ES2874059T3 - Procedimiento de procesamiento de material de fibras de líber - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de procesamiento de un material de fibras de líber que comprende una parte leñosa, celulosa y sustancias incrustantes para dar fibras elementales, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes: a. suministrar una materia prima de fibras de líber a una abridora de balas con un elemento de aflojamiento y a un sistema de medición; b. tratar bioquímicamente la materia prima; c. proporcionar un medio líquido y procesar la materia prima tratada bioquímicamente en el medio líquido utilizando una descarga eléctrica de impulsos de alta tensión en cámaras; d. enjuagar el producto de la etapa (c) con reactivos emulsionantes; e. lavar y prensar el producto de la etapa (d) seguido por aflojamiento, secado final y aflojamiento fino para dar unas fibras elementales que conserven la longitud, el diámetro y la estructura cristalina ordenada de la celulosa en el material de fibras de líber; caracterizado por que la materia prima de fibras de líber es un producto intermedio de un material de fibras de líber después de tratamiento biológico sin espadillado mecánico.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de procesamiento de material de fibras de líber
Campo de invención
La invención se refiere a la industria textil, y específicamente a procedimientos de procesamiento de materiales de fibras de líber, por ejemplo, fibras de lino, cáñamo, yute, ortigas, kenaf y otras plantas.
Estado anterior de la técnica
A partir del estado de la técnica, se conocen diversos procedimientos mecánicos, químicos, biológicos, físicos, fisicoquímicos y mecánico-químicos para el procesamiento de materiales de fibras de líber para obtener el producto establecido por los parámetros del procedimiento técnico con el que va a convertirse la fibra obtenida. Pueden mencionarse en particular los procedimientos divulgados en las patentes para las invenciones RU 2004663, RU 2083746, RU 2145986 y otras. El documento CN 101 629 322, por ejemplo, divulga el aislamiento de fibras de celulosa utilizando un procedimiento en el que el material vegetal de fibras de líber se somete tanto a microondas como a cocción a alta presión antes del tratamiento con organismos microbiológicos para producir fibras de celulosa.
Estos procedimientos presentan las siguientes desventajas: dado que el procesamiento de las fibras para retirar a gran escala los productos de incrustación se lleva a cabo principalmente por medio de una vía química, la obtención de fibras elementales sin incrustación va acompañada por la descomposición y destrucción de las sustancias pectínicas y la lignina, que constituyen una materia prima extremadamente valiosa en muchas áreas de la industria. Además, se requieren unos equipos costosos con un alto contenido de metales para poner en práctica estos procedimientos, y también se consume una gran cantidad de productos químicos, lo que lleva a este grupo de tecnologías al ámbito de los procedimientos de producción más peligrosos y perjudiciales para el medio ambiente. Estos procedimientos también presentan una baja eficacia tecnológica, lo que se debe a la larga duración del procesamiento para obtener la calidad requerida del producto final.
El procedimiento de procesamiento de materiales de fibras de líber para el que se realiza esta solicitud se basa en la idea de utilizar las características morfológicas de la materia prima que está procesándose, que comprende una parte leñosa y fibras de celulosa elementales combinadas en un complejo denso y compacto por laminillas centrales que consisten en hemicelulosa y lignina, pectina y otras sustancias (sustancias nitrosas, adipocira, tintura, curtido, ceniza), conocidas como sustancias incrustantes, que desempeñan el papel de componente adhesivo natural. Algunas de las fibras se desplazan longitudinalmente, de tal manera que los extremos de las fibras que están ubicados más arriba se insertan entre las fibras que están más abajo, creando en parte una malla.
La parte leñosa y las fibras presentan un alto nivel de resistencia y flexibilidad, mientras que las sustancias incrustantes, que combinan como un todo las fibras elementales y sus complejos, poseen baja resistencia y alta rigidez. Una estructura de este tipo, que comprende componentes que poseen propiedades físicas y mecánicas diametralmente opuestas y que se combinan como un todo, se clasifica como material compuesto (un biopolímero). Los componentes, combinados en una única estructura y que funcionan como un todo cuando se aplican fuerzas mecánicas desde el exterior, complementan mutuamente las propiedades de cada uno de los demás, lo que permite obtener simultáneamente alta resistencia y rigidez de la materia prima inicial de fibras de líber.
Sin embargo, para obtener sólo materia prima textil con características de hilatura, se propone la utilización de un solo componente: los complejos fibrosos finos residuales de las fibras elementales, que conservan la estructura cristalina ordenada de la celulosa. Y en el caso ideal, se propone la retirada total de las sustancias incrustantes, la parte lignificada y las impurezas de desecho. La algodonización significa llevar las fibras de los cultivos de fibras de líber a estados próximos, en lo que se refiere a las características físicas/mecánicas, a los de las fibras de algodón y que sean aceptables para trabajar en equipos de hilatura existentes.
Existen procedimientos de tratamiento enzimático biológico, tanto por sí solos, como combinados con procedimientos mecánicos/químicos de procesamiento de materiales de fibras de líber.
En la patente para invención RU n.° 2295592, publicada el 20.03.2007, se indica que una de las fases de preparación de la materia prima de lino es su procesamiento utilizando diversas disoluciones para facilitar el procesamiento mecánico posterior. En esta patente, se indica que el resultado técnico se logra mediante la utilización, según la invención, de filtrados de cultivo de los microorganismos Penicillium canescens y Trichoderma reesei como productos enzimáticos con una razón de componentes establecida en una disolución de procesamiento de fibras de lino que contiene productos enzimáticos, un tensioactivo, un intensificador y agua. A partir del estado de la técnica también, se conocen las patentes para invención US 8.603.802, publicada el 10.12.2013 y US 8.591.701, publicada el 26.11.2013, en las que se describen unos procedimientos de extracción
de fibras de material de fibras de líber; estos incluyen el procesamiento preliminar de la fibra después del espadillado utilizando una disolución acuosa que contiene citrato trisódico (sal sódica del ácido cítrico) o mezclas de ellos con un pH en el intervalo de aproximadamente 8-14 a una temperatura de aproximadamente 90°C o menos, con el posterior procesamiento utilizando diversas enzimas y rastrillado mecánico.
La tecnología combinada se describe en el artículo “Enzymatic processing as a tool to obtain natural fibre” (Enzymatic Bioprocessing - New Tool of Extensive Natural Fibre Source, Utilization, (http://www.saskflax.com/documents/fb_papers/29_Marek.pdf).
Además, a partir del estado de la técnica, se conoce una patente para una invención RU n.° 2124591, publicada el 10.01.1999, que divulga un procedimiento de procesamiento primario de lino caracterizado por que se trata la fibra corta obtenida para producir fibra algodonizada en una cámara, utilizando un procedimiento basado en un proceso microbiológico aerobio combinado con secado durante el reajuste de la fibra durante un período de 72 horas y secando hasta obtener un contenido de humedad del 8-10%. Después de esto, se hace pasar la fibra a través de la agramadera de una abridora y espadilla, un ciclón soplador y un agitador 2-3 veces. La eficacia de este procedimiento está respaldada por el hecho de que la producción de fibra algodonizada en una fábrica de lino será una continuación del procedimiento de producción del procesamiento primario de lino utilizando las áreas de producción allí y equipos ya disponibles (abridora-espadilla con agitador, unidad de remolque con agitador y secadora).
Determinadas combinaciones de las enzimas pectinasas, hemicelulasa (xilanasas) y celulasas permiten desestructurar la estructura del material de fibras del líber como biopolímero, ya que las sustancias de unión se descomponen más rápido que la celulosa bajo la influencia de los microorganismos y la estabilidad de la parte leñosa del tallo (el espadillado y los residuos de parénquima del tejido de fibras del líber) debe bajarse deliberadamente para el impacto mecánico adicional del espadillado y la limpieza fina.
Sin embargo, utilizando procedimientos de investigación de rayos X, el efecto de las enzimas tiene lugar sólo en la superficie de las fibras de celulosa y no puede penetrar en los poros y nanoporos de las fibrillas individuales. (Role of Polysaccharides on Mechanical and Adhesion Properties of Flax fibres in Flax/PLA Biocomposite, International Journal of Polymer Science, volumen 2011 (2011), artículo ID 503940, punto 1, 11 páginas, (http://dx.doi.org/10.1155/2011/503940).
También se ha establecido utilizando un método de espectroscopía UV que después del espadillado, la fibra corta de lino modificada por enzimas se libera del componente de lignina a un nivel del 50% (véase, por ejemplo, A. Kareev, A. Cheshkova. Sposob kotonizatsii nizkosortnogo I'nianogo volokna [Un procedimiento para algodonizar fibra de lino de baja calidad]. 15.08.2008, “V mire oborudovaniia” [En el mundo de los equipos] 5(80)) (http://lpb.ru/?id=4420).
Los problemas asociados con el nivel de liberación de fibra del componente de lignina se han abordado en el documento WO 94/13868, que divulga la utilización de enzimas específicas que descomponen las sustancias incrustantes y leñosas para evitar la necesidad de procesamiento mecánico posterior.
Las siguientes patentes son conocidas a partir del estado de la técnica: documento RF 2371527, publicado el 27.10.2009, documento RF 2280720, publicado el 27.07.2006 y documento RF 2233355, publicado el 27.07.2004, en los que el procesamiento de los materiales de fibras de líber tiene lugar a través de un efecto electrohidráulico que se ejerce sobre el material que está procesándose, que está en un líquido.
Sin embargo, tanto antes como después del trabajo electrohidráulico, la fibra se somete a un impacto mecánico bastante fuerte: espadillado, rastrillado, aflojamiento, que empeora notablemente la calidad de la fibra algodonizada final, específicamente a través de acortamiento, rotura de las fibras supercortas que estaban allí para empezar y, como consecuencia, se proporciona un producto con un alto contenido de línter.
Divulgación de la invención
El resultado técnico que pretende alcanzar la invención objeto de la solicitud consiste en mejorar la calidad de la fibra algodonizada cuando se procesan materiales de fibras de líber utilizando descargas eléctricas de impulsos de alta tensión con procesamiento bioquímico preliminar y mecánico mínimo final, y como resultado, mejorar sus propiedades físicas/mecánicas y de hilatura lo que, desde el punto de vista general, también ayuda a optimizar la eficacia del procedimiento de producción.
Este resultado técnico se alcanza mediante la inclusión en el procedimiento de procesamiento de materiales de fibras de líber, en el que hay una secuencia técnica de procedimientos de alimentación de la materia prima a una abridora de balas con un elemento de aflojamiento y a un sistema de medición, el procesamiento utilizando descargas eléctricas de impulsos de alta tensión en medio líquido, el enjuague con reactivos emulsionantes, el lavado y prensado en una instalación de tipo tambor, el aflojamiento, el secado final y el aflojamiento fino, antes de suministrar las descargas eléctricas de impulsos de alta tensión a las cámaras, sometiéndose la materia prima a
un procesamiento bioquímico. Si es necesario, la materia prima inicial de fibras de líber se procesa adicionalmente utilizando descargas eléctricas de alta tensión antes del tratamiento bioquímico para suavizar el flujo de los procesos bioquímicos posteriores.
Además, el procedimiento de procesamiento de materiales de fibras de líber puede incluir adicionalmente la separación de sustancias biológicas y valiosas del medio líquido procesado procedente de las cámaras de descarga eléctrica de impulsos de alta tensión.
La materia prima inicial en el procedimiento objeto de la solicitud es fibra, un producto intermedio de materiales de fibras de líber después de tratamientos enzimáticos biológicos, tanto por separado como en combinación con procedimientos químicos de procesamiento de los materiales de fibras de líber sin espadillado mecánico posterior.
La principal característica del nuevo procedimiento de procesamiento de materiales de fibras de líber es la creación de un estado de desequilibrio del sistema: producto que está procesándose - entorno que se crea a través de la utilización de diversas acciones mecánicas. Esta acción física/mecánica se aplica después de diversos tratamientos bioquímicos preliminares del material de fibras de líber.
La acción física/mecánica que se emplea es una descarga eléctrica de impulsos de alta tensión en un medio líquido. La descarga eléctrica de impulsos de alta tensión entre dos electrodos en el medio líquido (por ejemplo, en agua), sin la presencia de un conductor combustible entre ellos, va acompañada por un complejo multifactorial de acciones físicas/mecánicas y mecánicas.
Estas son radiaciones ópticas, ultravioleta, infrarrojas y otras radiaciones electromagnéticas, ondas ultrasónicas y sonoras de un amplio intervalo de frecuencias, procesos de oxidación-reducción y conformación de ondas de choque. Con una descarga eléctrica de impulsos en un líquido, hay una liberación rápida de energía en el canal de descarga y la presión en él supera significativamente la presión externa; el canal se expande instantáneamente a una velocidad de más de 100 m/s, lo que conduce a la aparición de una onda de choque y flujos de líquido acompañados por una cavitación muy fuerte. Estos fenómenos también dan lugar a un fuerte aumento en el área de la interfase de las fases gaseosa, líquida y sólida, y en consecuencia a un aumento correspondiente en la capacidad de reacción de las fases dispersas que están presentes en los materiales biopolímeros. La influencia de los factores anteriores permite intensificar los procedimientos de destrucción de la materia prima inicial a través del impacto en la microdinámica de los medios de reacción líquidos donde, por ejemplo, el agua (aparición de formas activas de oxígeno a partir de las moléculas de agua presentes y, como resultado de la electrólisis parcial con las descargas y la cavitación) se convierte temporalmente en un catalizador de proceso y un disolvente activo de sustancias relativamente insolubles, incluso sin la introducción de reactivos químicos.
Por tanto, toda esta variedad de fenómenos actúa sobre la materia prima sometida a procesamiento, sometiéndola a una intensa destrucción selectiva: para empezar, las sustancias incrustantes residuales menos fuertes y más rígidas se descomponen, y la parte leñosa, mientras que las fibras de celulosa extremadamente flexibles y fuertes sólo se dañan de manera insignificante.
Variando los parámetros de las descargas, puede lograrse la retirada completa de sustancias incrustantes, la ordenación de la separación caótica de la parte leñosa y las impurezas de desecho y la posibilidad de conservar la longitud y el diámetro originales de los complejos de fibras individuales.
Tal como ha demostrado la práctica, esto es significativo, ya que el rastrillado múltiple posterior inmediato del producto intermedio fibroso después de los tratamientos bioquímicos simplemente desgarra de manera muy desigual el producto todavía parcialmente pegado, y también conduce inevitablemente a un acortamiento y una mayor descomposición de las fibras súper cortas que estaban presentes desde el principio y, en consecuencia, a un producto resultante con un alto contenido de línter.
Específicamente, es la combinación de una secuencia de tratamientos biológicos y descargas de impulsos de alta tensión en un medio líquido lo que permite retirar por completo la capa amorfa de polisacáridos del tipo de hemicelulosa, pectinas y ligninas. Este enfoque multidisciplinar facilita la separación de la parte leñosa y las impurezas de desecho, y deshace suavemente los haces separados de fibras técnicas para dar finos complejos fibrosos de fibras elementales a la vez que se conserva su longitud y diámetro originales y la estructura cristalina ordenada de la celulosa. El procesamiento mecánico adicional en las máquinas de rastrillado permite producir fibra algodonizada según los parámetros establecidos del procedimiento de producción del usuario final.
El procedimiento para el que se realiza la solicitud garantiza que se produzca fibra algodonizada de alta calidad a través del procesamiento de materiales de fibras de líber utilizando descargas eléctricas de impulsos de alta tensión con procesamiento bioquímico preliminar y mecánico mínimo final. Mejora sus propiedades físicas/mecánicas y de hilatura, lo que en general también ayuda a optimizar la eficacia del procedimiento de producción utilizando áreas y equipos de producción existentes.
Breve descripción de los dibujos
La esencia de la invención se explica utilizando un dibujo en el que, en la figura 1, se representa un diagrama de la línea de procedimiento para el procesamiento de material de fibras de líber.
Puesta en práctica de la invención
El procedimiento de procesamiento de material de fibras de líber para el que se realiza la solicitud se pone en práctica de la siguiente manera.
El producto intermedio, la fibra procedente de cultivos de fibra de líber que se ha sometido a un procesamiento previo utilizando procedimientos bioquímicos, pasa a la línea de procedimiento de algodonización, que comprende una abridora de balas y un elemento (1) de aflojamiento instalados en la secuencia del procedimiento de producción. La siguiente fase es el sistema de medición (2), que funciona por lotes, y consiste en balanzas de tipo platillo del tipo Digi-Balance, que se llenan con la fibra que llega procedente de la abridora de balas y la descarga cuando se alcanza un peso establecido (o una cámara de medición de cinta EBWM tipo Truetzschler, fabricada por Derux GmbH de Alemania). A continuación, se suministra un líquido, por ejemplo, agua, a las cámaras (3) de descarga eléctrica de impulsos de alta tensión que están llenas con el producto intermedio, y en estas cámaras tiene lugar la algodonización parcial de la fibra. El número de cámaras de descarga depende del rendimiento de todo el complejo y están situadas en un espacio insonorizado.
Las dimensiones y la geometría de la cámara de descarga, los parámetros eléctricos del generador de impulsos de alta tensión, la frecuencia de los impulsos, la longitud (hueco) y la geometría del espacio entre electrodos, el número de electrodos y su distribución en el espacio, la razón de la masa de líquido con respecto a la masa de materia prima y otros parámetros se seleccionan de manera que se crean las condiciones óptimas para el desarrollo de descarga disruptiva y una configuración de onda de choque para la modificación eficaz de los materiales iniciales y el mejor rendimiento de la instalación en su conjunto. Las descargas se producen alternativamente (al azar) y se regulan automáticamente.
Las cámaras de descarga están unidas por las tuberías de alimentación de líquido, y el líquido utilizado pasa con la ayuda de bombas a un sistema de filtración y recirculación (4). Una vez finalizado el ciclo de descarga, las cámaras se vuelcan y la fibra procesada pasa a través de un transportador a una instalación (5) de lavado y secado industrial de tipo tambor, donde tiene lugar el enjuague, prensado y secado de la fibra. Para aumentar la elasticidad y flexibilidad de la fibra, se añade a la instalación de lavado y secado un agente plastificante a base de tensioactivos y emulsiones a base de tensioactivos.
La instalación de lavado y secado también está conectada al sistema de filtración y recirculación (4).
La unidad de elemento de aflojamiento en húmedo, la secadora y un elemento de aflojamiento fino de tipo EFO-IV o EMZH fabricado por Derux GmbH (Alemania) para el aflojamiento completo y cuidadoso de las fibras naturales están situados en la sección 6.
La línea termina con una prensa 7 de fibras.
Se ha establecido que el lino de fibra corta de calidad Agata (Gran Bretaña) procesado utilizando 400 descargas a un nivel de energía por cada descarga de 2,2 kJ es el más adecuado para futuras hilaturas, ya que la fibra obtenida era compatible en su diámetro medio, longitud media y contenido de fibras cortas con algodón de montaña americano. Se llevaron a cabo pruebas independientes sobre las propiedades tanto de la fibra como de la capacidad de hilatura en la empresa Filartex SpA (Italia), que es una de las principales empresas de procesamiento de algodón en Europa.
También se demostró que aumentar la energía de descarga hasta 3,6 kJ da los mismos resultados en lo que se refiere a la calidad del rendimiento de fibras cortas de lino procesadas, y esta calidad puede lograrse con un número de descargas de entre sólo 100 y 200.
Pruebas de carga de rotura en el hilo en una mezcla con algodón con 40% de lino, calidad Electra\60% de algodón
Hilo 74.2 tex, 100 repeticiones.
Apéndice 3. Resultados de las pruebas de tracción del hilo
Hilo de lino (variedad Electra)/algodón 40/60, 74.2 tex, 100 repeticiones
Aplicabilidad industrial
La fibra obtenida en el procedimiento para el que se realiza la solicitud presenta una calidad que permite que se utilice en la producción en una amplia variedad de hilos en equipos de hilatura existentes, materiales no tejidos y diversos artículos utilizados para fines técnicos, mecánicos y cotidianos.
Claims (8)
1. Procedimiento de procesamiento de un material de fibras de líber que comprende una parte leñosa, celulosa y sustancias incrustantes para dar fibras elementales, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes: a. suministrar una materia prima de fibras de líber a una abridora de balas con un elemento de aflojamiento y a un sistema de medición;
b. tratar bioquímicamente la materia prima;
c. proporcionar un medio líquido y procesar la materia prima tratada bioquímicamente en el medio líquido utilizando una descarga eléctrica de impulsos de alta tensión en cámaras;
d. enjuagar el producto de la etapa (c) con reactivos emulsionantes;
e. lavar y prensar el producto de la etapa (d) seguido por aflojamiento, secado final y aflojamiento fino para dar unas fibras elementales que conserven la longitud, el diámetro y la estructura cristalina ordenada de la celulosa en el material de fibras de líber;
caracterizado por que la materia prima de fibras de líber es un producto intermedio de un material de fibras de líber después de tratamiento biológico sin espadillado mecánico.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el tratamiento biológico es un tratamiento enzimático biológico.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la materia prima de fibras de líber es un producto intermedio de un material de fibras de líber después de tratamientos enzimáticos biológicos y con procedimientos químicos de procesamiento sin espadillado mecánico.
4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la etapa de procesar la materia prima tratada bioquímicamente utilizando una descarga eléctrica de impulsos de alta tensión en un medio líquido provoca la separación de las partes leñosas y las sustancias incrustantes de las fibras elementales.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el medio líquido es agua.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende asimismo la etapa de retirar el medio líquido utilizado utilizando una etapa de filtración antes de la etapa (d).
7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende asimismo la separación de sustancias biológicas y valiosas del medio líquido procesado procedente de las cámaras de descarga eléctrica de impulsos de alta tensión.
8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la descarga eléctrica por impulsos de alta tensión genera un canal de descarga, que se expande a una velocidad de más de 100 m/s.
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