ES2198717T3 - Procedimiento para la produccion de fibras de celulosa. - Google Patents
Procedimiento para la produccion de fibras de celulosa.Info
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Abstract
LA INVENCION ESTA RELACIONADA CON UN PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACION DE FIBRAS CELULOSICAS DEL TIPO LIOCELL MEDIANTE LA TRANSFORMACION DE UNA SOLUCION HILABLE DE CELULOSA EN UN OXIDO DE AMINA ACUOSO TERCIARIO DESPUES DEL PROCEDIMIENTO DE HILADO EN SECO/MOJADO, QUE ESTA CARACTERIZADO PORQUE PARA EL HILADO SE EMPLEA UNA SOLUCION QUE PRESENTA UNA MASA DE ENTRE 0,05 Y 0,70% REFERIDO A LA MASA DE LA SOLUCION, DE CELULOSA CON UN PESO MOLECULAR DE, COMO MINIMO, 5X10 5 . EL PROCEDIMIENTO SEGUN LA INVENCION PERMITE LA UTILIZACION DE UNA TOBERA DE HILAR, QUE POSEE MAS DE 10.000 ORIFICIOS DE HILADO QUE SE DISPONEN DE MANERA QUE LOS ORIFICIOS DE HILADO ADYACENTES DISTAN, COMO MAXIMO, 3 MM ENTRE SI Y DE MANERA QUE LA DENSIDAD LINEAL DE LOS ORIFICIOS DE HILADO ASCIENDE, COMO MINIMO, A 20.
Description
Procedimiento para la producción de fibras de
celulosa.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la preparación de fibras de celulosa del género
Lyocell mediante la elaboración de una disolución de celulosa
susceptible a hilatura en un óxido de amina terciaria disuelto en
agua de acuerdo con el procedimiento de hilatura seco/húmedo.
Como alternativa a los procedimientos viscosos,
se ha descrito en los últimos años un gran número de procedimientos
en los cuales la celulosa se disuelve sin la formación de un
derivado en un disolvente orgánico, una combinación de un disolvente
orgánico con una sal inorgánica o en disoluciones salinas disuelto
en agua. Las fibras de celulosa que se preparan a partir de tales
disoluciones recibieron por la BISFA (The International Bureau for
the Standardisation of man made fibres - La Oficina Internacional
para la Estandarización de fibras de fabricación humana) la
denominación compartida de género Lyocell. La BISFA define como
Lyocell una fibra de celulosa que resulta de un procedimiento de
hilatura a partir de un disolvente orgánico. Como ``disolvente
orgánico'' entiende la BISFA una mezcla de un producto orgánico y
agua.
Sin embargo, hasta hoy sólo se ha establecido
hasta la realización industrial un único procedimiento para la
preparación de fibras de celulosa del género Lyocell, en concreto el
procedimiento del óxido de amina. En este procedimiento se utiliza
preferentemente como disolvente
N-metilmorfolina-N-óxido (NMMO).
Para los objetos de la presente invención se utilizará en
sustitución del concepto ``óxido de amina terciaria'' la apócope
``NMMO'', donde NMMO corresponde adicionalmente al
N-metilmorfolin-N-óxido utilizado
preferentemente en la actualidad.
Los óxidos de amina terciarios se conocen ya
desde hace tiempo como disolventes alternativos de la celulosa. En
las patentes US-PS 2,179,181 se describe por ejemplo
que los óxidos de amina terciaria permiten disolver celulosa química
de alto valor sin derivatizarla y que a partir de estas disoluciones
pueden obtenerse formas moldeadas de celulosa, como por ejemplo
fibras, mediante precipitación. En las patentes
US-PS 3,447,939, 3,447,956 y 3,508,941 se describen
procedimientos adicionales para la preparación de disoluciones de
celulosa, donde se utilizan preferentemente óxidos de amina cíclicos
como disolvente. En todos estos procedimientos se disuelve la
celulosa físicamente a elevadas temperaturas.
En la solicitud de patente
EP-A-0 356 419 de la solicitante se
describe un procedimiento, que se lleva a cabo preferentemente en un
aparato de tratamiento de capa fina, en el cual se transporta una
suspensión de la celulosa desmenuzada en un óxido de amina terciaria
disuelto en agua en forma de una capa fina extendida sobre una
superficie de calefacción, donde se expone la superficie superior de
esta capa fina al vacío. Durante el transporte de la suspensión
sobre la superficie de calefacción se evapora agua y la celulosa
puede disolverse, de manera que se distribuye una disolución de
celulosa susceptible a hilatura del extrusionadora en film.
Por ejemplo, en la solicitud de patente
US-A- 4 246 221 se describe un procedimiento para
hilar disoluciones de celulosa. Según este procedimiento se
extrusiona la disolución de hilatura a través de una hilera en
filamentos o hilos, los cuales se conducen a través de un
entrehierro a un baño de precipitación, en el cual se precipita la
celulosa. En el entrehierro se estiran los filamentos, de manera que
se pueda conferir a las fibras las propiedades físicas apropiadas,
como por ejemplo una mayor resistencia. Mediante la precipitación de
la celulosa en el baño de precipitación se fijan estas propiedades
físicas, de manera que no es necesario ningún estiramiento
adicional. Este procedimiento se conoce en general como
procedimiento de hilatura seco/húmedo.
Según la solicitud de patente
US-A- 4 144 080 los filamentos recién hilados pueden
enfriarse en el entrehierro. Adicionalmente se propone rociar la
superficie superior de los filamentos con un agente de
precipitación, para disminuir el peligro de que los filamentos se
aglutinen entre ellos. Sin embargo, un rociamiento de este tipo
tiene la desventaja de que la celulosa precipita en la superficie
superior del filamento, de manera que se hace más difícil ajustar
las propiedades de las fibras mediante estiramiento.
La solicitud de patente EP-A- 0
648 808 describe un procedimiento para modelar una disolución de
celulosa, donde los componentes de celulosa de la disolución
contienen como primer componente una celulosa con un grado de
polimerización medio (DP) de 500 a 2000 y como segundo componente
una celulosa con un DP menor que el 90% del DP del primer componente
en el rango de 350 a 900. La relación en peso del primer componente
respecto al segundo debe ser de 95:5 a 50:50.
La patente WO 93/19230 de la solicitante mejora
el procedimiento de hilatura seco/húmedo y aumenta su productividad.
Esto se realiza mediante un determinado insuflado con un gas de
refrigeración inerte, teniendo lugar la refrigeración directamente
dentro de la hilera. De esta manera es posible reducir intensamente
la capacidad aglutinante de los hilos recién extruídos y de esta
manera hilar cortinas de hilo más gruesos, es decir, utilizar una
hilera con una densidad de orificios mayor, en concreto hasta 1,4
orificios/mm^{2}, de manera que puede aumentarse de forma natural
la productividad del procedimiento de hilatura seco/húmedo en grado
considerable. Para enfriar los hilos recién extruídos se utiliza
aire que presenta una temperatura entre –6ºC y +24ºC.
La patente WO 95/02082 de la solicitante describe
de la misma manera un procedimiento de hilatura seco/húmedo. En este
procedimiento se utiliza aire de refrigeración que posee una
temperatura entre 10ºC y 60ºC. La humedad del aire de refrigeración
se encuentra por kilogramo entre 20 g de H_{2}O y 40 g de
H_{2}O.
Las patentes WO 95/01470 y WO 95/04173 de la
solicitante describen procedimientos de hilatura, en los cuales se
utiliza una hilera con una densidad de orificio de 1,59
orificios/mm^{2} y una hilera con 15048 orificios en total,
respectivamente. El aire de refrigeración presenta en ambos casos
una temperatura de 21ºC.
La patente WO 94/28218 propone la utilización muy
general de hileras con 300 a 100.000 orificios. La temperatura del
aire de refrigeración se encuentra entre 0ºC y 50ºC. El experto en
la técnica puede deducir a partir de esta bibliografía que la
humedad se encuentra entre 5,5 g de H_{2}O y 7,5 g de H_{2}O por
kilogramo. De esta manera se consigue un ambiente relativamente seco
en el entrehierro.
La patente WO 96/17118 trata también sobre el
ambiente en el entrehierro, constatándose que el ambiente debe ser
lo más seco posible, en particular de 0,1 g de H_{2}O hasta 7 g de
H_{2}O por kilogramo de aire, para una humedad relativa menor que
el 85%. Como temperatura para el aire de refrigeración se propone de
6ºC a 40ºC. El experto en la técnica deduce a partir de esta
bibliografía que el ambiente debe mantenerse lo más seco posible
durante la hilatura.
Esto mismo se deduce también a partir de la
patente WO 96/18760, que propone una temperatura de entrehierro
entre 10ºC y 37ºC y una humedad relativa del 8,2% al 19,3%, lo cual
significa de 1 g de H_{2}O a 7,5 g de H_{2}O por kilogramo de
aire.
La patente WO 96/20300 de la solicitante describe
entre otras cosas la utilización de una hilera con 28392 orificios
de hilatura. El aire en el entrehierro muestra una temperatura de
12ºC y una humedad de 5 g de H_{2}O por kilogramo de aire. A
partir de esta bibliografía se deduce también la tendencia a
mantener el ambiente en el entrehierro más bien seco y fresco, en
particular en la utilización de una hilera con un número de
orificios de hilatura muy elevado, y también en la hilatura de una
cortina de hilos relativamente gruesa.
La patente WO 96/21758 trata de la misma manera
del ambiente a graduar en el entrehierro, proponiéndose una segunda
etapa de insuflado con un aire de refrigeración diferente y se
insufla la parte superior del entrehierro con aire menos húmedo y
fresco.
Una desventaja de la utilización de aire menos
húmedo es que un aire de este tipo sólo puede condicionarse de forma
costosa. La inversión técnica necesaria para preparar aire de
refrigeración con baja humedad en grandes cantidades para el
procedimiento de óxido de amina, es considerable.
Adicionalmente se ha puesto de manifiesto que el
aire de refrigeración se calienta progresivamente y se vuelve cada
vez más húmedo durante su paso a través de la cortina de hilos, dado
que las fibras recién extruídas que abandonan la hilera presentan
una temperatura mayor que 100ºC y un contenido disuelto en agua de
aproximadamente 10%. La solicitante ha constatado ahora que esta
progresiva toma de agua en cortinas de hilos muy gruesas puede
llevar a que el ambiente requerido sólo pueda ajustarse más mediante
dispositivos de insuflado costosos técnicamente y que sin estos
dispositivos no pueda aumentarse más el grosor del hilo.
Es objeto de la invención, eliminar esta
desventaja y poner a punto un procedimiento para la preparación de
fibras de celulosa del género Lyocell mediante la elaboración de una
disolución susceptible a hilatura de celulosa en un óxido de amina
terciaria disuelto en agua de acuerdo con el procedimiento de
hilatura seco/húmedo, donde pueda hilarse una cortina de hilos
gruesa y sin embargo el aire de insuflado no tenga que estar seco. A
pesar de estas ventajas, el procedimiento debe poder llevarse a cabo
con una buena capacidad de hilatura, donde la capacidad de hilatura
será mejor cuanto menor sea el calibre mínimo alcanzable (ver más
abajo).
Este objeto se consigue en un procedimiento del
tipo definido más arriba, mediante la utilización de una disolución
para hilatura que presente entre un 0,05% en masa y un 0,70% en
masa, en particular entre un 0,10% y un 0,55% en masa y
preferentemente entre un 0,15% y un 0,45% en masa, respecto a la
masa de la disolución, de celulosa y/u otro polímero con un peso
molecular de 5x10^{5} (= 500.000) como mínimo.
El peso molecular se determina mediante los
procedimientos cromatográficos descritos más abajo. Para los objetos
de la presente invención se designará como moléculas de cadena larga
moléculas de celulosa u otras moléculas poliméricas, que produzcan
señales correspondientes a un peso molecular de 5x10^{5} como
mínimo, mediante los procedimientos cromatográficos descritos más
abajo.
La invención se basa en el conocimiento de que la
presencia de moléculas de celulosa de cadena larga y/u otros
polímeros en la disolución de hilatura en el rango de
concentraciones indicado mejora el comportamiento de hilatura de
manera que puede utilizarse aire de insuflado que no necesita estar
seco. Esto significa que se proporciona una buena capacidad de
hilatura también para el insuflado de cortinas de hilos muy gruesas,
incluso en aquellas zonas de la cortina de hilo que están situadas
más hacia fuera en la dirección de insuflado y que por lo tanto sólo
pueden alcanzarse mediante aire de insuflado ``usado'', es decir,
considerablemente caliente y húmedo.
Es substancial para la invención que el contenido
indicado en moléculas de celulosa de cadena larga en la disolución
de hilatura esté presente inmediatamente antes de la hilatura. Dado
que las cadenas de celulosa se desintegran gradualmente en una
disolución de hilatura, como es sabido, debe preverse por tanto, ya
durante la preparación de la disolución de hilatura, que la
proporción de moléculas de cadena larga sea lo suficientemente alto
como para que la desintegración de celulosa en el período de tiempo
desde la preparación de la disolución de hilatura hasta su hilatura
no sea tan grande para que se rebase por debajo la concentración
mínima según la invención del 0,05% en masa.
Por otro lado, sin embargo, la capacidad de
hilatura empeora considerablemente cuando la concentración en
moléculas de cadena larga se encuentra sobre el 0,70% en masa. Esto
es válido para una hilatura con aire de insuflado tanto húmedo como
seco.
En el procedimiento según la invención se emplean
preferentemente mezclas de celulosa que presentan en la disolución
de hilatura el contenido indicado en moléculas de cadena larga.
También se muestra a este respecto, de forma
sorprendente, que durante la hilatura de una disolución de hilatura
que contiene dicha mezcla de celulosa, se obtienen fibras con un
bajo declive de fibrilación. Este efecto aumenta aún más al aumentar
el contenido en humedad del aire en el entrehierro.
Como óxido de amina terciaria ha dado los mejores
resultados el
N-metil-morfolin-N-óxido.
La invención se refiere también a la utilización
de una disolución susceptible a hilatura de celulosa en un óxido de
amina terciaria disuelto en agua, cuya disolución presenta entre el
0,05% en masa y el 0,70% en masa, en particular entre el 0,10% y el
0,55% en masa, y preferentemente entre el 0,15% y el 0,45% en masa,
respecto a la masa de la disolución, de celulosa con un peso
molecular de 5x10^{5} como mínimo, para la preparación de fibras
de celulosa con un calibre de 1 dtex como máximo.
La invención se refiere también a una fibra de
celulosa del género Lyocell, caracterizada por poderse obtener
mediante el procedimiento de la invención y que presenta una
proporción de celulosa con un peso molecular de 5x10^{5} como
mínimo, entre el 0,25% y el 7,0% en masa, en particular entre el
1,0% y el 3,0% en masa, respecto a la masa de la fibra de
celulosa.
Preferentemente la fibra según la invención se
caracteriza por presentar un calibre de 1 dtex como máximo.
Fibras Lyocell con un calibre de 1 dtex o menos
se mencionan en la patente WO 96/13071, WO 97/35054
y
\breakWO 98/07911.
Otra forma de realización preferida de la fibra
según la invención es la fibra discontinua.
La invención se refiere además a un procedimiento
para la preparación de fibras de celulosa del género Lyocell
mediante la elaboración de una disolución de celulosa susceptible a
hilatura en un óxido de amina terciaria disuelto en agua de acuerdo
con el procedimiento de hilatura seco/húmedo, caracterizado por el
hecho de que
(1) se utiliza una disolución para hilatura que
presenta una proporción de celulosa con un peso molecular de
5x10^{5} como mínimo, entre un 0,05% en masa y un 0,70% en masa,
en particular entre un 0,10% y un 0,55% en masa y preferentemente
entre un 0,15% y un 0,45% en masa, respecto a la masa de la
disolución,
(2) se utiliza una hilera para hilatura, la cual
posee más de 10.000 orificios de hilatura, los cuales se disponen de
tal manera que los orificios de hilatura vecinos estén separados
como máximo 3 mm entre ellos y que la densidad lineal de los
orificios de hilatura sea como mínimo 20.
El concepto ``densidad lineal'' es una densidad
crítica definida por la solicitante y da el número de fibras por
milímetro de cortina de fibras que atraviesa el aire de insuflado.
Se puede calcular la densidad lineal, dividiendo el número total de
orificios de hilatura de la hilera por la denominada superficie
anström (en mm^{2}) y multiplicando por la longitud del
entrehierro (en mm). La ``superficie anström'' es la superficie que
se encuentra en ángulo recto respecto la superficie superior del
baño de hilatura, la cual se despliega a través del entrehierro (en
mm) y a través de la primera línea de filamentos que alcanza el gas
de insuflado, y la correspondiente ``línea de orificios'' de la
hilera, y la línea formada a su través (longitud total en
mm). Como aclaración se remite a la Fig. 3 adjunta.
La Figura 3 muestra esquemáticamente una hilera
rectangular 1 con orificios de hilatura 2, a partir de los cuales se
extrusionan los filamentos 3. La longitud del entrehierro se designa
como ``1''. Los filamentos 3 se introducen en el baño de
precipitación (no representado) después de pasar el entrehierro. En
la Fig. 3 sólo se dibujan de forma manifiesta los filamentos en el
entrehierro.
La superficie Anström es el producto matemático
de la longitud del entrehierro ``1'' y la densidad ``b'' de la
primera línea de filamentos. La densidad lineal se obtiene entonces
mediante la siguiente relación matemática: Densidad \; lineal \;
(mm) = \frac{Orificios \; de \; hilatura \; de \; la \;
hilera}{Superficie \; Anstr\ddot{o}m \; mm^{2}} \; x \;
Entrehierro
A continuación se describe con mayor detalle la
invención.
El perfil de peso molecular de una celulosa puede
obtenerse mediante cromatografía de permeación en gel (GPC),
representándose en un diagrama la ``Fracción en peso diferencial''
en [%] como ordenada en función del peso molecular [g/mol;
representación logarítmica].
La altura ``Fracción en Peso Diferencial''
describe el porcentaje de frecuencia de la fracción de masa
molecular.
Para el análisis mediante GPC se disuelve la
celulosa en dimetilacetamida/LiCl y se cromatografía. Se detecta
mediante la medición del calibre de ruptura y la llamada medición
``MALLS'' - (= Scattering de radiación láser multiángulo) (Bomba
HPLC: casa comercial Kontron; colector de muestras: HP 1050; casa
comercial Hewlett Packard; medio cromatográfico: 9 g LiCl/L DMAC;
Detector IR: Tipo F511, casa comercial ERC; longitud de onda láser:
488 nm; incremento dn/dc: 1,36 ml/g; software de análisis: Astra 3d,
Versión 4.2, casa Wyatt; columna: 4 piezas de columna, 300 mm x 7,5
mm, material de relleno: PL Gel 20 \mu - Mixed A, casa comercial
laboratorios Polymer; concentración de muestra: 1 g/l medio
cromatográfico; volumen de inyección: 40 \mul, velocidad de flujo:
1 ml/min.
El aparato de medida se calibra mediante los
métodos habituales del experto en la técnica.
El análisis de la señal se efectúa por Zimm,
donde la fórmula Zimm debe introducirse eventualmente en el software
de análisis.
En la Figura 1a se representa a modo de ejemplo
el perfil de peso molecular para la celulosa Viscokraft LV
(Fabricante: International Paper). El diagrama de la Fig. 1a muestra
que esta celulosa consta en una gran parte de moléculas con un peso
molecular de aproximadamente 100.000 y que esta celulosa no posee
prácticamente ningún porcentaje (aproximadamente el 0,2%) con un
peso molecular mayor que 500.000. Una disolución de celulosa al 15%
exclusivamente de esta celulosa (véase más abajo el fabricante) en
un óxido de amina disuelto en agua (= masa de hilatura) no
corresponde por tanto a la que se utiliza según la invención.
A modo comparativo, la Fig. 1b muestra el perfil
de peso molecular de la celulosa Alistaple LD 9.2 (Fabricante:
Western Pulp). Para esta celulosa se encuentra un máximo de
frecuencia de masa molecular en aproximadamente 200.000 y además el
diagrama muestra que esta celulosa posee un gran porcentaje
(aproximadamente el 25%) de moléculas con un peso molecular mayor
que 500.000. Una masa de hilatura que contiene exclusivamente una
celulosa de este tipo en un 15% en masa, posee aproximadamente un 4%
(respecto a la masa de la disolución; no se tiene en cuenta la
desintegración durante la preparación de la disolución) de moléculas
de celulosa con un peso molecular mayor que 500.000 y por tanto
tampoco corresponde a la utilizada según la invención.
La Figura 1c muestra el perfil de peso molecular
de una mezcla de celulosa a partir de un 70% de Viscokraft LV y un
30% de Alistaple LD 9.2. Para esta mezcla de celulosa el máximo se
encuentra alrededor de 100.000 y además el diagrama muestra que esta
mezcla de celulosa posee un porcentaje en moléculas con un peso
molecular mayor que 500.000 de aproximadamente el 7%.
Una masa de hilatura que contiene un 15% de esta
mezcla contendría -no teniendo en cuenta la desintegración de las
moléculas durante la preparación de la disolución- aproximadamente
un 1% (respecto a la masa de la disolución) de moléculas de celulosa
con un peso molecular mayor que 500.000. Sin embargo, tal y como se
ha mencionado más arriba, las moléculas de celulosa están sometidas
a una desintegración durante la disolución en el óxido de amina
disuelto en agua, de manera que el contenido en moléculas de cadena
larga disminuye y que una masa de hilatura que se ha preparado a
partir de la mezcla mencionada, muestra un porcentaje
significativamente menor de estas moléculas de cadena larga. Esto se
muestra en la Fig. 1d, que representa el perfil de peso molecular,
ajustado mediante GPC, de la celulosa precipitada a partir de la
masa de hilatura inmediatamente antes de la hilatura. Esta masa de
hilatura que representa la disolución de celulosa inmediatamente
antes de la hilatura, contiene más moléculas de cadena larga sólo en
un 0,4% en masa y por lo tanto es una disolución de celulosa
susceptible a utilización según la invención.
Una celulosa del tipo Solucell 400 (Fabricante:
Bacell SA, Brasil), también muestra una distribución de pesos
moleculares que es apropiada para la preparación de una disolución
de celulosa según la invención.
La celulosa desmenuzada, es decir, una mezcla de
celulosas desmenuzadas, se suspende en un NMMO al 50% disuelto en
agua, se introduce en un amasador (Tipo:
IKA-Laborkneter HKD-T; Fabricante:
IKA-Labortechnik) y se deja impregnar durante una
hora. Finalmente se evapora calentando el amasador con un medio de
calentamiento atemperado a 130ºC y disminuyendo la presión de agua,
hasta que la celulosa se haya disuelto completamente.
Como aparato de hilatura se utilizará un aparato
de índice de fusión común para el tratamiento de plástico de la
compañía Davenport. Este aparato consta de un cilindro de acero
susceptible a calentamiento y de temperatura regulable, en el cual
se introduce la masa de hilatura. La masa de hilatura se extrusiona
a través de la hilera colocada en la cara inferior del cilindro de
acero, la cual muestra un orificio con un diámetro de 100 \mum,
mediante un pistón que se carga con un peso.
Para el experimento, la masa de celulosa colocada
en el aparato de hilatura (contenido en celulosa: 15%) se extrusiona
a través del orificio de hilatura y se conduce sobre un entrehierro
con una longitud de 3 cm en un baño de precipitación acuoso, se
cambia de dirección, se extrae sobre una nesga, que se dispone
detrás del baño de precipitación y se estira a su través. La salida
de masa de hilatura a través de la hilera es de 0,030 g/min. La
temperatura de hilatura es de 80ºC a 120ºC.
Para simular el comportamiento de hilatura se
tomará el mínimo calibre susceptible a hilatura. Para ello se
calcula la máxima velocidad de extracción (m/min) aumentándose la
velocidad de extracción hasta que arranca el hilo. Esta velocidad se
anota y se toma para el cálculo del calibre mediante la fórmula que
se indica más abajo. Cuanto mayor es este valor, mejor es el
comportamiento de hilatura así como la capacidad de hilatura.
El calibre obtenido para la máxima velocidad de
extracción, se calcula mediante la fórmula general siguiente:
Calibre \; (dtex) = \frac{1,21 \; x \; K \; x \; A \; x \; 100}{G
\; x \; L} Donde K es la concentración de celulosa en % en masa, A
la salida de masa de hilatura en g/minuto, g es la velocidad de
extracción en m/minuto y L es el número de orificios de hilatura de
la hilera. Para los siguientes ejemplos la concentración de celulosa
es del 15%, A es = 0,030 g/minuto y L es = 1.
El insuflado de los filamentos en el entrehierro
tuvo lugar a lo largo de su longitud total y en ángulo recto hacia
los mismos. La humedad del aire se ajustó mediante un
termostato.
Según las indicaciones de trabajo descritas más
arriba se preparó una masa de hilatura a partir de la celulosa
Viscokraft LV (Fabricante: International Paper Corp.), cuyo perfil
de peso molecular se representa en la Fig. 1a, y se hiló a
diferentes valores de humedad en el entrehierro, calculándose la
velocidad de extracción máxima así como el mínimo calibre
susceptible a hilatura. Los resultados se indican en la Tabla 1.
En la Tabla 1 ``Temp.'' se refiere a la
temperatura de la masa de hilatura en ºC, ``Humedad'' a la humedad
del aire en el entrehierro en g agua/kg aire, y ``máx. vel.
Extracc.'' se refiere a la velocidad de extracción máxima en
m/minuto. El calibre se calculó mediante las fórmulas indicadas más
arriba y tiene como unidad dtex.
\dotable{\tabskip\tabcolsep\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
Celulosa Viscokraft LV \+ Temp. \+ Humedad \+ Máx. vel. extracc. \+
Calibre\cr '' \+ 115 \+ 0 \+ 176 \+ 0,31\cr '' \+ 115 \+ 20 \+ 99
\+ 0,55\cr '' \+ 115 \+ 48 \+ 63 \+ 0,86\cr '' \+ 120 \+ 0 \+ 170
\+ 0,32\cr '' \+ 120 \+ 22 \+ 83 \+ 0,66\cr '' \+ 120 \+ 47 \+ 52
\+
1,05\cr}
Los resultados representados en la Tabla 1
muestran que la velocidad de extracción máxima y el calibre mínimo
disminuye y aumenta, respectivamente, al aumentar la humedad. Esto
significa que la capacidad de hilatura de una disolución de esta
celulosa, que prácticamente no muestra proporción de cadena larga,
empeora al aumentar la humedad en el entrehierro.
\newpage
\break(> 0,70 % en masa)
Según las indicaciones de trabajo descritas más
arriba, se preparó una masa de hilatura a partir de la celulosa
Alistaple LD 9.2 (Fabricante: Western Pulp), cuyo perfil de pesos
moleculares se representa en la Fig. 1b, y se hiló a diferentes
valores de humedad en el entrehierro, calculándose la velocidad de
extracción máxima y el mínimo calibre susceptible a hilatura. Se
obtuvo el resultado contrario: la capacidad de hilatura era algo
mejor a valores de humedad más altos en el entrehierro que a valores
de humedad más bajos. Sin embargo, la capacidad de hilatura de
dichas masas de hilatura es a fin de cuentas claramente peor, tal y
como se observa teniendo en cuenta el calibre mínimo, dado que ya
contienen una proporción demasiado alta de componentes de peso
molecular elevado.
Según las indicaciones de trabajo descritas más
arriba, se preparó una masa de hilatura al 15% en masa a partir de
una mezcla con un 30% de Alistaple LD 9.2 y un 70% de Viscokraft LV.
La mezcla de celulosas muestra inmediatamente antes de la hilatura
una distribución de pesos moleculares tal y como se indica en la
fig. 1d. La masa de hilatura se hiló a una temperatura de 120ºC a
diferentes valores de humedad en el entrehierro. El resultado de
este experimento se indica en la Tabla 2 presentada a
continuación:
\dotable{\tabskip\tabcolsep\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
Mezcla de celulosas \+ Humedad \+ Máx.vel.extr. \+ Calibre\cr
(Alistaple/Viscokraft)\+\+\+\cr 30/70 \+ 30 \+ 116 \+ 0,47\cr
30/70 \+ 50 \+ 118 \+ 0,46\cr 30/70 \+ 70 \+ 127 \+
0,43\cr}
Se observa claramente en la tabla, que a
diferencia de una masa de hilatura con un 15% de la celulosa
Viscokraft no se obtiene un empeoramiento del mínimo calibre
alcanzable, sino que de hecho se consigue una ligera mejora. Sin
embargo, en comparación con una masa de hilatura con un 15% de la
celulosa Alistaple, pueden lograrse calibres claramente más bajos.
Además también se observa que la capacidad de hilatura de esta masa
de hilatura según la invención es relativamente independiente del
ambiente en el entrehierro.
En numerosos experimentos de hilatura, en los
cuales se utilizaron estas mezclas de celulosa o similares y a
partir de las cuales se obtuvieron disoluciones de hilatura con la
composición según la invención, la solicitante también ha constatado
que el declive de fibrilación de las fibras preparadas se reduce
respecto las fibras no preparadas según la invención. Además,
durante la hilatura de disoluciones de hilatura según la invención,
al aumentar la humedad en el entrehierro se reduce aún más el
declive de fibrilación de las fibras preparadas.
La Fig. 2 muestra el comportamiento de hilatura
de disoluciones de celulosa con proporciones variables de moléculas
de cadena larga, donde se indica como ordenada el calibre mínimo
(dtex) y como abcisa la concentración de moléculas de celulosa con
un peso molecular de 500.000 como mínimo, en cada disolución de
celulosa. Las concentraciones se determinaron inmediatamente antes
de la hilatura.
La proporción de moléculas de cadena larga se
ajustó mezclando las cantidades correspondientes de Alistaple LD 9.2
con Viscokraft LV. La concentración de celulosa era en todos los
casos del 15% en masa.
A partir de la fig. 2 puede deducirse:
- -
- que existe una relación entre capacidad de hilatura y concentración de moléculas de cadena larga;
- -
- que en presencia de aire seco en el entrehierro (ahora ``b'')la capacidad de hilatura aproximadamente lineal siempre mejora cuando disminuye la concentración en moléculas de cadena larga;
- -
- que en presencia de aire húmedo en el entrehierro (curva ``a''), la capacidad de hilatura al principio siempre mejora al disminuir la concentración de moléculas de cadena larga, pero vuelve a empeorar a partir de una concentración de aproximadamente el 0,25% en masa, donde este empeoramiento se manifiesta especialmente a partir del 0,05% en masa.
En la fig. 2 se representa el rango según la
invención (de 0,05% al 0,70% en masa). En este rango el calibre sólo
oscila entre aproximadamente 0,4 dtex y 0,75 dtex, y particularmente
de forma independiente respecto a la humedad en el entrehierro. Esto
significa que la capacidad de hilatura en este rango es
prácticamente independiente de la humedad en el entrehierro y que
masas de hilatura con moléculas de cadena larga en el rango de
concentraciones según la invención indicado puede hilarse en
cortinas de hilos gruesas, en las cuales la humedad del aire no
supone prácticamente ninguna influencia negativa sobre la capacidad
de hilatura, de manera que son innecesarios una aclimatación y un
acondicionamiento del aire de insuflado.
La solicitante ha constatado mediante extensos
experimentos, que pueden hilarse de esta manera cortinas de hilos
con mayor densidad lineal, y en particular una densidad lineal de 20
como mínimo, que normalmente se insuflan con aire.
Se prepararon mediante el procedimiento indicado
como 2, disoluciones de celulosa con una concentración de celulosa
total del 15% en peso.
Como material de celulosa a utilizar se escogió
las siguientes celulosas:
| 1) Viscokraft LV (100%) |
| 2) Viscokraft LV (85%), Alistaple LD 9.2 (15%) |
La disolución de celulosa que contenía un 100% de
Viscokraft LV como material de celulosa, no correspondía,
inmediatamente antes de la hilatura a una disolución de celulosa
utilizada según la invención.
La disolución de celulosa que contenía un 85% de
Viscokraft LV y un 15% de Alistaple LD 9.2 como material de celulosa
correspondía, inmediatamente antes de la hilatura, a una disolución
de celulosa utilizada según la invención.
Se prepararon fibras a partir de las disoluciones
de celulosa mediante las condiciones de trabajo indicadas
\hbox{como 3.} Para cada experimento particular se
mantuvieron las mismas condiciones para el insuflado de los
filamentos en el entrehierro (véase 4), a excepción de que se
introdujo aire con diferentes valores de humedad. Se midió la
fibrilación de las fibras preparadas de esta manera mediante el test
indicado más abajo.
Se simuló la fricción entre las fibras durante
los procedimientos de lavado o bien de equipamiento en estado húmedo
mediante el siguiente test: se introdujeron 8 fibras con una
longitud de 20 mm con 4 ml de agua en un matraz y se agitó durante 9
horas en un aparato agitador de laboratorio del tipo
RO-10 de la casa comercial Gehardt, Bonn (BRD), en
el nivel 12. El comportamiento de fibrilación de las fibras se juzgó
después bajo el microscopio, contando el número de fibrillas por
cada 0,276 mm de longitud de fibra.
En la siguiente tabla se indica la fibrilación
determinada según las condiciones indicadas más arriba:
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
Celulosa utilizada \+ Calibre \+ Humedad del aire de insuflado \+
Número de fibrillas\cr \+ (dtex) \+ (g H _{2} O/kg aire)\+\cr
100% Viscokraft LV \+ 1,7 \+ 10 \+ > 50\cr 15% Alistaple LD
9,2/85% Viscokraft LV \+ 1,7 \+ 10 \+ 24\cr 15% Alistaple LD
9,2/85% Viscokraft LV \+ 1,7 \+ 20 \+
12\cr}
A partir de la tabla se observa claramente que el
declive de fibrilación de fibras preparadas a partir de disoluciones
de celulosa con la composición según la invención es menor que en el
caso de fibras preparadas a partir de disoluciones de celulosa
mediante una composición diferente a la de la invención. Además se
observa a partir de la tabla que el declive de fibrilación de fibras
preparadas a partir de disoluciones de celulosa utilizadas según la
invención disminuye aún más cuando se utiliza aire con mayor humedad
para el insuflado.
Claims (9)
1. Procedimiento para la preparación de fibras
de celulosa del género Lyocell mediante la elaboración de una
disolución de celulosa susceptible a hilatura en un óxido de amina
terciario disuelto en agua de acuerdo con el procedimiento de
hilatura seco/húmedo,
caracterizado por el hecho de que,
se utiliza para la hilatura una disolución que
presenta entre un 0,05% en masa y un 0,70% en masa, respecto a la
masa de la disolución, de celulosa y/u otro polímero con un peso
molecular de 5x10^{5}.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que se utiliza para la hilatura
una disolución que presenta entre un 0,10% y un 0,55% en masa,
respecto a la masa de la disolución, de celulosa y/u otro polímero
con un peso molecular de 5x10^{5}.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de que se utiliza para la hilatura
una disolución que presenta entre un 0,15% y un 0,45% en masa,
respecto a la masa de la disolución, de celulosa y/u otro polímero
con un peso molecular de 5x10^{5}.
4. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que se
utiliza N-metilmorfolin-N-óxido como
óxido de amina terciaria.
5. Utilización de una disolución susceptible a
hilatura de celulosa en un óxido de amina terciario disuelto en
agua, presentando dicha disolución entre un 0,05% y un 0,70% en
masa, respecto a la masa de la disolución, de celulosa con un peso
molecular de 5x10^{5} como mínimo, para la preparación de fibras
de celulosa con un calibre de 1 dtex como máximo.
6. Fibra de celulosa del género Lyocell, obtenida
mediante un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1
a 4, caracterizadas por el hecho de que presenta entre un
0,25% y un 7,0% en masa, en particular entre un 1,0% y un 3,0% en
masa y preferentemente entre un 0,15% y un 0,45% en masa, respecto a
la masa de las fibras celulósicas, de celulosa con un peso molecular
de como mínimo.
7. Fibra de celulosa según la reivindicación 6,
caracterizada por el hecho de que presenta un calibre de 1
como máximo.
8. Fibra de celulosa según cualquiera de las
reivindicaciones 6 ó 7, caracterizada por el hecho de que se
presenta como fibra discontinua.
9. Procedimiento para la preparación de fibras de
celulosa del género Lyocell mediante la elaboración de una
disolución de celulosa susceptible a hilatura en un óxido de amina
terciaria disuelto en agua de acuerdo con el procedimiento de
hilatura seco/húmedo,
caracterizado por el hecho de que,
(1) se utiliza una disolución para hilatura que
presenta entre un 0,05% en masa y un 0,70% en masa, respecto a la
masa de la disolución, de celulosa con un peso molecular de
5x10^{5} como mínimo, y
(2) se utiliza una hilera para hilatura, la cual
posee más de 10.000 orificios de hilatura, los cuales se disponen de
tal manera que los orificios de hilatura vecinos estén separados
como máximo 3 mm entre ellos y que la densidad lineal de los
orificios de hilatura sea como mínimo 20.
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