera a cor, mesmo quando é aplicada tensão mecânica (por exemplo, lavagem, fricção). O monofilamento fibroso pode ser submetido a tingimento também utilizando corantes têxteis. Por exemplo, corantes comuns de algodão e celulósicos podem ser utilizados. As fibras individuais em suspensões aquosas podem ser submetidas a tingimento antes da fabricação de monofilamento fibroso. Isso pode ter um efeito positivo na quantidade necessária de corante, na penetração do corante, no desgaste dos corantes, nos tons, na qualidade e na estabilidade dos tons.

[0058] Monofilamentos fibrosos de acordo com pelo menos alguns ou todos os aspectos da invenção permitem o uso do monofilamento fibroso em múltiplas aplicações devido às propriedades variáveis do monofilamento fibroso. As propriedades do monofilamento fibroso podem ser selecionadas de acordo com o uso. O uso, bem como as propriedades desejadas do monofilamento fibroso, pode ser selecionado de acordo com o uso final do monofilamento fibroso, material feito de monofilamento fibroso, material compreendendo o monofilamento fibroso e/ou uso de material compreendendo o monofilamento fibroso. Vários fios do tipo monofilamento fibroso podem ser torcidos de modo a formar estruturas fibrosas do tipo multifilamento.

[0059] As propriedades do monofilamento fibroso podem compreender a espessura e a resistência desejadas, dependendo da utilização e do uso. Por exemplo, propriedades como maciez, flexibilidade, sustentabilidade, sustentabilidade de desgaste, estabilidade de forma, elasticidade/inelasticidade e/ou combinabilidade com outros materiais ou fios podem ter efeito nas possibilidades de utilização do monofilamento fibroso.

[0060] O monofilamento fibroso de acordo com pelo menos alguns aspectos da invenção tem um efeito de uma pequena pegada hídrica. O uso de fibras à base de celulose permite a utilização e a reciclagem de madeira, celulose e resíduos de celulose.

[0061] O monofilamento fibroso de acordo com pelo menos algumas modalidades proporciona meios sustentáveis e ecológicos para a indústria do vestuário. Em algumas aplicações, o monofilamento fibroso permite substituir, por exemplo, algodão. O cultivo de algodão em larga escala requer recursos significativos de água. O cultivo de algodão é amplamente realizado em regiões que já sofrem com escassez de água e alimentos. O cultivo de algodão reduz a área agrícola disponível para a produção de alimentos, aumenta o consumo de água e piora o problema de abastecimento de alimentos e água. O uso do algodão é insustentável e a substituição de fontes de fibra é necessária. Propriedades anteriormente apresentadas e métodos de produção de fios de papel não permitiram a substituição do algodão.

[0062] O monofilamento fibroso de acordo com pelo menos alguns ou todos os aspectos da invenção tem efeito de biodegradabilidade. O uso de fibras de base natural permite a reciclagem, reutilização e reuso do monofilamento fibroso e materiais e produtos feitos de tal.

[0063] A descrição anteriormente apresentada é apresentada como ilustrativa de aspectos da invenção. Partes ou detalhes podem ser substituídos, alterados, combinados ou omitidos sem se afastarem do escopo da presente invenção, como definido nas reivindicações.

Claims

1. Monofilamento fibroso com um diâmetro de 20 a 400 μm, o qual compreende pelo menos 30% em peso de fibras de celulose natural à base de planta, em que as fibras de celulose natural à base de planta não são regeneradas, caracterizado pelo fato de que o dito monofilamento compreende entre 1 e 50% em peso de fibras de celulose artificiais.

2. Monofilamento fibroso de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o teor de fibras de celulose artificiais é entre 1 e 30% em peso de fibras de celulose artificiais, de um modo preferido entre 1 e 20% em peso.

3. Monofilamento fibroso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as fibras de celulose artificiais são fibras de Lyocell, contendo entre 1 e 50% em peso de fibras de Lyocell celulósicas sintéticas, de um modo preferido entre 1 e 30% em peso de fibras de Lyocell celulósicas sintéticas, de um modo mais preferido entre 1 e 20% em peso de fibras de Lyocell celulósicas sintéticas.

4. Monofilamento fibroso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente fibras de resíduos têxteis reciclados, contendo de 1 a 50% em peso de fibras de resíduos têxteis reciclados, de um modo preferido entre 30 e 50% em peso de fibras de resíduos têxteis reciclados, de um modo mais preferido entre 40 e 50% em peso de fibras de resíduos têxteis reciclados.

5. Monofilamento fibroso de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que aquelas fibras de resíduos têxteis reciclados compreendem fibras de termobonding, compreendendo opcionalmente pelo menos um dentre polipropileno, poliamida, poliéster, polipropileno/poliéster e fibras cortadas curtas de dois componentes.

6. Monofilamento fibroso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente fibras de resíduos têxteis reciclados de resíduos têxteis pré-consumo, contendo de 1 a 50% em peso de fibras de resíduos têxteis pré-consumo reciclados, de um modo preferido entre 30 e 50% em peso de fibras de resíduos têxteis pré- consumo reciclados, de um modo mais preferido entre 40 e 50% em peso de fibras de resíduos têxteis pré-consumo reciclados, tais fibras de resíduos têxteis pré-consumo reciclados sendo preparadas de acordo com um processo de pré- tratamento de fibras de algodão recuperadas, em que o pré-tratamento das fibras de algodão recuperadas inclui um estágio de remoção de metal e um estágio de branqueamento oxidativo.

7. Monofilamento fibroso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as fibras de celulose artificiais têm um comprimento entre 1 e 10 mm, de um modo preferido entre 2 e 10 mm, de um modo mais preferido entre 4 e 6 mm; e/ou contagem de fios entre 0,7 e 7 dtex, de um modo preferido entre 0,9 e 1,7 dtex.

8. Monofilamento fibroso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o monofilamento fibroso compreende entre 30 e 99% em peso, ou entre 50 e 99% em peso, ou entre 70 e 99% em peso das fibras de celulose natural à base de planta.

9. Monofilamento fibroso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as fibras de celulose natural à base de planta estão interligadas mecanicamente e quimicamente entre si e, opcionalmente, em que a interligação química é proporcionada por ligações de hidrogênio entre as fibras de celulose natural à base de planta.

10. Monofilamento fibroso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as fibras de celulose natural à base de planta têm origem em polpa química, polpa termomecânica, polpa mecânica ou polpa de papel usado.

11. Monofilamento fibroso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito monofilamento compreende adicionalmente de 0,01 a 30% em peso de aditivos, ou de um modo preferido de 0,05 a 20% em peso de aditivos, ou de um modo mais preferido de 0,1 a 15% em peso de aditivos.

12. Monofilamento fibroso de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que os aditivos incluem pelo menos um dentre os seguintes: alginato, ácido algínico, pectina, carragenina, carboximetilcelulose, amido, poliacrilamidas, nanocelulose e resinas, como acetato de vinila.

13. Monofilamento fibroso de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o dito monofilamento fibroso compreende aditivos incluindo fibras termoplásticas, opcionalmente pelo menos uma das seguintes fibras termoplásticas: polipropileno, poliamida, poliéster, polipropileno/poliéster e fibras cortadas curtas de dois componentes.

14. Monofilamento fibroso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dito monofilamento fibroso compreende densidade entre 800 e 1700 kg/m3.

15. Monofilamento fibroso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de compreender densidade de massa linear de 5 a 100 gramas por 1000 metros, sendo 5 a 100 tex; ou de um modo preferido compreendendo densidade de massa linear de 5 a 50 tex.

16. Monofilamento fibroso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de compreender tenacidade de 5 a 25 cN/tex, quando medida de acordo com ASTM D5035.