ES2935133T3 - Tela de fibra de celulosa no tejida con capacidad absorbente de líquidos adaptada - Google Patents

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Mirko Einzmann
Gisela Goldhalm
Malcolm John Hayhurst
Katharina Mayer
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Lenzing AG
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Abstract

Se describe un tejido de fibra de celulosa no tejido (102) fabricado directamente a partir de una solución de hilatura de lyocell (104). La tela (102) comprende una red de fibras sustancialmente sin fin (108). La tela (102) se caracteriza por al menos una de las siguientes características: (i) una tasa de dispersión del líquido es de al menos 3000 mm2 en 5 minutos; (ii) una capacidad de absorción de agua se caracteriza por una velocidad de absorción de al menos 0,25 gramos de agua por 1 gramo de tejido y 1 segundo. Se describe además un método y un dispositivo para fabricar dicho tejido (102), un producto o material compuesto que comprende dicho tejido y diversas aplicaciones de uso para dicho tejido (102). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Tela de fibra de celulosa no tejida con capacidad absorbente de líquidos adaptada
Campo de la invención
La invención se refiere a una tela de fibra de celulosa no tejida, a un método para fabricar una tela de fibra de celulosa no tejida, a un dispositivo para fabricar una tela de fibra de celulosa no tejida, a un producto o material compuesto, y a un uso para una tela de este tipo.
Antecedentes de la invención
La tecnología Lyocell se relaciona con la disolución directa de pulpa de madera de celulosa u otra materia prima a base de celulosa en un disolvente polar (por ejemplo, n-óxido de n-metilmorfolina, que también se puede denominar "óxido de amina" o "AO") para producir una solución viscosa con alto comportamiento pseudoplástico que se puede transformar en una variedad de materiales útiles a base de celulosa. Comercialmente, la tecnología se utiliza para producir una familia de fibras cortadas de celulosa (disponibles comercialmente de Lenzing AG, Lenzing, Austria bajo la marca comercial TENCEL®) que se utilizan ampliamente en la industria textil. También se han utilizado otros productos de celulosa de la tecnología Lyocell.
Las fibras cortadas de celulosa se han utilizado durante mucho tiempo como componente para su conversión en entramados no tejidos. Sin embargo, la adaptación de la tecnología de Lyocell para producir entramados no tejidos accedería directamente a propiedades y rendimiento que no son posibles para los productos de entramados de celulosa actuales. Esto podría considerarse como la versión celulósica de las tecnologías meltblow y spunbond ampliamente utilizadas en la industria de las fibras sintéticas, aunque no es posible adaptar directamente la tecnología de polímeros sintéticos al Lyocell debido a importantes diferencias técnicas.
Se ha llevado a cabo mucha investigación para desarrollar tecnología para formar directamente entramados de celulosa a partir de soluciones de Lyocell (entre otros, los documentos w O 98/26122, WO 99/47733, WO 98/07911, US 6.197.230, WO 99/64649, WO 05/106085, patentes europeas EP 1358369, EP 2013390). Una técnica adicional se ha descrito en los documentos WO 07/124521 A1 y WO 07/124522 A1.
El documento US 6 197 230 B1 describe un proceso para la preparación de una mezcla de fibras celulósicas y microfibras.
El documento GB 2 337 957 A describe un método para fabricar una tela no tejida mediante la extrusión de una solución de celulosa a través de chorros giratorios para formar fibras. Las fibras se someten a un flujo de gas de alta velocidad y pasan a través de una neblina de vapor que coagula las fibras antes de recogerlas como un entramado de tela.
Hayhurst MJ: "Spunbond cellulose" en Chemical Fibers International, vol. 56, n.° 6, 1 de junio de 2006, es una publicación científica que hace referencia a la celulosa spunbond.
El documento WO 2007/124521 A1 describe un producto hidro-enmarañado que comprende fibras de celulosa. Al igual que otros materiales de celulosa, la tela de fibra de celulosa no tejida tiene una velocidad limitada para absorber líquidos, en particular agua o soluciones o dispersiones acuosas. Sin embargo, para muchas aplicaciones de telas de fibras de celulosa no tejidas, tales como para un entramado, es deseable una alta velocidad absorbente de líquidos o velocidad de absorción de líquidos.
Compendio de la invención
Puede existir la necesidad de mejorar la velocidad para la absorción de líquidos por medio de telas de fibra de celulosa no tejidas.
Esta necesidad puede satisfacerse por el objeto de acuerdo con las reivindicaciones independientes. Las realizaciones ventajosas de la presente invención se describen en las reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona una tela de fibra de celulosa no tejida fabricada directamente a partir de una solución de hilatura de Lyocell, comprendiendo la tela una red de fibras sustancialmente sin fin,
en donde dentro de una misma fibra diferentes secciones de fibra difieren en cuanto al diámetro de fibra en más del 50 % en relación con el diámetro más pequeño de esta fibra, y en donde la tela presenta
i) una tasa de dispersión de líquido de al menos 3000 mm2 en 5 minutos y/o
ii) una velocidad de absorción por capilaridad de al menos 0,25 gramos de agua por 1 gramo de tela y 1 segundo. La tela proporcionada, en lo sucesivo, a menudo denominada simplemente "tela", se basa en la idea de que mediante el uso de parámetros de proceso apropiados para la fabricación de la tela, en particular directamente a partir de una solución de hilatura de Lyocell, se puede proporcionar una tela de fibra de celulosa no tejida o un entramado de fibras que presenta, al menos en comparación con los productos de celulosa conocidos, una mayor capacidad de absorción de agua que se refleja en una tasa extraordinariamente alta de dispersión de líquido para el agua líquida de prueba. Esto aumenta para muchas aplicaciones la eficiencia de un producto de tela de fibra de celulosa no tejida correspondiente o abre productos de tela de fibra de celulosa no tejida para nuevas aplicaciones.
Los valores para la tasa de dispersión de líquido descritos en el presente documento se relacionan con una "prueba de tasa de dispersión de líquido" en donde se suministran 0,5 ml de un fluido de prueba con cuidado o lentamente sobre la (superficie de una) muestra, es decir, la tela respectiva, por medio de una pipeta. La muestra bajo prueba tiene una "masa por unidad de área", que a menudo también se denomina peso base. El fluido de prueba es agua destilada que incluye un tinte verde en una concentración de 2 gramos por litro. El tinte utilizado en lengua alemana se denomina "Sulfacidebrilliantgrün". El tinte permite una evaluación cuantitativa de la medición de la "tasa de propagación" con una cámara comercialmente disponible, por ejemplo, una cámara Canon del tipo ixus. Los puntos de tiempo convencionales en los que se puede detectar la dispersión de líquido con la cámara son 5 minutos después del suministro del fluido de prueba y 24 horas después del suministro del fluido de prueba sobre (la superficie de) la muestra bajo prueba.
Para la "prueba de tasa de dispersión de líquido", la tela debe acondicionarse, antes de empezar con la prueba, en un estado completamente seco. De este modo, "completamente seco/a" significa que después de fabricar la tela (que incluye un procedimiento de secado), la tela ha sido acondicionada durante 24 horas en un clima estándar definido con una temperatura de 23 °C - 2 °C, con una humedad relativa del 50 % - 5 %. Todas las mediciones, a menos que se indique lo contrario, se han realizado bajo este clima estándar. Por el contrario, la expresión "completamente húmedo/a" puede significar que la tela está completamente cargada de agua, es decir, no se puede absorber más agua.
Sin quedar ligados a una teoría específica, actualmente se cree que la capilaridad de una tela de fibra de celulosa no tejida tiene una fuerte influencia en la capacidad de absorción de agua y en particular, en la velocidad de absorción de agua que está asociada con la tasa de dispersión de líquido especificada anteriormente. Específicamente, la capilaridad está asociada con el número y el tamaño de (micro) cavidades o canales formados entre fibras vecinas, cuyas cavidades proporcionan un espacio de alojamiento más o menos apropiado para las partículas de agua.
Además, estudios experimentales para el proceso de fabricación de telas de fibra de celulosa no tejidas han revelado que, mediante el uso de parámetros de proceso apropiados, se puede producir una tela de fibra de celulosa no tejida o entramado de fibras que presenta, al menos en comparación con los productos de celulosa conocidos y los productos hechos de fibras poliméricas, una mayor tasa de dispersión de líquido para el agua que se absorbe. Esto aumenta para muchas aplicaciones la eficiencia de un producto de tela de fibra de celulosa no tejida correspondiente o abre productos de tela de fibra de celulosa no tejida para nuevas aplicaciones.
Se señala que el hecho de que se utilicen fibras sin fin puede ser muy importante cuando se desean grandes valores para la dispersión de líquido. A diferencia de las telas conocidas fabricadas a partir de fibras cortadas comparativamente cortas, las telas descritas en el presente documento están fabricadas a partir de fibras (sustancialmente sin fin) que son mucho más largas. Como consecuencia, dentro de las telas descritas, la densidad de los extremos de fibra es significativamente menor, lo que da como resultado una barrera reducida para el líquido se desplace a lo largo de las fibras. En este contexto, cada hueco que está asociado con un extremo de fibra contribuye a la barrera para la propagación de líquidos a través de la tela.
Además, en contraste con las fibras sin fin poliméricas sintéticas, las fibras sin fin de celulosa utilizadas para la tela descrita presentan un hinchamiento tras la absorción de líquidos.
Un hinchamiento de este tipo tiene un efecto sobre los canales submicrónicos que promueven la capacidad de la tela con respecto a la dispersión de líquido. Asimismo, también los puntos de unión entre diferentes fibras consisten en material que se hincha al absorber líquido. Por lo tanto, también los puntos de unión promueven la dispersión de líquido. Como consecuencia, la adaptación del factor de fusión se puede usar también como una medida para adaptar la tasa de dispersión de líquido hacia los valores deseados. A continuación se describen más detalles relativos a los puntos de fusión.
Mejorar la dispersión de líquido para el agua que se absorbe, en particular para telas que tienen una pequeña masa por unidad de superficie, puede tener la ventaja de que la tela descrita puede utilizarse para una gran variedad de aplicaciones, que requieren, por ejemplo, una toallita fina. En este contexto se menciona que una tela que tenga una alta velocidad de absorción de agua puede tener también una alta capacidad de absorción de otros líquidos. Esto es válido en particular para los líquidos a base de agua, es decir, para líquidos donde el agua actúa como disolvente.
En el contexto de esta solicitud, la expresión "tela de fibra de celulosa no tejida" (que también puede denominarse tela de filamentos de celulosa no tejida) puede referirse en particular a una tela o entramado compuesto por una pluralidad de fibras sustancialmente sin fin. La expresión "fibras sustancialmente sin fin" tiene en particular el significado de fibras de filamento que tienen una longitud significativamente mayor que las fibras cortadas convencionales. En una formulación alternativa, la expresión "fibras sustancialmente sin fin" puede tener, en particular, el significado de un entramado formado por fibras de filamento que tienen una cantidad significativamente menor de extremos de fibra por volumen que las fibras cortadas convencionales. En particular, las fibras sin fin de una tela de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención pueden tener una cantidad de extremos de fibra por volumen de menos de 10.000 extremos/cm3, en particular menos de 5.000 extremos/cm3. Por ejemplo, cuando las fibras discontinuas se utilizan como sustituto del algodón, pueden tener una longitud de 38 mm (correspondiente a una longitud natural convencional de las fibras de algodón). En contraste con esto, las fibras sustancialmente sin fin de la tela de fibra de celulosa no tejida pueden tener una longitud de al menos 200 mm, en particular al menos 1000 mm. Sin embargo, un experto en la materia será consciente del hecho de que incluso las fibras de celulosa sin fin pueden tener interrupciones, que pueden formarse mediante procesos durante y/o después de la formación de fibras. Como consecuencia, una tela de fibra de celulosa no tejida hecha de fibras de celulosa sustancialmente sin fin tiene un número significativamente menor de fibras por masa en comparación con la tela no tejida hecha de fibras cortadas del mismo denier. Una tela de fibra de celulosa no tejida puede fabricarse hilando una pluralidad de fibras y atenuando y estirando las últimas hacia una unidad de soporte de fibra preferiblemente móvil. De este modo, se forma una red o entramado tridimensional de fibras de celulosa, constituyendo la tela de fibra de celulosa no tejida. La tela puede ser de celulosa como componente principal o único.
En el contexto de esta solicitud, la expresión "solución de hilatura de Lyocell" puede referirse particularmente a un disolvente (por ejemplo, una solución polar de un material tal como N-metil-morfolina, NMMO, "óxido de amina" o "AO") en el que se disuelve celulosa (por ejemplo, pulpa de madera u otra materia prima a base de celulosa). La solución de hilatura de Lyocell es una solución en lugar de una masa fundida. Los filamentos de celulosa se pueden generar a partir de la solución de hilatura de Lyocell al reducir la concentración del disolvente, por ejemplo, poniendo en contacto dichos filamentos con agua. El proceso de generación inicial de fibras de celulosa a partir de una solución de hilatura de Lyocell puede describirse como coagulación.
En el contexto de esta solicitud, la expresión "flujo de gas" puede denotar particularmente un flujo de gas tal como aire sustancialmente paralelo a la dirección de movimiento de la fibra de celulosa o su preforma (es decir, solución de hilatura de Lyocell) mientras y/o después de que la solución de hilatura de Lyocell sale o ha dejado la hilera.
En el contexto de esta solicitud, la expresión "fluido de coagulación" puede referirse en particular a un fluido no solvente (es decir, un gas y/o un líquido, que incluye opcionalmente partículas sólidas) que tiene la capacidad de diluir la solución de hilatura de Lyocell e intercambiarse con el disolvente hasta tal punto que las fibras de celulosa se forman a partir de los filamentos de Lyocell. Por ejemplo, un fluido de coagulación de este tipo puede ser agua nebulizada.
En el contexto de esta solicitud, la expresión "parámetros de proceso" puede referirse en particular a todos los parámetros físicos y/o parámetros químicos y/o parámetros de dispositivos de sustancias y/o componentes de dispositivos utilizados para fabricar telas de fibra de celulosa no tejidas que pueden tener un impacto en las propiedades de las fibras y/o la tela, en particular en el diámetro de fibra y/o la distribución del diámetro de fibra. Tales parámetros de proceso pueden ajustarse automáticamente por una unidad de control y/o manualmente por un usuario para calibrar o ajustar de ese modo las propiedades de las fibras de la tela de fibra de celulosa no tejida. Los parámetros físicos que pueden tener un impacto en las propiedades de las fibras (en particular, en su diámetro o distribución del diámetro) pueden ser la temperatura, presión y/o densidad de los diversos medios que intervienen en el proceso (tal como la solución de hilatura de Lyocell, el fluido de coagulación, el flujo de gases, etc.). Los parámetros químicos pueden ser la concentración, la cantidad, el valor de pH de los medios implicados (tales como la solución de hilatura de Lyocell, el fluido de coagulación, etc.). Los parámetros del dispositivo pueden ser el tamaño de y/o distancias entre los orificios, la distancia entre orificios y la unidad de soporte de fibra, la velocidad de transporte de la unidad de soporte de fibra, la provisión de una o más unidades de postprocesamiento opcionales en el lugar, el flujo de gases, etc.
El término "fibras" puede referirse particularmente a partes alargadas de un material que comprende celulosa, por ejemplo, más o menos redondas o de forma no regular en sección transversal, opcionalmente retorcidas con otras fibras. Las fibras pueden tener una relación de aspecto superior a 10, particularmente superior a 100, más particularmente superior a 1000. La relación de aspecto es la relación entre la longitud de la fibra y el diámetro de fibra. Las fibras pueden formar redes al interconectarse por fusión (de forma que se forme una estructura multifibra integral) o por fricción (de forma que las fibras permanezcan separadas pero se acoplen mecánicamente de forma débil por una fuerza de fricción ejercida cuando se mueven mutuamente las fibras que están en contacto físico entre sí). Las fibras pueden tener una forma sustancialmente cilíndrica que, sin embargo, puede ser recta, doblada, torcida o curva. Las fibras pueden consistir en un solo material homogéneo (es decir, celulosa). Sin embargo, las fibras pueden comprender también uno o más aditivos. Los materiales líquidos tales como agua o aceite pueden acumularse entre las fibras.
De acuerdo con una realización de la invención, la tasa de dispersión de líquido en 5 minutos es de al menos 4000 mm2, en particular de 5000 mm2, y más en particular de 5500 mm2. Como alternativa o en combinación, la tasa de dispersión de líquido en 24 horas puede ser de al menos 4500 mm2, en particular 5500 mm2, y más en particular 6000 mm2.
De acuerdo con otra realización de la invención, a lo largo de una primera dirección dentro de la tela, la tasa de dispersión de líquido tiene un primer valor y, a lo largo de una segunda dirección dentro de la tela, la tasa de dispersión de líquido tiene un segundo valor, siendo la segunda dirección perpendicular al valor de la primera dirección. El primer valor y el segundo valor difieren entre sí en menos del 20 %, en particular, en menos del 10 %. Esto indica que la tela descrita con esta realización presenta un comportamiento al menos aproximadamente isotrópico con respecto a la tasa de dispersión de líquido. Se menciona que lo mismo puede también ser válido para un comportamiento isotrópico de la velocidad de absorción por capilaridad.
De acuerdo con otra realización de la invención, a lo largo de la primera dirección dentro de la tela, la tasa de dispersión de líquido tiene un primer valor y, a lo largo de una segunda dirección dentro de la tela, la tasa de dispersión de líquido tiene un segundo valor, siendo la segunda dirección perpendicular al valor de la primera dirección. El primer valor y el segundo valor difieren entre sí en más del 20 %, en particular en más del 30 % y más en particular en más del 40 %. Esto indica que la tela descrita con esta realización presenta un comportamiento anisotrópico pronunciado con respecto a la tasa de dispersión de líquido. Se menciona que lo mismo puede también ser válido para un comportamiento anisotrópico de la velocidad de absorción por capilaridad.
En este documento, la expresión "difieren entre sí en un X%" puede indicar en particular que una relación entre el primer valor y el segundo valor, multiplicada por 100 %, en donde se resta el 100 % del resultado obtenido, da un valor de X%.
Esta realización de la invención se basa en la idea de que con la disposición de las fibras hiladas en una unidad de soporte de fibras, en particular en una cinta transportadora, existe al menos hasta cierto punto una dirección preferida con respecto a la orientación (media) de las fibras sustancialmente sin fin con respecto a la dirección de transporte de la unidad de soporte de fibras. Sin embargo, el grado de la dirección preferida, es decir, una distribución angular de las fibras con respecto a la dirección de transporte, se puede ajustar configurando adecuadamente al menos algunos parámetros de proceso de la solución de hilatura de Lyocell.
A este respecto, un parámetro de proceso, cuyo efecto para la extensión angular de las fibras puede entenderse fácilmente, es un artefacto potencial de turbulencias de gas dentro de una región de coagulación que se extiende entre (a) los orificios a través de los que se extruye la solución de hilatura de Lyocell y (b) la superficie superior de la unidad de soporte de fibra.
Una dispersión de líquido por medio de una tela de celulosa se basa en particular en fuerzas capilares generadas dentro de microcavidades que se encuentran entre fibras vecinas. Por lo tanto, al ajustar el grado (de dispersión) de la dirección de fibra (media) preferida se puede ajustar una isotropía espacial respectivamente una anisotropía espacial con respecto a la dirección de la velocidad de absorción por capilaridad dentro de la tela.
También, la tela descrita de acuerdo con este aspecto adicional de la invención se basa en la idea de que mediante el uso de parámetros de proceso apropiados para la fabricación de la tela, en particular directamente a partir de una solución de hilatura de Lyocell, se puede proporcionar una tela de fibra de celulosa no tejida o un entramado de fibras que presenta, al menos en comparación con los productos de celulosa conocidos, una mayor capacidad de absorción de agua que se refleja en una velocidad de absorción por capilaridad extraordinariamente alta para el agua que es el líquido de prueba. Esto aumenta para muchas aplicaciones la eficiencia de un producto de tela de fibra de celulosa no tejida correspondiente o abre productos de tela de fibra de celulosa no tejida para nuevas aplicaciones.
Los valores para la velocidad de absorción por capilaridad descritos en el presente documento se refieren a una "prueba de velocidad de absorción por capilaridad" en donde la muestra bajo prueba (es decir, la tela respectiva) se acondiciona en un estado completamente seco. Este estado completamente seco ya se ha definido anteriormente en relación con la descripción de la prueba de dispersión de líquido.
En la "prueba de velocidad de absorción por capilaridad", la muestra bajo prueba se coloca sobre una mesa de prueba. En su centro, la mesa de prueba está conectada a través de una abertura y un canal con un depósito de líquido. El depósito de líquido está lleno de agua destilada. La altura de la mesa de prueba corresponde exactamente al nivel de llenado del agua dentro del depósito de líquido. De este modo, se garantiza que no haya presión hidrostática y que la succión o la absorción por capilaridad de la muestra bajo prueba sean generadas exclusivamente por la potencia de succión de la muestra bajo prueba.
Durante la "prueba de velocidad de absorción por capilaridad" real, el volumen del agua, que es absorbido por la muestra bajo prueba, se rellena continuamente en el depósito de líquido con una jeringa. Esto significa que el nivel del líquido se mantiene siempre constante.
El volumen del agua rellenada se convierte en la masa del agua rellenada (mediante la densidad de masa conocida del agua destilada). Es obvio que con este procedimiento la velocidad de absorción por capilaridad disminuye con el tiempo porque la potencia de succión de la muestra bajo prueba disminuye con una "carga de absorción" creciente de la muestra bajo prueba causada por el agua absorbida. El procedimiento de recarga continúa hasta que para la recarga de agua se alcanza un valor umbral de 0,005 g por 20 segundos. Se registra y evalúa una curva de medición que representa la masa de agua añadida en función del tiempo. En el presente documento, la velocidad de absorción por capilaridad es la pendiente de esta curva de medición con un primer intervalo de tiempo de 10 segundos a partir del comienzo de la prueba real. Los valores medidos se normalizan por 1 gramo de la tela respectiva.
La velocidad de absorción por capilaridad se puede medir también de acuerdo con el método descrito por la norma DIN53924, en particular, la última versión vigente en la fecha de prioridad de la presente solicitud de patente. La tela de acuerdo con una realización de la invención puede comprender una velocidad de absorción por capilaridad de > 130 mm en 300 s en al menos una dirección de acuerdo con la norma DIN53924.
Se señala que el hecho de que se utilicen fibras sin fin puede también ser muy importante cuando se desean valores de parámetro grandes para la velocidad de absorción por capilaridad. En contraste con las telas hechas de fibras cortadas más cortas, las telas descritas en el presente documento están hechas de fibras mucho más largas (sustancialmente sin fin). Como consecuencia, dentro de las telas descritas, la densidad de los extremos de fibra y, como consecuencia también la barrera para el líquido que viaja a lo largo de las fibras, es significativamente menor.
Además, las fibras sin fin de celulosa utilizadas para la tela descrita presentan un hinchamiento tras la absorción de líquidos. Un hinchamiento de este tipo tiene un efecto sobre la formación y/o el tamaño de los canales submicrónicos que promueven la capacidad de absorción por capilaridad. Asimismo, también los puntos de unión entre diferentes fibras consisten en material que se hincha al absorber líquido. Por lo tanto, también los puntos de fusión promueven la dispersión y absorción por capilaridad de líquidos. Como consecuencia, el factor de fusión puede ser también un parámetro para adaptar la velocidad de absorción por capilaridad hacia los valores deseados.
De acuerdo con una realización de la invención, la velocidad de absorción por capilaridad de la tela descrita es de al menos 0,35 gramos de agua por 1 gramo de tela y 1 segundo, en particular al menos 0,35 gramos de agua por 1 gramo de tela y 1 segundo, y más en particular al menos 0,40 gramos de agua por 1 gramo de tela y 1 segundo.
De acuerdo con otra realización de la invención, al menos una parte de las fibras 108 se fusionan integralmente en posiciones de fusión. En particular o preferiblemente, un factor de fusión de las fibras está en un intervalo entre el 0,2 % y el 100 %, en particular en un intervalo entre el 0,5 % y el 15 %.
En este documento, el término "fusión" puede indicar particularmente una interconexión integral de diferentes fibras en la posición de fusión respectiva que da como resultado la formación de una estructura de fibra conectada integralmente compuesta por las preformas de fibra previamente separadas. La fusión se puede denotar como una conexión de fibra a fibra que se establece durante la coagulación de una, algunas o todas las fibras fusionadas. Las fibras interconectadas pueden adherirse fuertemente entre sí en una posición de fusión respectiva sin un material adicional diferente (tal como un adhesivo separado) para formar una estructura común. La separación de las fibras fusionadas puede requerir la destrucción de la red de fibras o de una parte de la misma.
Para determinar el factor de fusión (que puede denominarse también factor de fusión del área) de la tela, se puede llevar a cabo el siguiente proceso de determinación: Una muestra cuadrada de la tela puede analizarse ópticamente. Un círculo, que tiene un diámetro que tiene que permanecer completamente dentro de la muestra cuadrada, se dibuja alrededor de cada posición de fusión (en particular, punto de fusión o línea de fusión) de fibras que cruzan al menos una de las diagonales de la muestra cuadrada. El tamaño del círculo se determina de forma que el círculo abarque el área de fusión entre las fibras fusionadas. Se calcula una media aritmética de los valores del diámetro de los círculos determinados. El factor de fusión se calcula como la relación entre el valor del diámetro medio y la longitud diagonal de la muestra cuadrada, y se puede dar en porcentaje.
La fusión puede desencadenarse mediante un control correspondiente de los parámetros de proceso de un método de fabricación de la tela de fibra de celulosa no tejida. En particular, la coagulación de los filamentos de la solución de hilatura de Lyocell puede desencadenarse (o al menos completarse) después de que el primer contacto entre estos filamentos aún no esté en el estado de fibra sólida precipitada. De este modo, la interacción entre estos filamentos mientras aún se encuentran en la fase de solución y después o posteriormente convertirlos en la fase de estado sólido por coagulación permite ajustar apropiadamente las características de fusión. Un grado de fusión es un parámetro poderoso que puede usarse para ajustar las propiedades de la tela fabricada. En particular, la estabilidad mecánica de la red es mayor cuanto mayor es la densidad de posiciones de fusión. Mediante una distribución no homogénea de posiciones de fusión sobre el volumen de la tela, también es posible ajustar regiones de alta estabilidad mecánica y otras regiones de baja estabilidad mecánica. Por ejemplo, la separación de la tela en partes separadas se puede definir con precisión para que ocurra localmente en regiones mecánicamente débiles con un bajo número de posiciones de fusión. En una realización preferida, la fusión entre las fibras se desencadena al poner en contacto directo entre sí diferentes preformas de fibra en forma de solución de hilatura de Lyocell antes de la coagulación. Mediante un proceso de coagulación de este tipo, se ejecuta la precipitación común monomaterial de las fibras, formando así las posiciones de fusión.
El factor de fusión descrito es un parámetro muy característico para la interconexión entre diferentes fibras de la red de fibras de la tela. Un factor de fusión del cero por ciento corresponde a una tela sin puntos de fusión, es decir, fibras completamente separadas que interactúan entre sí solo por fricción. Un factor de fusión del cien por ciento corresponde a una tela que consiste en puntos de fusión, es decir, fibras completamente integrales que forman una estructura continua tal como una película. Mediante el ajuste del factor de fusión, también se pueden ajustar con precisión las propiedades físicas (en particular la estabilidad mecánica) de la tela correspondiente.
Dependiendo de la estructura específica y, en particular, dependiendo del factor de fusión, las posiciones de fusión pueden comprender (a) un punto de fusión en el que las fibras se fusionan con un punto de contacto; (b) una línea de fusión a lo largo de la que las fibras se alinean una al lado de la otra al menos en una porción de su longitud para formar una estructura de fibra superior. Un punto de fusión puede ser una estructura en forma de punto hecha del mismo material que las fibras interconectadas. Una línea de fusión se puede considerar como una posición de fusión que tiene una forma oblonga de una línea significativamente más grande que el diámetro de las fibras conectadas a lo largo de la línea de fusión. Por ende, una línea de fusión puede ser una estructura extendida que conecta fibras a lo largo de una sección a lo largo de la que las fibras se extienden en paralelo o una al lado de la otra.
De acuerdo con una realización adicional de la invención, diferentes fibras están ubicadas al menos parcialmente en diferentes capas distinguibles y la tela comprende en particular al menos una de las siguientes características: (a) las fibras de diferentes capas están conectadas integralmente en al menos una posición entre las capas; (b) aquellas fibras diferentes a las que están ubicadas al menos parcialmente en diferentes capas difieren en cuanto al diámetro de fibra, en particular difieren en cuanto a un diámetro de fibra medio; (c) las fibras de diferentes capas tienen el mismo diámetro de fibra, en particular, tienen sustancialmente el mismo diámetro de fibra medio; (d) las redes de fibra de diferentes capas proporcionan una funcionalidad diferente, en donde la funcionalidad diferente comprende, en particular, al menos una del grupo que consiste en diferente absorción por capilaridad, diferente comportamiento anisotrópico, diferente capacidad de absorción de líquidos, diferente capacidad de limpieza, diferentes propiedades ópticas, diferente rugosidad, diferente suavidad y diferentes propiedades mecánicas.
En el contexto del presente documento, "aquellas fibras diferentes a las que están ubicadas al menos parcialmente en diferentes capas distinguibles" puede significar que las capas respectivas muestran una separación visible o una región de interfaz entre las mismas, al menos dentro de una imagen capturada, por ejemplo, por medio de un microscopio electrónico. Como se especifica con la característica (a) anterior, las diferentes capas pueden estar conectadas integralmente en al menos una posición de fusión. De este modo, por ejemplo, se pueden formar dos (o más) capas diferentes de una tela alineando en serie dos (o más) chorros con orificios a través de los que se extruye la solución de hilatura de Lyocell para su coagulación y formación de fibras. Cuando una disposición de este tipo se combina con una unidad de soporte de fibra móvil (tipo cinta transportadora), el primer chorro forma una primera capa de fibras sobre la unidad de soporte de fibras, y el segundo chorro forma una segunda capa de fibras sobre la primera capa cuando la unidad móvil de soporte de fibras alcanza la posición del segundo chorro. Los parámetros de proceso de este método pueden ajustarse de forma que se formen puntos de fusión entre la primera capa y la segunda capa. Como ya se ha mencionado anteriormente, "fusión" puede denotar una interconexión de diferentes fibras en el punto de fusión respectivo que da como resultado la formación de una estructura de fibra conectada integralmente compuesta por las dos fibras previamente separadas que previamente se han asociado con diferentes capas. En particular, las fibras de la segunda capa en formación que aún no están completamente curadas o solidificadas por coagulación pueden tener, por ejemplo, regiones de capa o superficie exteriores que todavía están en la fase de solución líquida de Lyocell y aún no en el estado sólido completamente curado. Cuando tales estructuras de pre-fibras entran en contacto entre sí y a partir de entonces se curan completamente hasta el estado de fibra sólida, esto puede dar como resultado la formación de dos fibras fusionadas en una región de interfaz que se encuentra entre diferentes capas vecinas respectivamente.
Como se especifica con la característica (b) anterior aquellas fibras diferentes a las que están ubicadas al menos parcialmente en diferentes capas difieren en cuanto al diámetro de fibra, en particular difieren en cuanto a un diámetro de fibra medio. Cuando diferentes capas de la tela descrita están formadas por fibras que tienen diferentes diámetros de fibra (medios), las propiedades mecánicas de las diferentes capas pueden ajustarse individualmente.
Por ejemplo, se puede dotar a una de las capas de un carácter rígido utilizando fibras que tengan un diámetro de fibra relativamente grande, mientras que la otra capa puede tener un carácter suave o elástico (por ejemplo, utilizando fibras que tienen un diámetro de fibra relativamente bajo). Por ejemplo, se puede fabricar una toallita que tenga una superficie comparativamente rugosa para la limpieza eliminando mecánicamente la suciedad y que tenga una superficie comparativamente lisa para la limpieza, es decir, que está configurada para absorber agua o similar de una superficie a limpiar.
Sin embargo, como se especifica con la característica (c) anterior, como alternativa, también es posible que las fibras de diferentes capas tengan el mismo diámetro, en particular tengan el mismo diámetro medio. En una realización de este tipo, las capas adyacentes pueden tener propiedades físicas similares o idénticas. Pueden estar interconectadas fuerte o débilmente en los puntos de fusión intermedios. El número de dichos puntos de fusión por área de interfaz puede definir la fuerza de acoplamiento entre capas adyacentes. Con una pequeña fuerza de acoplamiento, las capas pueden separarse fácilmente por un usuario. Con una alta fuerza de acoplamiento, las capas pueden permanecer permanentemente unidas entre sí.
Se menciona que para unir mutuamente las capas vecinas dentro de la estructura multicapa descrita no hay necesidad de ningún material de adhesión adicional tal como un aglutinante. Como consecuencia, el líquido puede extenderse a través de la interfaz de la capa respectiva sin ningún obstáculo.
De acuerdo con otra realización de la invención, la red de fibras comprende al menos una de las siguientes características:
(a) dentro de una y misma fibra diferentes secciones de fibra difieren en cuanto al diámetro de fibra en más del 50 % en relación con el diámetro más pequeño de esta fibra;
(b) diferentes fibras difieren en cuanto al diámetro de fibra en más del 50 % en relación con el diámetro más pequeño de una de las fibras.
En el presente documento, la expresión "difieren en cuanto al diámetro de fibra en más del 50 % en relación con el diámetro más pequeño" puede indicar, en particular, que una relación entre el diámetro de fibra más grande y el diámetro de fibra más pequeño, multiplicada por 100 %, en donde se resta el 100 % del resultado obtenido, da un valor superior al 50 %. "Difieren en cuanto al diámetro de fibra en más del 50 % en relación con el diámetro más pequeño" puede significar que una relación entre el diámetro de fibra más grande y el diámetro de fibra más pequeño es superior a 1,5.
En el caso de una variación tan grande del diámetro de fibra dentro de una y misma fibra como se especifica con la característica (a) anteriormente dada, se puede considerar que la falta de homogeneidad en cuanto al diámetro representa una variación del diámetro intrafibra. Sin desear adherirse a una teoría concreta, actualmente se cree que cuando tales fibras forman una red en la tela, la falta de homogeneidad del diámetro de una fibra respectiva aumenta la fuerza de fricción que debe superarse cuando se mueven las diversas fibras entre sí dentro de la tela. Un resultado de este efecto es una mayor estabilidad mecánica de la tela.
En el caso de una variación de diámetro de fibra tan grande entre diferentes fibras como se especifica con la característica (b) anteriormente dada, la falta de homogeneidad en términos de diámetro puede denominarse variación del diámetro interfibra. En una realización de este tipo, una fibra respectiva en sí misma puede mostrar una homogeneidad o falta de homogeneidad en el diámetro, pero diferentes fibras difieren en cuanto al diámetro en una comparación fibra por fibra. En un escenario de este tipo, la interacción de fibras de diferentes diámetros o diferentes distribuciones de diámetros puede dar como resultado una flexión más fuerte de las fibras más delgadas y solo una ligera flexión de las fibras más gruesas. Cuando tales fibras de diferente diámetro forman una red en la tela, la mayor alteración inhibe el movimiento mutuo de diferentes fibras entre sí. Un resultado de este fenómeno es una mayor estabilidad de la tela.
De acuerdo con otra realización de la invención, la red de fibras comprende al menos una de las siguientes características:
(a) al menos el 3 %, en particular, al menos el 5 %, de las fibras tienen una forma de sección transversal no circular con una redondez de no más del 90 %;
(b) al menos el 1 %, en particular, al menos el 3 %, de las fibras tienen una forma de sección transversal no circular con una redondez de no más del 80 %, en particular de no más del 70 %.
En este contexto, el término "redondez" puede referirse particularmente a la relación entre el círculo inscrito y el círculo circunscrito de una sección transversal de una fibra, es decir, el tamaño máximo y el tamaño mínimo de los círculos que son justo lo suficiente para caber dentro de la sección transversal de la fibra, respectivamente, para encerrar o abarcar la sección transversal de la fibra. Para determinar la redondez, un plano de sección transversal perpendicular a una dirección de extensión de la fibra puede intersecarse con la fibra. Por tanto, la redondez se puede indicar como la medida de cuán cerca se aproxima la forma de la sección transversal de una fibra respectiva a la de un círculo que tiene una redondez del 100 %.
Por ejemplo, la sección transversal de una fibra puede tener forma ovalada (en particular elíptica) o puede tener forma poligonal. Más en general, una trayectoria que define los límites exteriores de una sección transversal de una fibra puede ser cualquier línea plana cerrada que muestre una desviación de un círculo. La sección transversal de una fibra puede ser completamente redonda o puede tener uno o más bordes afilados o redondeados.
Hablando descriptivamente, las fibras de la tela descrita con esta realización presentan una desviación significativa de una forma cilíndrica completamente circular. Desde un punto de vista mecánico, esto da como resultado que una dirección de flexión preferida de las fibras en presencia de una carga mecánica esté definida por el diseño de la sección transversal de la fibra. Por ejemplo, cuando la fibra tiene una forma de sección transversal elíptica con dos ejes principales (es decir, eje mayor y eje menor) que tienen diferentes longitudes, la flexión en presencia de una fuerza ejercida ocurrirá predominantemente con el eje menor como una línea de flexión. Por tanto, las características de flexión de dicha tela de fibra ya no son estadísticas e impredecibles, sino que aumentan el orden definido de la tela de fibra de celulosa no tejida. Además de tener una fuerte influencia en la estabilidad mecánica de la tela (al menos en una dirección), el radio de curvatura (medio) es también un parámetro que afecta al tamaño y la forma de las cavidades que pueden formarse entre diferentes fibras y también al tamaño. y la forma de microcavidades formadas dentro de la estructura interna de una fibra.
Por lo tanto, teniendo en cuenta las consideraciones dadas anteriormente con respecto a la influencia del número, el tamaño y/o la forma de las cavidades en la capacidad de absorción de agua debe quedar claro que también la flexión media (dependiente de la redondez) tiene también una fuerte influencia en la capacidad de dispersión y absorción por capilaridad del agua.
De acuerdo con otra realización de la invención, las fibras tienen un contenido de cobre de menos de 5 ppm y/o tienen un contenido de níquel de menos de 2 ppm.
Los valores de ppm mencionados en el presente documento se relacionan con la masa (en lugar del volumen). Aparte de esto, la contaminación por metales pesados de las fibras o la tela no puede ser superior a 10 ppm para cada elemento de metal pesado individual. Debido al uso de una solución de hilatura de Lyocell como base para la formación de la tela continuo a base de fibras (en particular cuando se utiliza un disolvente como N-metil-morfolina, NMMO), la contaminación de la tela con metales pesados tales como el cobre o el níquel (que pueden provocar reacciones alérgicas en el usuario) puede mantenerse extremadamente baja.
Dependiendo del valor o grado del diámetro de fibra y/o la falta de homogeneidad del diámetro intrafibra y/o interfibra y/o la densidad de la tela, la superficie de la fibra activa puede ajustarse así como el volumen y la separación entre los huecos entre las fibras adyacentes. Esto tiene un impacto en la capacidad del líquido para acumularse en los huecos, por ejemplo, bajo la influencia de un efecto capilar.
Más detalladamente, la capacidad de absorción de líquidos descrita se puede basar en el hecho de que la tela de fibra no tejida o la tela de fibra se puede considerar como una estructura que comprende cavidades o huecos entre varias fibras vecinas. En el estado original no empapado de la tela, estos huecos están llenos de aire. Cuando la tela absorbe líquido, los vacíos se llenan de líquido (agua, emulsiones, aceite).
De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un método para fabricar tela de fibra de celulosa no tejida, en particular, una tela como la descrito anteriormente, directamente de una solución de hilatura de Lyocell. El método proporcionado comprende
(a) extruir la solución de hilatura de Lyocell a través de un chorro con orificios soportados por un flujo de gas en una atmósfera de fluido de coagulación para formar así fibras sustancialmente sin fin;
(b) recoger las fibras en una unidad de soporte de fibras para formar así la tela; y
(c) ajustar los parámetros de proceso de fabricación de forma que dentro de una misma fibra las diferentes secciones de fibra difieran en más del 50 % en cuanto al diámetro de fibra con respecto al diámetro más pequeño de esta fibra, y la tela presenta
i) una tasa de dispersión de líquido de al menos 3000 mm2 en 5 minutos y/o
ii) una velocidad de absorción por capilaridad de al menos 0,25 gramos de agua por 1 gramo de tela y 1 segundo.
Se genera una variación de diámetro a lo largo de la longitud de la fibra por medio de variaciones de presión y/o velocidad del flujo de gas que acelera la solución de hilatura de Lyocell extruida hacia la unidad de soporte de fibra.
También, el método descrito se basa en la idea de que con una selección adecuada de los parámetros de proceso, se puede fabricar de una manera eficaz y fiable una tela de fibra de celulosa no tejida mejorada en muchos aspectos, como se ha descrito anteriormente.
Con respecto a los valores dados para los parámetros "tasa de dispersión de líquido" y "velocidad de absorción por capilaridad", se hace referencia a las aclaraciones anteriores.
En el contexto del presente documento, un "chorro con orificios" (que, por ejemplo, puede denominarse "disposición de orificios") puede ser cualquier estructura que comprenda una disposición de orificios que estén dispuestos linealmente.
Se menciona que al controlar la coagulación de las fibras se produce una variación del diámetro de diferentes fibras. Dicho en otras palabras, originalmente, al menos dos fibras diferentes que están dispuestas al menos aproximadamente en una orientación paralela pueden fusionarse entre sí (a lo largo de una línea de fusión común) de tal forma que se generará una fibra con un diámetro significativamente mayor. Al controlar (los valores de) los parámetros de proceso, se puede seleccionar la probabilidad de una fusión de fibra tan larga. Como consecuencia, la relación entre las fibras combinadas (más gruesas) y las fibras originales (más finas) se puede ajustar, por ejemplo, ajustando la distancia entre los orificios vecinos del chorro a través del que se extruye la solución viscosa de hilatura de Lyocell. A este respecto, debe quedar claro que cuanto menor es la distancia, más probable es la fusión entre dos fibras.
Usando una corriente turbulenta de fluido de coagulación, se podrían perturbar las distancias espaciales entre diferentes fibras aún no (totalmente) coaguladas. Como consecuencia, se puede aumentar la probabilidad de que dos fibras se encuentren en su camino desde el chorro hasta la unidad de soporte de fibra.
Se menciona que también se puede realizar una fusión de tres o incluso más fibras originalmente individuales. Como consecuencia, se pueden producir fibras incluso más gruesas de forma que aumente la variación del diámetro de fibra.
Con respecto a la relevancia de la "fusión" para las principales propiedades de la tela descritas en el presente documento, es decir, la capacidad de absorción de agua en el contexto de "tasa de dispersión de líquido" y/o "velocidad de absorción por capilaridad" se hace referencia a las secciones anteriores que aclaran teorías físicas de ejemplo para la dependencia de estas propiedades principales de la fusión.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un dispositivo para fabricar tela de fibra de celulosa no tejida directamente a partir de una solución de hilatura de Lyocell y, en particular, para fabricar una tela como se ha descrito anteriormente. El dispositivo proporcionado comprende:
(a) un chorro con orificios configurado para extruir la solución de hilatura de Lyocell soportado por un flujo de gas;
(b) una unidad de coagulación configurada para proporcionar una atmósfera de fluido de coagulación para la solución de hilatura de Lyocell extruida para formar así fibras sustancialmente sin fin;
(c) una unidad de soporte de fibra configurada para recoger las fibras para formar así la tela; y
(d) una unidad de control configurada para ajustar los parámetros de proceso de forma que, dentro de una misma fibra las diferentes secciones de fibra difieran en más del 50 % en cuanto al diámetro de fibra con respecto al diámetro más pequeño de esta fibra, y la tela presenta
i) una tasa de dispersión de líquido de al menos 3000 mm2 en 5 minutos y/o
ii) una velocidad de absorción por capilaridad de al menos 0,25 gramos de agua por 1 gramo de tela y 1 segundo.
Se genera una variación de diámetro a lo largo de la longitud de la fibra por medio de variaciones de presión y/o velocidad del flujo de gas que acelera la solución de hilatura de Lyocell extruida hacia la unidad de soporte de fibra.
El dispositivo descrito se basa en la idea de que la unidad de control permite llevar a cabo de forma fiable el método descrito anteriormente para fabricar la tela de fibra de celulosa no tejida anteriormente descrita.
También se puede combinar una tela de fibra de celulosa no tejida de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención (por ejemplo en el lugar o en un proceso posterior) con uno o más materiales, para formar así un material compuesto de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención. Materiales de ejemplo, que se pueden combinar con la tela para formar dicho material compuesto se pueden seleccionar de un grupo de materiales que comprende, pero sin limitarse a, los siguientes materiales o combinaciones de los mismos: pulpa de pelusa, una suspensión de fibra, uno no tejido tendido en húmedo, uno no tejido depositado por aire, un entramado spunbond, un entramado meltblown, un entramado cardado hidro-enmarañado o punzonado con aguja u otras estructuras similares a láminas hechas de diversos materiales. En una realización, la conexión entre los diferentes materiales se puede realizar (pero no se limita a) uno o una combinación de los siguientes procesos: fusionando, hidroenmarañado, punzonado con aguja, enlaces de hidrógeno, termounión, pegado por un aglutinante, laminado y/o calandrado.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un método para usar una tela de fibra de celulosa no tejida como se ha descrito anteriormente para al menos uno del grupo que consiste en una toallita, una sábana doméstica, un filtro, un producto de higiene, un producto de aplicación médica, una ropa geotextil, agrotextil, un producto para la tecnología de la construcción, un producto automotriz, un mobiliario, un producto industrial, un producto relacionado con el ocio, belleza, deportes o viajes, y un producto relacionado con la educación o la oficina.
De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un producto o material compuesto que comprende una tela de fibra de celulosa no tejida como se ha descrito anteriormente.
Los usos particulares de los entramados, ya sea entramados de fibra de celulosa al 100 % o, por ejemplo, entramados que comprenden o consisten en dos o más fibras, o fibras modificadas químicamente o fibras con materiales incorporados, tales como materiales antibacterianos, materiales de intercambio iónico, carbono activo, nanopartículas, lociones, agentes médicos o retardadores de fuego, o fibras bicomponentes pueden ser como sigue:
La tela de fibra de celulosa no tejida de acuerdo con las realizaciones de ejemplo de la invención se puede usar para fabricar toallitas tales como toallitas para bebé, cocina, toallitas húmedas, cosméticas, de higiene, médicas, para la limpieza, para pulido (coche, muebles), para el polvo, industriales, toallitas trapeadoras y fregonas.
También es posible que la tela de fibra de celulosa no tejida de acuerdo con las realizaciones de ejemplo de la invención se use para fabricar un filtro. Por ejemplo, una filtro de este tipo puede ser un filtro de aire, un HVAC, filtro de acondicionamiento de aire, filtro de gases de combustión, filtros de líquidos, filtros de café, bolsas de té, bolsas de café, filtros de alimentos, filtro de purificación de agua, filtro de sangre, filtro de cigarrillos; filtros de cabina, filtros de aceite, filtro de cartucho, filtro de vacío, bolsa para aspiradora, filtro de polvo, filtro hidráulico, filtro de cocina, filtro de ventilador, filtros de intercambio de humedad, filtro de polen, filtros HEVAC/HEPA/ULPA, filtro de cerveza, filtro de leche, filtro de líquido refrigerante y filtros de zumos de frutas.
En todavía otra realización, la tela de fibra de celulosa no tejida se puede utilizar para fabricar productos higiénicos absorbentes. Ejemplos de los mismos son una capa de adquisición, una cubierta, una capa de distribución, una funda absorbente, toallas sanitarias, cubiertas superiores, cubiertas posteriores, puños de pierna, productos desechables, almohadillas, almohadillas de lactancia, ropa interior desechable, pantalones de entrenamiento, máscaras faciales, mascarillas faciales de belleza, toallas de remoción de cosméticos, toallitas de limpieza, pañales y toallas para la secadora de ropa que liberan un componente activo (tal como un suavizante textil).
En otra realización más, la tela de fibra de celulosa no tejida se puede usar para fabricar un producto de aplicación médica. Por ejemplo, tales productos de aplicación médica pueden ser gorros desechables, batas, mascarillas y cubrezapatos, productos para el cuidado de heridas, productos de empaquetado estériles, productos de cobertura, materiales de vestir, ropa unidireccional, productos de diálisis, tiras nasales, adhesivos para placas dentales, ropa interior desechable, paños, envolturas y paquetes, esponjas, apósitos y toallitas, ropa de cama, suministro transdérmico de fármacos, envolturas, protectores interiores, paquetes de procedimiento, paquetes de calor, revestimientos de bolsa de ostomía, cintas de fijación y colchones para incubadoras.
En todavía otra realización, la tela de fibra de celulosa no tejida puede usarse para fabricar geotextiles. Esto puede implicar la producción de cubiertas protectoras de cultivos, esteras capilares, purificación de agua, control de riego, capa de asfalto, estabilización de suelos, drenaje, sedimentación y control de la erosión, revestimientos de estanques, revestimientos de canales de drenaje basados en impregnación, estabilización del suelo, camisas para pozos, mantas de semillas, telas del control de malas hierbas, sombreado para invernaderos, bolsas de raíces y macetas biodegradables. También es posible usar la tela de fibra de celulosa no tejida para una lámina vegetal (por ejemplo, proporcionando una protección ligera y/o una protección mecánica para una planta, y/o proporcionando a la planta o al suelo estiércol o semilla).
En otra realización, la tela de fibra de celulosa no tejida puede usarse para fabricar ropa. Por ejemplo, entretelas, ropa de aislamiento y protección, componentes para bolsos, componentes para calzados, revestimientos para cinturones, gorros/ropa industrial, ropa de trabajo desechable, ropa y bolsos para zapatos y el aislamiento térmico pueden fabricarse a base de dicha tela.
En otra realización más, la tela de fibra de celulosa no tejida se puede usar para fabricar productos utilizados para la tecnología de la construcción. Por ejemplo, bases para techos y tejas, aislamiento bajo tejado de pizarra, térmico y acústico, envoltura para la casa, revestimientos para placas de yeso, envolturas para tuberías, capas de moldeado de concreto, cimentaciones y estabilización del suelo, drenajes verticales, tejas, fieltros para techos, material de reducción del ruido, reforzamiento, sellado y de amortiguación (mecánico) pueden fabricarse utilizando dicha tela.
En otra realización más, la tela de fibra de celulosa no tejida se puede utilizar para fabricar un producto de automoción. Los ejemplos son un filtro de cabina, revestimientos de maletero, estanterías para paquetes, escudos de calor, molduras de estante, revestimientos de capó moldeados, revestimiento del suelo del maletero, filtro de aceite, acabados, estanterías para paquetes posteriores, telas decorativas, bolsas de aire, cojines del silenciador, materiales de aislamiento, cubiertas de coche, rellenos interiores, alfombras para coches, cintas, refuerzos y moquetas tufting, cubre asientos, revestimiento para puertas, moqueta cosida y refuerzo de moquetas de coches.
Todavía otro campo de aplicación de la tela fabricada de acuerdo con realizaciones de ejemplo de la invención son mobiliarios, tales como muebles, construcción, aislante para brazos y espalda, engrosamiento de cojín, cubiertas de polvo, forros, refuerzos de puntadas, materiales de cubierta de bordes, construcciones de ropa de cama, refuerzo para edredones, envolventes de muelles, componentes de relleno para colchones, fundas de colchón, cortinas para ventanas, revestimientos de paredes, refuerzos de alfombras, pantallas de lámparas, componentes para colchones, aisladores de muelles, sellos, relleno de almohada y relleno para colchones.
En todavía otra realización, la tela de fibra de celulosa no tejida se puede utilizar para la fabricación de productos industriales. Esto puede implicar electrónica, revestimientos de disquete, aislamiento de cables, abrasivos, cintas aislantes, cintas transportadoras, capas absorbentes de ruido, acondicionamiento de aire, separadores de batería, sistemas ácidos, quitamanchas para esteras antideslizantes, envolturas de alimentos, cinta adhesiva, cubiertas de salchicha, cubiertas de queso, cuero artificial, barreras y mangas de recuperación de petróleo, y fieltros para la fabricación de papel.
La tela de fibra de celulosa no tejida de acuerdo con realizaciones de ejemplo de la invención es también apropiada para fabricar productos relacionados con el ocio y los viajes. Ejemplos de una aplicación de este tipo son los sacos de dormir, carpas, equipaje, bolsos de mano, bolsas de compra, reposacabezas de aerolíneas, protección de CD, fundas de almohadas y empaques para sándwiches.
Todavía otro campo de aplicación de la realización de ejemplo de la invención se refiere a productos para la educación y la oficina. Como ejemplos, portadas de libros, sobres de correo, mapas, letreros y banderines, toallas y banderas se podrán mencionar.
Debe señalarse que se han descrito realizaciones de la invención con referencia a diferentes objetos. En particular, algunas realizaciones se han descrito con referencia a reivindicaciones de tipo de aparato mientras que otras realizaciones se han descrito con referencia a reivindicaciones de tipo de método. Sin embargo, un experto en la materia deducirá de lo anterior y de la siguiente descripción que, a menos que se indique de otro modo, además de cualquier combinación de características pertenecientes a un tipo de materia, también cualquier combinación entre características relacionadas con diferentes materias, en particular, entre las características de las reivindicaciones de tipo de aparato y las características de las reivindicaciones de tipo de método se considera que se divulga con el presente documento.
Los aspectos definidos anteriormente y los aspectos adicionales de la presente invención son evidentes a partir de los ejemplos de realización que se describirán a continuación y se explican con referencia a los ejemplos de realización. La invención se describirá con más detalle a continuación con referencia a los ejemplos de realización pero la invención no se limita los mismos.
Breve descripción del dibujo
La Figura 1 ilustra un dispositivo para fabricar tela de fibra de celulosa no tejida que se forma directamente a partir de una solución de hilatura de Lyocell que se coagula con un fluido de coagulación de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención.
La Figura 2 a la Figura 4 muestran imágenes capturadas experimentalmente de la tela de fibra de celulosa no tejida de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención en la que la fusión de fibras individuales se ha logrado mediante un control de proceso específico.
La Figura 5 y la Figura 6 muestran imágenes capturadas experimentalmente de la tela de fibra de celulosa no tejida de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención en la que se ha logrado el hinchamiento de las fibras, en donde la figura 5 muestra la tela de fibra en un estado seco no hinchado y la Figura 6 muestra la tela de fibra en un estado húmedo hinchado.
La Figura 7 muestra una imagen capturada experimentalmente de una tela de fibra de celulosa no tejida de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención en la que la formación de dos capas de fibras superpuestas se ha logrado mediante un proceso específico que implementa dos barras de boquillas en serie.
La Figura 8 muestra la dependencia general de la fuerza capilar dada por la altura capilar del agua en función del diámetro capilar.
La figura 9 muestra una imagen esquemática que ilustra una dispersión no isotrópica de líquido que ha sido absorbida por una tela que tiene valores anisotrópicos para la tasa de dispersión de líquido.
La Figura 10 muestra una imagen capturada experimentalmente de una sola fibra con su estructura interna caracterizada por una pluralidad de una estructura de fibrillas y, por tanto, canales en una escala submicrónica.
La Figura 11 muestra una imagen capturada experimentalmente de una tela de fibra de celulosa no tejida con torceduras, variaciones del diámetro intrafibra, variaciones del diámetro interfibra, en una forma sustancialmente paralela de fibras coaguladas y cavidades de diferentes tamaños y formas.
La Figura 12 muestra una imagen esquemática de una tela de fibra de celulosa no tejida en la que se muestran diferentes tipos de posiciones de fusión entre fibras así como posiciones de cruce entre fibras.
La Figura 13 muestra una imagen esquemática de una tela de fibra de celulosa no tejida que comprende dos capas de red de fibras apiladas y fusionadas.
La Figura 14 muestra cómo se puede calcular la redondez de una fibra que tiene una sección transversal que se desvía de una sección transversal circular como la relación entre los círculos inscritos y circunscritos de la sección transversal de la fibra de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención.
La Figura 15 ilustra una tela de fibra de celulosa no tejida que comprende tres capas de red.
La Figura 16 ilustra una parte de un dispositivo para fabricar tela de fibra de celulosa no tejida compuesta por dos capas apiladas de bandas continuas de fibra de celulosa de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención.
Descripción detallada del dibujo
La ilustración en el dibujo es esquemática. Se observa que en diferentes Figuras, los elementos o características similares o idénticas se proporcionan con los mismos signos de referencia. Para evitar repeticiones innecesarias, los elementos o características que ya se han explicado con respecto a una realización descrita anteriormente no se aclaran de nuevo en una posición posterior de la descripción.
Además, los términos espacialmente relativos, tales como "frontal" y "posterior", "arriba" y "abajo", "izquierdo/a y derecho/a", etcétera se utilizan para describir la relación de un elemento con otro(s) elemento(s) como se ilustra en las figuras. Por tanto, los términos espacialmente relativos pueden aplicarse a orientaciones en uso que difieren de la orientación representada en las figuras. Obviamente, todos estos términos espacialmente relativos se refieren a la orientación mostrada en las figuras solo para facilitar la descripción y no son necesariamente limitativos ya que un aparato de acuerdo con una realización de la invención puede asumir orientaciones diferentes a las ilustradas en las figuras cuando está en uso.
La Figura 1 ilustra un dispositivo 100 de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención para fabricar tela de fibra de celulosa no tejida 102 que se forma directamente a partir de la solución de hilatura de Lyocell 104. Esta último es al menos parcialmente coagulado por un fluido de coagulación 106 para convertirse en fibras de celulosa parcialmente formadas 108. Mediante el dispositivo 100, se puede llevar a cabo un proceso de soplado de solución de Lyocell de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención. En el contexto de la presente solicitud, la expresión "proceso de soplado de solución de Lyocell" puede abarcar particularmente procesos que pueden dar como resultado la obtención de filamentos o fibras 108 esencialmente sin fin de una longitud discreta o mezclas de filamentos y fibras sin fin de longitud discreta. Como se describe adicionalmente más adelante, se proporcionan boquillas cada una con un orificio 126 a través de las que se expulsa solución de celulosa o solución de hilatura de Lyocell 104 junto con una corriente de gas o flujo de gas 146 para fabricar la tela de fibra de celulosa no tejida 102 de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención.
Como se tomar de la Figura 1, pulpa de madera 110, otra materia prima a base de celulosa o similar se puede suministrar en un tanque de almacenamiento 114 a través de una unidad dosificadora 113. El agua de un recipiente de agua 112 se suministra también al tanque de almacenamiento 114 a través de la unidad dosificadora 113. Por tanto, la unidad dosificadora 113, bajo el control de una unidad de control 140 descrita a continuación con más detalle, puede definir las cantidades relativas de agua y pulpa de madera 110 que se van a suministrar al tanque de almacenamiento 114. Un disolvente (tal como N-metil-morfolina, NMMO) alojado en un recipiente de disolvente 116 puede concentrarse en una unidad de concentración 118 y puede mezclarse después con la mezcla de agua y pulpa de madera 110 u otra materia prima a base de celulosa con cantidades relativas definibles en una unidad de mezcla 119. También la unidad de mezcla 119 puede ser controlada por la unidad de control 140. De este modo, el medio agua-pulpa de madera 110 se disuelve en el disolvente concentrado en una unidad de disolución 120 con cantidades relativas ajustables, obteniendo así la solución de hilatura de Lyocell 104. La solución acuosa de hilatura de Lyocell 104 puede ser un medio viscoso de miel compuesto (por ejemplo, del 5 % en masa al 15 % en masa) de celulosa que comprende pulpa de madera 110 y (por ejemplo, del 85 % en masa al 95 % en masa) de disolvente.
La solución de hilatura de Lyocell 104 se envía a una unidad de formación de fibras 124 (que puede estar realizada como o que puede comprender una serie de haces o chorros de hilatura 122). Por ejemplo, el número de orificios 126 de los chorros 122 puede ser superior a 50, en particular, superior a 100. En una realización, todos los orificios 126 de una unidad de formación de fibras 124 (que puede comprender varias hileras de chorros 122) de los orificios 126 de los chorros 122 pueden tener el mismo tamaño y/o forma. Como alternativa, el tamaño y/o la forma de los diferentes orificios 126 de un chorro 122 y/o los orificios 126 de diferentes chorros 122 (que pueden estar dispuestos en serie para formar una tela multicapa) pueden ser diferentes. Los orificios 126 pueden disponerse como una alineación unidimensional de los orificios 126.
Cuando la solución de hilatura de Lyocell 104 pasa a través de los orificios 126 de los chorros 122, se divide en una pluralidad de hebras paralelas de solución de hilatura de Lyocell 104. Un flujo de gas orientado verticalmente, es decir, que está orientado sustancialmente paralelo a la dirección de giro, obliga a la solución de hilatura de Lyocell 104 a transformarse en hebras cada vez más largas y finas que se pueden ajustar cambiando las condiciones del proceso bajo el control de la unidad de control 140. El flujo de gas puede acelerar la solución de hilatura de Lyocell 104 a lo largo de al menos una parte de su trayectoria desde los orificios 126 hasta una unidad de soporte de fibra 132.
Mientras la solución de hilatura de Lyocell 104 se mueve a través de los chorros 122 y más hacia abajo, las hebras largas y finas de la solución de hilatura de Lyocell 104 interactúan con el fluido de coagulación no solvente 106. El fluido de coagulación 106 está configurado ventajosamente como niebla de vapor, por ejemplo, una niebla acuosa. Las propiedades relevantes del proceso del fluido de coagulación 106 son controladas por una o más unidades de coagulación 128, que dotan al fluido de coagulación 106 de propiedades ajustables. Las unidades de coagulación 128 se controlan, a su vez, por la unidad de control 140. Preferiblemente, se proporcionan respectivas unidades de coagulación 128 entre las boquillas u orificios individuales 126 para ajustar individualmente las propiedades de las capas de tela 102 respectivas que se están produciendo. Preferiblemente, cada chorro 122 puede tener asignadas dos unidades de coagulación 128, una a cada lado. Los chorros individuales 122 pueden por tanto estar provistos de porciones individuales de solución de hilatura de Lyocell 104 que pueden ajustarse también para tener diferentes propiedades controlables de diferentes capas de la tela fabricada 102.
Al interactuar con el fluido de coagulación 106 (tal como el agua), la concentración de disolvente de la solución de hilatura de Lyocell 104 se reduce, de forma que la celulosa del primero, por ejemplo, la pulpa de madera 110 (u otra materia prima) se coagula al menos parcialmente como fibras de celulosa largas y delgadas 108 (que aún pueden contener disolvente residual y agua).
Durante o después de la formación inicial de las fibras de celulosa individuales 108 a partir de la solución de hilatura de Lyocell extruida 104, las fibras de celulosa 108 se depositan en la unidad de soporte de fibras 132, que está configurada aquí como una cinta transportadora con una superficie de alojamiento de fibra plana. Las fibras de celulosa 108 forman una tela de fibra de celulosa no tejida 102 (ilustrada solo esquemáticamente en la Figura 1). La tela de fibra de celulosa no tejida 102 está compuesta de filamentos o fibras 108 continuos y sustancialmente sin fin.
Aunque no se muestra en la Figura 1, el disolvente de la solución de hilatura de Lyocell 104 eliminado en la coagulación por la unidad de coagulación 128 y en el lavado en una unidad de lavado 180 puede reciclarse al menos parcialmente.
Mientras se transporta a lo largo de la unidad de soporte de fibra 132, la tela de fibra de celulosa no tejida 102 se puede lavar mediante la unidad de lavado 180 que suministra licor de lavado para eliminar el disolvente residual y después se puede secar. Puede procesarse adicionalmente por una unidad de procesamiento adicional opcional pero ventajosa 134. Por ejemplo, un procesamiento adicional de este tipo puede implicar hidro-enmarañado, punzonado con aguja, impregnación, tratamiento de vapor con vapor a presión, calandrado, etc.
La unidad de soporte de fibra 132 puede transportar también la tela de fibra de celulosa no tejida 102 a una bobinadora 136 en la que la tela de fibra de celulosa no tejida 102 puede recogerse como una hoja sustancialmente sin fin. La tela de fibra de celulosa no tejida 102 puede luego enviarse como producto en rollo a una entidad que fabrica productos tales como toallitas o textiles basados en la tela de fibra de celulosa no tejida 102.
Como se indica en la Figura 1, el proceso descrito puede controlarse por la unidad de control 140 (tal como un procesador, parte de un procesador o una pluralidad de procesadores). La unidad de control 140 está configurada para controlar el funcionamiento de las diversas unidades que se muestran en la Figura 1, en particular una o más de la unidad dosificadora 113, la unidad de mezcla 119, la unidad de formación de fibras 124, la(s) unidad(es) de coagulación 128, la unidad de procesamiento adicional 134, la unidad de disolución 120, la unidad de lavado 118, etc. Por tanto, la unidad de control 140 (por ejemplo, mediante la ejecución de un código de programa ejecutable por computadora y/o mediante la ejecución de comandos de control definidos por un usuario) puede definir con precisión y flexibilidad los parámetros de proceso de acuerdo con los que se fabrica la tela de fibra de celulosa no tejida 102. Los parámetros de diseño en este contexto son el flujo de aire a lo largo de los orificios 126, propiedades del fluido de coagulación 106, velocidad de accionamiento de la unidad de soporte de fibra 132, composición, temperatura y/o presión de la solución de hilatura de Lyocell 104, etc. Los parámetros de diseño adicionales que se pueden ajustar para ajustar las propiedades de la tela de fibra de celulosa no tejida 102 son el número y/o la distancia mutua y/o la disposición geométrica de los orificios 126, composición química y grado de concentración de la solución de hilatura de Lyocell 104, etc. De este modo, las propiedades de la tela de fibra de celulosa no tejida 102 pueden ajustarse adecuadamente, como se describe a continuación. Tales propiedades ajustables (véase la descripción detallada a continuación) pueden incluir una o más de las siguientes propiedades: diámetro y/o distribución de diámetro de las fibras 108, cantidad y/o regiones de fusión entre fibras 108, un nivel de pureza de las fibras 108, propiedades de una tela multicapa 102, propiedades ópticas de la tela 102, propiedades de retención de fluidos y/o liberación de fluidos de la tela 102, estabilidad mecánica de la tela 102, suavidad de una superficie de la tela 102, forma de la sección transversal de las fibras 108, etc.
Aunque no se muestra, cada chorro giratorio 122 puede comprender una entrada de solución de polímero a través de la que se suministra la solución de hilatura de Lyocell 104 al chorro 122. A través de una entrada de aire, se puede aplicar un flujo de gas 146 a la solución de hilatura de Lyocell 104. Partiendo de una cámara de interacción en un interior del chorro 122 y delimitada por una carcasa de chorro, la solución de hilatura de Lyocell 104 se mueve o es acelerada (por el flujo de gas 146 tirando de la solución de hilatura de Lyocell 104 hacia abajo) hacia abajo a través de un orificio respectivo 126 y se estrecha lateralmente bajo la influencia del flujo de gas 146 de forma que los filamentos de celulosa o las fibras de celulosa que se estrechan continuamente 108 se forman cuando la solución de hilatura de Lyocell 104 se mueve hacia abajo junto con el flujo de gas 146 en el entorno del fluido de coagulación 106.
Por tanto, los procesos implicados en el método de fabricación descrito con referencia a la Figura 1 pueden incluir que la solución de hilatura de Lyocell 104, que también puede indicarse como la solución de celulosa se moldee para formar hebras líquidas o filamentos latentes, que son arrastrados por el flujo de gas 146 y significativamente reducidos en diámetro y aumentados en longitud. También puede estar implicada la coagulación parcial de los filamentos o fibras latentes 108 (o preformas de los mismos) por el fluido de coagulación 106 antes o durante la formación del entramado en la unidad de soporte de fibras 132. Los filamentos o fibras 108 se transforman en una tela similar a un entramado 102, se lavan, se secan y pueden procesarse adicionalmente (véase unidad de procesamiento adicional 134), según se requiera. Los filamentos o fibras 108 pueden, por ejemplo, recogerse, por ejemplo, en un tambor giratorio o una correa, mediante el que se forma un entramado.
Como resultado del proceso de fabricación descrito y en particular de la elección del disolvente utilizado, las fibras 108 tienen un contenido de cobre de menos de 5 ppm y tienen un contenido de níquel de menos de 2 ppm. Esto mejora ventajosamente la pureza de la tela 102.
El entramado de soplado de solución de Lyocell (es decir, la tela de fibra de celulosa no tejida 102) de acuerdo con las realizaciones de ejemplo de la invención presenta preferiblemente una o más de las siguientes propiedades:
(i) El peso seco del entramado es de 5 a 300 g/m2, preferiblemente 10-80 g/m2
(ii) El espesor del entramado de acuerdo con la norma WSP120.6 respectivamente DIN29073 (en particular en la última versión vigente en la fecha de prioridad de la presente solicitud de patente) es de 0,05 a 10,0 mm, preferiblemente de 0,1 a 2,5 mm
(iii) La tenacidad específica del entramado en MD de acuerdo con la norma EN29073-3, respectivamente ISO9073-3 (en particular en la última versión vigente en la fecha de prioridad de la presente solicitud de patente) oscila entre 0,1 y 3,0 Nm2/g, preferiblemente de 0,4 a 2,3 Nm2/g
(iv) El alargamiento medio del entramado de acuerdo con la norma EN29073-3, respectivamente ISO9073-3 (en particular en la última versión vigente en la fecha de prioridad de la presente solicitud de patente) oscila entre el 0,5 y el 100 %, preferiblemente del 4 al 50 %.
(v) La relación de tenacidad MD/CD del entramado es de 1 a 12
(vi) La retención de agua del entramado de acuerdo con la norma DIN 53814 (en particular en la última versión vigente en la fecha de prioridad de la presente solicitud de patente) es del 1 al 250 %, preferiblemente del 30 al 150 %
(vii) La capacidad de retención de agua del entramado de acuerdo con la norma DIN 53923 (en particular en la última versión vigente en la fecha de prioridad de la presente solicitud de patente) oscila entre el 90 y el 2000 %, preferiblemente del 400 al 1100 %.
(viii) Niveles de residuos metálicos de contenido de cobre de menos de 5 ppm y contenido de níquel de menos de 2 ppm.
Lo más preferiblemente, el entramado de soplado de solución de Lyocell presenta todas dichas propiedades (i) a (viii) mencionadas anteriormente.
Como se ha descrito, el proceso para producir la tela de fibra de celulosa no tejida 102 comprende preferiblemente:
(a) Extruir una solución que comprende celulosa disuelta en NMMO (véase número de referencia 104) a través de los orificios 126 de al menos un chorro 122, formando así filamentos de solución de hilatura de Lyocell 104
(b) Estirar dichos filamentos de solución de hilatura de Lyocell 104 mediante una corriente gaseosa (véase número de referencia 146)
(c) Poner en contacto dichos filamentos con una neblina de vapor (véase número de referencia 106), preferiblemente que contenga agua, precipitando así al menos parcialmente dichas fibras 108. En consecuencia, los filamentos o fibras 108 se precipitan al menos parcialmente antes de formar la tela de fibra de celulosa no tejida 102.
(d) Recoger y precipitar dichos filamentos o fibras 108 para formar una tela o tela de fibra de celulosa no tejida 102
(e) Eliminar el disolvente en la línea de lavado (véase la unidad de lavado 180)
(f) Opcionalmente, unir a través de hidro-enmarañado, punzonado con aguja, etc. (véase unidad de procesamiento adicional 134)
(g) Secar y recoger los rollos
Los constituyentes de la tela de fibra de celulosa no tejida 102 pueden unirse mediante fusión, entremezclado, enlaces de hidrógeno, enlace físico tal como hidro-enmarañado o punzonado con aguja y/o enlace químico.
Para procesarse posteriormente, la tela de fibra de celulosa no tejida 102 puede combinarse con una o más capas del mismo y/u otros materiales, tales como capas (no mostradas) de polímeros sintéticos, pulpa de pelusa celulósica, entramados no tejidos de celulosa o fibras poliméricas sintéticas, fibras bicomponentes, entramados de pulpa de celulosa, tal como pulpa depositada por aire o tendida en húmedo, entramados o telas de fibras de alta tenacidad, materiales hidrófobos, fibras de alto rendimiento (tales como materiales resistentes a la temperatura o materiales ignífugos), capas que imparten propiedades mecánicas modificadas a los productos finales (tales como capas de polipropileno o poliéster), materiales biodegradables (por ejemplo, películas, fibras o entramados de ácido poliláctico) y/o materiales de gran volumen.
También es posible combinar varias capas distinguibles de tela de fibra de celulosa no tejida 102, véase, por ejemplo, la Figura 7.
La tela de fibra de celulosa no tejida 102 puede consistir esencialmente en celulosa sola. Como alternativa, la tela de fibra de celulosa no tejida 102 puede comprender una mezcla de celulosa y uno o más materiales de fibra. La tela de fibra de celulosa no tejida 102, asimismo, puede comprender un material de fibra bicomponente. El material de fibra en la tela de fibra de celulosa no tejida 102 puede comprender, al menos parcialmente, una sustancia modificadora. La sustancia modificadora se puede seleccionar de, por ejemplo, el grupo que consiste en una resina polimérica, una resina inorgánica, pigmentos inorgánicos, productos antibacterianos, nanopartículas, lociones, productos ignífugos, aditivos para mejorar la absorbencia, tales como resinas superabsorbentes, resinas de intercambio iónico, compuestos de carbono como el carbón activo, grafito, carbono para conductividad eléctrica, sustancias de contraste de rayos X, pigmentos luminiscentes y colorantes.
Concluyendo, el entramado no tejido de celulosa o la tela de fibra de celulosa no tejida 102 fabricada directamente a partir de la solución de hilatura de Lyocell 104 permite el acceso a un rendimiento de entramado de valor añadido que no es posible a través de la ruta de la fibra cortada. Esto incluye la posibilidad de formar entramados ligeros uniformes, para fabricar productos de microfibras, y para fabricar filamentos continuos o fibras 108 que forman un entramado. Por otra parte, en comparación con los entramados de fibras cortadas, ya no se requieren varios procedimientos de fabricación. Por otra parte, la tela de fibra de celulosa no tejida 102 de acuerdo con las realizaciones de ejemplo de la invención es biodegradable y se fabrica a partir de materia prima de origen sostenible (es decir, pulpa de madera 110 o similar). Asimismo, tiene ventajas en términos de pureza y absorbencia. Más allá de esto, tiene una fuerza mecánica ajustable, rigidez y suavidad. Asimismo, la tela de fibra de celulosa no tejida 102 de acuerdo con las realizaciones de ejemplo de la invención se puede fabricar con un bajo peso por área (por ejemplo, de 10 a 30 g/m2). Filamentos muy finos hasta un diámetro de no más de 5 pm, en particular no más de 3 pm, se pueden fabricar con esta tecnología. Asimismo, la tela de fibra de celulosa no tejida 102 de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención se puede formar con una amplia gama de aspectos de entramado, por ejemplo, de forma plana y crujiente como una película, en una forma similar al papel, o en una forma suave y flexible similar a un textil. Al adaptar los parámetros de proceso del proceso descrito, es asimismo posible ajustar con precisión la dureza y la rigidez mecánica o la flexibilidad y la suavidad de la tela de fibra de celulosa no tejida 102. Esto se puede ajustar, por ejemplo, ajustando una serie de posiciones de fusión, el número de capas, o por tratamiento posterior (tal como punzonado con aguja, hidroenmarañado y/o calandrado). En particular, es posible fabricar la tela de fibra de celulosa no tejida 102 con un peso base relativamente bajo de hasta 10 g/m2 o menor, para obtener filamentos o fibras 108 con un diámetro muy pequeño (por ejemplo, de hasta 3 a 5 pm, o menos), etc.
La Figura 2, Figura 3 y Figura 4 muestran imágenes capturadas experimentalmente de la tela de fibra de celulosa no tejida 102 de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención en la que la fusión de fibras individuales 108 se ha logrado mediante un control de proceso correspondiente. Los marcadores ovalados de la Figura 2 a la Figura 4 muestran tales regiones de fusión donde múltiples fibras 108 están integralmente conectadas entre sí. En tales puntos de fusión, se pueden interconectar dos o más fibras 108 para formar una estructura integral.
La Figura 5 y la Figura 6 muestran imágenes capturadas experimentalmente de la tela de fibra de celulosa no tejida 102 de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención en la que se ha logrado el hinchamiento de las fibras 108, en donde la Figura 5 muestra la tela de fibra 102 en un estado seco no hinchado y la Figura 6 muestra la tela de fibra 102 en un estado húmedo hinchado. Los diámetros de poros se pueden medir en ambos estados de la Figura 5 y la Figura 6 y se pueden comparar entre sí. Al calcular un valor promedio de 30 mediciones, se pudo determinar una disminución del tamaño de poro por hinchamiento de las fibras 108 en medio acuoso hasta un 47 % de su diámetro inicial.
La Figura 7 muestra una imagen capturada experimentalmente de una tela de fibra de celulosa no tejida 102 de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención en la que la formación de dos capas superpuestas 200, 202 de fibras 108 se ha logrado mediante un diseño de proceso correspondiente, es decir, una disposición en serie de múltiples hileras. Los dos capas separadas, pero conectadas 200, 202 están indicadas por una línea horizontal en la Figura 7. Por ejemplo, una tela 102 de n capas (n>2) puede fabricarse disponiendo en serie n hileras o chorros 122 a lo largo de la dirección de la máquina.
A continuación se describirán con más detalle realizaciones de ejemplo específicas de la invención:
La Figura 8 ilustra la dependencia general de la fuerza capilar dada por la altura capilar del agua en función del diámetro capilar de acuerdo con la conocida ecuación de Washburn que describe el flujo capilar en un haz de tubos cilíndricos paralelos. La ecuación de Washburn dice:
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De este modo, t es el tiempo para que un líquido que tiene una viscosidad dinámica n (eta) y una tensión superficial y (gamma) penetre una distancia L en los tubos que tienen un diámetro D. Aunque se ha descrito en la ciencia que la ecuación de Washburn (1) se aplica también al menos aproximadamente para efectos capilares en materiales porosos, fue el inventor quien descubrió que la ecuación de Washburn (1) se aplica también al menos aproximadamente para las telas de fibra de celulosa no tejidas. De este modo, el diámetro D viene dado por la extensión espacial media de los vacíos formados entre las fibras.
El gráfico representado en la Figura 8 ilustra los resultados de un experimento capilar con una pluralidad de tubos que se extienden en dirección vertical, es decir, paralela a la dirección de la gravedad, en el que se absorbe un líquido de prueba en respuesta a las fuerzas capilares. La fuerza de capilaridad es directamente proporcional a la altura de capilaridad que se alcanza en un cierto tiempo t.
En el caso de telas de fibra de celulosa no tejidas que absorban el agua del líquido de prueba en una buena aproximación de la viscosidad dinámica n, que está asociada con la tensión superficial del agua, puede considerarse como un valor constante. Debido a la presencia respectivamente la "oferta" de una pluralidad de vacíos o cavidades de diferentes tamaños dentro de la tela, algunos vacíos producen una gran velocidad de absorción por capilaridad, mientras que otros vacíos producen una velocidad de absorción por capilaridad menor. Sin embargo, en todo el material a granel de la tela de fibra de celulosa no tejida estas diferentes velocidades de absorción por capilaridad toman la media. En este contexto, debe entenderse que el tamaño medio de los vacíos dentro de una tela de fibra de celulosa no tejida es un parámetro importante para la velocidad de absorción por capilaridad. Por lo tanto, eligiendo parámetros de proceso apropiados para el proceso de hilatura de Lyocell, se puede ajustar el tamaño medio de los vacíos y la velocidad de absorción por capilaridad de la respectiva tela de fibra de celulosa no tejida.
Se señala que con respecto a la velocidad de absorción por capilaridad, la velocidad de transporte de la unidad de soporte de fibra tipo cinta transportadora (véase número de referencia 132 en la Figura 1) es un parámetro importado. Controlando este parámetro se puede obtener una velocidad de absorción por capilaridad adecuada. Sin quedar ligados a una teoría específica, actualmente se cree que con el aumento de la velocidad de transporte, la disposición de las fibras coaguladas en la unidad de soporte de fibras de tipo cinta transportadora se "estrechará" a una distribución de la orientación de las fibras en la unidad de soporte hacia la dirección de movimiento de la unidad de soporte. Al tener en cuenta que la dirección preferida de absorción es a lo largo de la dirección longitudinal de una fibra de celulosa, no sólo se puede controlar la velocidad de absorción por capilaridad general mediante el ajuste de la velocidad de la unidad de soporte, sino que también se pueden lograr diferentes velocidades de absorción por capilaridad a lo largo de diferentes direcciones dentro de la tela. Con respecto a las diferentes velocidades de absorción por capilaridad, se puede lograr una anisotropía de 1:2, 1:5 o incluso 1:10.
Un comportamiento anisotrópico de la velocidad de absorción por capilaridad puede emplearse de forma beneficiosa, por ejemplo, para pañales o servilletas. En este contexto, un pañal puede verse como una tela al menos rectangular pero no cuadrada. Después se puede ajustar el comportamiento anisotrópico, en particular ajustando la velocidad de la unidad de soporte de fibra de tipo cinta transportadora, de tal forma que corresponda a la relación de las longitudes laterales de la tela. En este contexto, debe quedar claro que la mayor velocidad de absorción por capilaridad está asociada con la mayor longitud lateral. Esto puede proporcionar la ventaja de que se aprovechará toda el área de la tela para una (rápida) absorción de agua.
Se menciona que en las imágenes físicas presentadas anteriormente, las mismas consideraciones se aplican también a la tasa de dispersión de líquido.
La figura 9 muestra una imagen esquemática que ilustra una dispersión no isotrópica de líquido que ha sido absorbida por una tela que tiene valores anisotrópicos para la tasa de dispersión de líquido. La ilustración corresponde a un experimento en donde se deposita líquido coloreado que se va a absorber sobre una tela 102 en una posición indicada con "X". Se observa la propagación del líquido depositado dentro de la tela en función del tiempo. En un tiempo predeterminado después del comienzo de la deposición de líquido, se captura una imagen del líquido esparcido por medio de una cámara. Ya se han aclarado anteriormente detalles adicionales con respecto a un procedimiento de medición de este tipo.
El círculo discontinuo representa el borde de una extensión de líquido (como se ve en la superficie de la tela 102), que se produce dentro de una tela 102 que tiene un comportamiento isotrópico con respecto a la extensión del líquido y/o la velocidad de absorción por capilaridad. De este modo, la velocidad de propagación v del líquido es la misma para todas las direcciones dentro del plano de la tela. Esto se ilustra en la Figura 9 por medio de las dos flechas discontinuas que tienen la misma longitud v.
El óvalo representado con una línea completa es un ejemplo de un comportamiento anisotrópico con respecto a la dispersión de líquido y/o la velocidad de absorción por capilaridad. De este modo, la velocidad de propagación del líquido es diferente para diferentes direcciones dentro del plano de la tela 102. Esto se ilustra en la Figura 9 por medio de las dos flechas representadas con líneas completas. Específicamente, la mayor extensión del óvalo corresponde a una mayor velocidad de propagación v2 mientras que la menor extensión del óvalo corresponde a una menor velocidad de propagación v1.
La Figura 10 muestra una imagen capturada experimentalmente de una sola fibra 108 y su estructura interna. La línea curva 108b es la cubierta de la fibra 108. La estructura interna de la fibra comprende una pluralidad de fibrillas 108a. Debido a la presencia de las fibrillas 108a, se puede considerar también que la estructura interna de la fibra 108 representa una estructura de fibrillas con canales en escala submicrónica que puede proporcionar una contribución significativa a la capacidad de absorción de líquidos.
Estudios experimentales han revelado que, sorprendentemente, la estructura de fibrillas descrita (submicrónica) es una característica que es particularmente pronunciada en fibras sin fin que se han producido por medio de un procedimiento de hilatura de Lyocell. Específicamente, se puede lograr una alta homogeneidad de la estructura de fibrillas dentro de la fibra 108. Ha resultado además que un flujo de gas laminar para el proceso de coagulación de fibra en una posición, en la que acaba de tener lugar la coagulación de la fibra, promueve la formación de las estructuras de fibrillas, que son particularmente adecuadas para el alojamiento de líquidos.
En este punto se menciona que una absorción de líquidos dentro de la estructura interna de las fibras va acompañada de un proceso de hinchamiento de las fibras. En comparación con los materiales termoplásticos, una fibra de Lyocell cuidadosamente producida presenta en su interior un sistema capilar comparativamente homogéneo de las fibrillas, cuyo sistema se extiende a lo largo de la fibra. Este sistema capilar se hincha con la absorción de líquidos. Como se describirá más adelante más detalladamente, este hinchamiento produce un aumento significativo de los valores de los parámetros para la tasa de dispersión de líquido y/o la velocidad de absorción por capilaridad.
La Figura 11 muestra una imagen capturada experimentalmente de una tela de fibra de celulosa no tejida 102 de acuerdo con una realización de la invención. Muestra que la red de fibras incluye fibras 108 que se caracterizan por diferentes variaciones de diámetro/título y/o forma. Esto implica torceduras, variaciones del diámetro intrafibra, variaciones del diámetro interfibra, en una forma sustancialmente paralela de fibras coaguladas 108 y cavidades de diferentes tamaños y formas. Mediante la variación de los diámetros medios de las fibras, fusión y torcedura de las fibras, se pueden controlar las propiedades capilares de la tela resultante y, por tanto, la velocidad de absorción por capilaridad y la tasa de dispersión de líquido.
Se menciona que la mezcla de fibras más finas y más gruesas puede proporcionar varias propiedades bienvenidas de la tela 102. Por ejemplo, las fibras finas pueden producir una alta capilaridad entre las fibras vecinas, lo que mejora la capacidad de absorción de líquidos, en particular con respecto a la velocidad de absorción por capilaridad y la tasa de dispersión de líquido. Las fibras más gruesas pueden contribuir a una alta estabilidad mecánica de la estructura de tela de fibra tridimensional. Una mayor estabilidad de este tipo puede ser necesaria si los denominados micro poros, que se han desarrollado dentro de la red de fibras, no colapsan en particular debido a las fuerzas de adherencia entre diferentes fibras. En este contexto, debe quedar claro que el colapso de tales microporos disminuiría la capacidad de absorción de líquidos. Por supuesto, cualquier cavidad, cámara, vacío, hueco, o poro proporciona, debido a sus fuerzas capilares, una contribución más o menos fuerte a la capacidad de absorción de líquidos de la tela 102.
Las torceduras pueden estar dadas por al menos dos fibras individuales que están torcidas en espiral una alrededor de la otra. Además, también se puede considerar que una sola fibra 108 que tiene una sección transversal no circular y que está torcida (consigo misma) representa tal torcedura.
En el procedimiento de hilatura de Lyocell, el diámetro medio de la fibra, respectivamente, el título de la fibra se puede ajustar, por ejemplo, variando el tamaño del orificio a través del que se extruye la fibra de Lyocell respectiva. También se puede usar una variación de un flujo de gas (véase número de referencia 146 en la Figura 1) que tira de las fibras aún no coaguladas hacia la unidad de soporte de fibra (de tipo cinta transportadora) 132 (véase número de referencia 12 en la Figura 1) para formar variaciones intradiámetro y/o interdiámetro de las fibras 108.
Una variación a lo largo de la fibra es por medio de variaciones de presión y/o velocidad del flujo de gas que acelera la solución de hilatura de Lyocell extruida hacia la unidad de soporte de fibra de tipo transportador (véase número de referencia 132 en la Figura 1).
Con estas medidas, las fibras de celulosa que tienen un diámetro inferior a 5 gm (= 5 x 10-6 m) pueden incorporarse dentro de una tela que tiene fibras de mayor diámetro, en particular para la estabilización mecánica. Esta función de estabilización mecánica puede impedir que bajo la carga del propio peso de la tela y/o en presencia de cargas externas, por ejemplo, al succionarse por medio de una presión negativa en la superficie de la unidad de soporte de fibra (de tipo cinta transportadora) (véase número de referencia 132 en la Figura 1), la estructura capilar de la tela colapse al menos parcialmente.
En el presente documento se describen varios parámetros de proceso controlables para adaptar de forma predecible la dimensión de capilaridad de la red de fibras de la tela descrito. En este contexto se menciona que el mecanismo de absorción de agua en particular con respecto a la velocidad de absorción por capilaridad y/o la tasa de dispersión de líquido depende en gran medida de la geometría y de las dimensiones espaciales del sistema capilar. Al comienzo de un proceso de absorción de agua, la velocidad de absorción por capilaridad y/o la tasa capilar de dispersión de líquido depende en gran medida del diámetro y/o de los radios capilares de las estructuras capilares de más o menos finas.
Con respecto a los valores de parámetros alcanzables para la tasa de dispersión de líquido y/o para la velocidad de absorción por capilaridad, podría ser incluso más importante el hecho de que la tela descrita en el presente documento comprende fibras sustancialmente sin fin. Al menos en comparación con los telas conocidas fabricadas a partir de fibras cortadas, las telas descritas en el presente documento están fabricadas a partir de fibras que son continuas. Por lo tanto, dentro de la tela descrita, el número de extremos de fibra es significativamente menor. Esto significa que dentro de la tela descrita también el número de huecos que se extienden entre diferentes fibras o extremos de fibra es significativamente menor. En este contexto, cada hueco crea una cierta barrera para el "recorrido" del líquido dentro de la tela. Como consecuencia, las fibras sin fin contribuyen a un aumento significativo de la extensión de la superficie del líquido y/o la velocidad de absorción por capilaridad.
Además, en contraste con las fibras sin fin de polímero, las fibras sin fin de celulosa presentan un hinchamiento tras la absorción de líquidos. Un hinchamiento de este tipo tiene un efecto sobre los canales submicrónicos (véase Figura 10) que promueven la capacidad de la tela con respecto a la dispersión de líquidos y absorción por capilaridad. Asimismo, también los puntos de fusión consisten en material que se hincha tras absorber líquido. Por lo tanto, también los puntos de fusión promueven la dispersión y absorción por capilaridad de líquidos. Como consecuencia, la adaptación del factor de fusión se puede usar también como una medida para adaptar la tasa de dispersión de líquido y/o la velocidad de absorción por capilaridad hacia los valores deseados.
La Figura 12 muestra una imagen esquemática de una tela de fibras de celulosa no tejidas 102 de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención en la que por un lado se muestran diferentes tipos de posiciones de fusión 204 entre fibras 108 y por otro lado las posiciones de cruce no fusionadas 220 entre fibras 108.
La pluralidad de posiciones de fusión 204 incluye un punto de fusión, en donde al menos dos fibras diferentes se cruzan entre sí, y una línea de fusión a lo largo de la que las diferentes fibras 108 se alinean mutuamente una al lado de la otra en una porción de su longitud para formar una estructura de fibra superior 206 con un aumento de diámetro a lo largo de toda línea de fusión. Si bien las fibras 108 están conectadas integralmente en las posiciones de fusión 204 y pueden separarse aquí solo destruyendo la red de fibras, otras fibras 108 solo están en contacto de fricción entre sí en las posiciones de cruce 220 y aquí pueden moverse libremente entre sí. Si bien la fusión y el cruce entre dos fibras 108 respectivamente se ilustra en la Figura 12, la fusión y/o el cruce pueden ocurrir también entre respectivamente al menos tres fibras 108.
Sin estar ligado a una teoría específica, actualmente se cree que ninguna o solo una mala fusión en una posición de cruce no fusionada o solo en una mala fusión presenta una barrera con respecto al líquido que se desplaza de una fibra a la otra fibra. En el caso de una fusión fuerte entre al menos dos fibras (véanse, por ejemplo, los números de referencia 204 en la Figura 12), la transferencia de líquido entre las fibras implicadas es mucho más fácil y, en particular, mucho más rápida. Incluso en el caso de un curso espacial desfavorable de las fibras dentro de la tela, todas las fibras pueden alojar partículas líquidas de tal forma que se hinchen y contribuyan a la capacidad de absorción de líquidos.
La Figura 13 muestra una vista en sección transversal esquemática de una tela de fibra de celulosa no tejida 102 que, de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención, comprende dos capas de red apiladas y fusionadas de fibras interconectadas 108. Una primera capa de red que comprende las primeras fibras 108 se denomina con el número de referencia 200. La segunda capa de red que comprende las segundas fibras 108 se denomina con el número de referencia 202. Debido a diferentes parámetros de procesamiento (valores), las primeras fibras 108 se diferencian de las segundas fibras 108 en al menos una propiedad física y/o química.
De acuerdo con la realización de ejemplo descrita aquí, el diámetro (medio) de las primeras fibras 108 es mayor que el diámetro (medio) de las segundas fibras 108. Esto está indicado por los dos detalles inferiores de la Figura 12. Una propiedad importante de la interfaz entre las capas 200, 202 se muestra en el detalle superior de la Figura 12, donde es visible un punto de fusión intracapa 204 que acopla integralmente las fibras 108 de ambas capas 200, 202 en la interfaz para aumentar la estabilidad de la tela 102 en la interfaz. Adicionalmente, aquellas diferentes de las fibras 108 que están ubicadas en las diferentes capas 200, 202 están integralmente conectadas en al menos una posición de fusión de capas internas respectiva 204 (véase nuevamente los dos detalles inferiores de la Figura 13).
Las fibras 108 que están ubicadas en las diferentes capas de red de fibras 200, 202 y que están formadas con un diámetro medio diferente pueden estar provistas de diferentes funcionalidades. Tales funcionalidades diferentes pueden ser soportadas por los diferentes diámetros medios, pero también pueden promoverse adicionalmente mediante un recubrimiento respectivo o similar. Tales funcionalidades diferentes pueden ser, por ejemplo, un comportamiento diferente en términos de absorción por capilaridad, comportamiento anisotrópico, diferente capacidad de absorción de aceite, diferente capacidad de absorción de agua, diferente capacidad de limpieza y/o diferente rugosidad.
La Figura 14 muestra cómo se puede calcular la redondez de las fibras 108 que tienen una sección transversal que se desvía de una sección transversal circular como la relación entre un círculo inscrito 280 y un círculo circunscrito 282 de la sección transversal de la fibra 108 de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención.
Con esta definición, el círculo circunscrito mínimo 282 se define como el círculo más pequeño que encierra la totalidad del perfil de redondez de la sección transversal de la fibra 108 ilustrada en la Figura 14. El círculo máximo inscrito 280 se define como el círculo más grande que se puede inscribir dentro del perfil de redondez de la sección transversal de la fibra 108 como se ilustra en la figura 14. En el contexto de este documento, la redondez se puede definir como una relación entre un radio r del círculo inscrito 280 dividido por un radio R de la superficie circunscrita 282. La redondez puede indicarse mediante un valor porcentual resultante. En el presente ejemplo, R=2r y la redondez de la fibra 108 es por lo tanto de aproximadamente el 50 %. A modo de comparación, una fibra cilíndrica circular 108 cumple la condición R=r y tiene una redondez de uno.
La flexión de la capa exterior de la fibra de celulosa dentro del plano de dibujo, es decir, al menos sustancialmente perpendicular a la extensión longitudinal de la fibra, contribuye también a la formación de (pequeñas cavidades) que pueden tener un impacto en las fuerzas capilares generales y alojar partículas líquidas a base de agua y/o líquidos a base de aceite. Como consecuencia, también una desviación de una sección transversal circular puede ayudar a que la tela muestre una gran capacidad de absorción de líquidos.
Dada una determinada sección transversal de la fibra, la superficie exterior de la fibra aumenta al disminuir la redondez respectivamente al aumentar la desviación de una sección transversal circular. Por lo tanto, debe quedar claro que la redondez es también un parámetro importante que tiene un efecto sobre la resistencia capilar (superficial) y, como consecuencia, también en la capacidad de absorción de líquidos de la tela 102, en particular, con respecto a la velocidad de absorción por capilaridad y/o la tasa de dispersión de líquido.
La forma de la sección transversal de las fibras 108 puede ajustarse, por ejemplo, mediante la forma de la sección transversal correspondiente del orificio (indicado con el número de referencia 126 en la Figura 1) a través del que se extruye la porción respectiva de la solución de hilatura de Lyocell. Sin embargo, también otras dimensiones estructurales del orificio respectivo pueden tener una influencia en la forma de la sección transversal de la fibra 108 resultante. Específicamente, la porción de la forma de la sección transversal con el radio de curvatura más pequeño, es decir, donde en la parte izquierda de la Figura 14 la superficie de la fibra 108 coincide con el círculo inscrito 280, puede verse como al menos una parte de un canal capilar que se ha formado mediante un acondicionamiento de la forma de la sección transversal.
La Figura 15 ilustra de acuerdo con una realización de la invención una tela de fibra de celulosa no tejida 102 que comprende tres capas de red. Una primera capa de red de fibras (inferior) se denomina con el número de referencia 200. Una segunda capa de red de fibras (intermedia), que se forma encima de la primera capa de red de fibras 200, se denomina con el número de referencia 202. Una capa de red de fibras adicional (superior), que se forma encima de la segunda capa de red de fibras 202, se denomina con la referencia numérica 202'. Como ya se ha mencionado anteriormente, la tela 102 puede comprender más de tres capas de red de fibras apiladas.
Como se puede observar además en la Figura 15, de acuerdo con el ejemplo de realización descrito aquí, las tres capas de red de fibras 200, 202, 202' tienen espesores diferentes. La primera capa de red de fibras 200 tiene un primer espesor t1. La segunda capa de red de fibras 202 tiene un segundo espesor t2. La capa de red de fibras adicional 202' tiene un tercer espesor t3.
Como ya se ha descrito anteriormente, cada capa puede estar asociada respectivamente puede comprender una funcionalidad individual. Las diferentes funcionalidades pueden ser causadas por una variedad de diferentes características de la red de fibras, por ejemplo, en particular el diámetro de fibra (medio) y/o el factor de fusión de la capa respectiva. Además, con una fusión adecuada entre capas, no hay necesidad de ningún material adhesivo adicional para una unión mutua de las capas vecinas. Por lo tanto, la tela descrita se puede realizar de forma compatible con el medio ambiente. Específicamente, la tela multicapa descrita se puede utilizar para un producto completamente biodegradable.
Una tela multicapa, como se representa esquemáticamente en la Figura 15, puede adaptarse específicamente para aplicaciones que requieran ciertas características hápticas. Las propiedades básicas específicas adecuadas de una tela fibrosa hecha de la tela descrita se pueden adaptar a la aplicación específica. Una propiedad básica específica de este tipo puede ser, por ejemplo, una gestión específica de absorción y/o liberación de líquidos combinada con una característica háptica suave de una capa de cubierta de la tela. En particular, un parámetro de diseño apropiado de las variaciones del diámetro de fibra puede permitir producir una combinación deseada de suavidad, estabilidad mecánica, capacidad de absorción de líquidos, (velocidad de) absorción por capilaridad, etc.
Específicamente, una tela multicapa de acuerdo con las realizaciones de ejemplo de la invención puede comprender al menos una capa interna o intermedia que tiene una gran capacidad de absorción y/o retención de líquidos. Esta capa interna o intermedia se puede empapar con un líquido que, durante la aplicación del producto de tela de fibra respectivo, por ejemplo, una mascarilla facial, un paño de limpieza, etc., se supone que debe ser liberado. Al menos una de las capas de cubierta está configurada de tal forma que se proporciona una distribución de líquido uniforme (en el tiempo y/o en el espacio). Dicho diseño de una tela multicapa se puede lograr, por ejemplo, mediante variaciones apropiadas del diámetro de las fibras dentro de toda la tela.
La Figura 16 ilustra una parte de un dispositivo 100 para fabricar tela de fibra de celulosa no tejida 102 compuesta por dos capas apiladas 200, 202 de fibras de celulosa sin fin 108 de acuerdo con una realización de ejemplo de la invención. Una diferencia entre el dispositivo 100 que se muestra en la Figura 16 y el dispositivo 100 que se muestra en la Figura 1 es que el dispositivo 100 de acuerdo con la Figura 16 comprende dos chorros alineados en serie 122 y unidades de coagulación 128 respectivamente asignadas, como se ha descrito anteriormente. En la realización aquí descrita, a cada uno de los chorros 122 se le asignan dos unidades de coagulación 128. En la Figura 12, una unidad de coagulación 128 está ubicada en el lado izquierdo de trayectoria de la solución de hilatura de Lyocell 104 que se extiende entre el chorro 122 y la unidad de soporte de fibra 132 y la otra unidad de coagulación 128 está ubicada en el lado derecho respectivo de esta trayectoria. En vista de la superficie de alojamiento de fibra móvil de la unidad de soporte de fibra de tipo cinta transportadora 132, el chorro aguas arriba 122 en el lado izquierdo de la Figura 16 produce la capa 200. La capa 202 es producida por el chorro de aguas abajo 122 (véase el lado derecho de la Figura 16) y se une a una superficie principal superior de la capa 202 previamente formada para obtener una doble capa 200, 202 de la tela 102.
De acuerdo con la Figura 16, la unidad de control 140 (que controla los chorros 122 y todas las unidades de coagulación 128) está configurada para ajustar los parámetros de proceso de forma que las fibras 108 de las diferentes capas 200, 202 difieran en cuanto al diámetro de fibra en más del 50 % en relación con un diámetro más pequeño. Ajustar los diámetros de fibra de las fibras 108 de las capas 200, 202 mediante la unidad de control 140 puede comprender ajustar una cantidad de fluido de coagulación 106 que interactúa con la solución de hilatura de Lyocell 104. Adicionalmente, la realización de la Figura 16 ajusta los parámetros de proceso para ajustar el diámetro de fibra al disponer en serie múltiples chorros 122 de los orificios 126 (opcionalmente con diferentes propiedades) a lo largo de la unidad de soporte de fibra móvil 132. Por ejemplo, tales propiedades diferentes pueden ser diferentes diámetros de orificio 126, diferente velocidad de flujo de gas 146, diferentes cantidades de flujo de gas 146, y/o diferente presión de flujo de gas 146. Aunque no se muestra en la Figura 16, es posible seguir procesando las fibras 108 después de la recogida en la unidad de soporte de fibras 132, por ejemplo, mediante hidro-enmarañado, punzonado con aguja, impregnación, tratamiento de vapor con vapor a presión, y/o calandrado.
Todavía con referencia a la realización ilustrada en la Figura 16, se pueden proporcionar una o más barras de boquillas o chorros 122 adicionales y se pueden disponer en serie a lo largo de una dirección de transporte de la unidad de soporte de fibra 132. Los chorros múltiples 122 pueden disponerse de forma que una capa adicional 202 de fibras 108 pueda depositarse encima de la capa 200 previamente formada, preferiblemente antes de que se complete completamente el proceso de coagulación o curado de las fibras 108 de la capa 200 y/o de la capa 202, lo que puede desencadenar la fusión. Al ajustar correctamente los parámetros de proceso, esto puede tener efectos ventajosos en términos de las propiedades de una tela multicapa 102:
Sin desear adherirse a una teoría concreta, actualmente se cree que la segunda capa 202 se puede considerar como un refuerzo de la primera capa 200, lo que aumenta la homogeneidad de la tela resultante 102. Este aumento de la estabilidad mecánica se puede mejorar aún más mediante la variación del diámetro de fibra (en particular, variación del diámetro inter f ibra y/o variación del diámetro longitudinal /ntrafibra de las fibras individuales 108). Al ejercer una presión más profunda (en particular, puntual) (por ejemplo, proporcionada por aire o agua), la forma de la sección transversal de una fibra 108 puede distorsionarse aún más intencionalmente, lo que puede dar como resultado ventajosamente una mayor estabilidad mecánica.
Por otro lado, la fusión prevista entre las fibras 108 de la tela 102 de acuerdo con la Figura 16 puede activarse para aumentar aún más la estabilidad mecánica de la tela.
Cabe señalar que el término "comprendiendo" no excluye otros elementos o etapas y el uso de los artículos "un" o "una" no excluye una pluralidad. También se pueden combinar elementos descritos en asociación con diferentes realizaciones. También debe tenerse en cuenta que los signos de referencia en las reivindicaciones no deben interpretarse como una limitación del alcance de las reivindicaciones.
Lista de signos de referencia
100 dispositivo para fabricar tela de fibra de celulosa no tejida
102 tela de fibra de celulosa no tejida/tela similar a un entramado
104 solución de hilatura de Lyocell
106 fluido de coagulación
108 fibras
108a fibrilla
108b cubierta de fibra
110 pulpa de madera
112 recipiente de agua
113 unidad dosificadora
114 tanque de almacenamiento
116 recipiente de disolvente
118 unidad de lavado
119 unidad de mezcla
120 unidad de disolución
122 chorro
124 unidad de formación de fibras
126 orificios
128 unidad de coagulación
132 unidad de soporte de fibra (de tipo cinta transportadora)
134 unidad de procesamiento adicional
136 rollo
140 unidad de control
146 flujo de gas
200 capa fusionada/primera capa de red
202 capa fusionada/segunda capa de red
202' capa fusionada/capa de red adicional
204 posición de fusión intracapa/punto de fusión intracapa/línea de fusión intracapa
206 estructura de fibra superior
220 posiciones de cruce no fusionadas
280 círculo inscrito
282 círculo circunscrito
r, R radio del círculo inscrito respectivamente círculo circunscrito
t1, t2, t3 espesores de capa
A continuación, En la siguiente tabla se describen y visualizan ejemplos para producir variaciones en el factor de fusión. Se pueden lograr diferentes factores de fusión en la tela de fibra de celulosa variando el flujo de pulverizado de coagulación mientras se usa una solución de hilatura constante (es decir, una solución de hilatura con una consistencia constante), en particular, una solución de hilatura de Lyocell y un flujo de gas constante (por ejemplo, flujo de aire). Aquí, una relación entre el flujo de pulverización de coagulación y el factor de fusión, es decir, una tendencia de comportamiento de fusión (cuanto mayor sea el flujo de pulverización de coagulación, menor será el factor de fusión), puede observarse. MD denota aquí la dirección de la máquina, y CD denota la dirección transversal.
Figure imgf000022_0001
La suavidad (descrita por la conocida técnica de medición Mano Específica, medida con un denominado "Medidor Handle-O" sobre la base de la norma de no tejidos WSP90.3, en particular la última versión vigente en la fecha de prioridad de la presente solicitud de patente) puede seguir la tendencia de fusión descrita anteriormente. La tenacidad (descrita por Fmáx), por ejemplo de acuerdo con la norma EN29073-3, respectivamente ISO9073-3, en particular, la última versión vigente en la fecha de prioridad de la presente solicitud de patente, puede seguir también la tendencia descrita de fusión. Por tanto, la suavidad y la tenacidad de la tela de fibra de celulosa no tejida resultante pueden ajustarse de acuerdo con el grado de fusión (según lo especificado por el factor de fusión).

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Una tela de fibra de celulosa no tejida (102) fabricada directamente a partir de una solución de hilatura de Lyocell (104), comprendiendo la tela (102) una red de fibras sustancialmente sin fin (108),
en donde dentro de una misma fibra (108) diferentes secciones de fibra difieren en cuanto al diámetro de fibra en más del 50 % en relación con el diámetro más pequeño de esta fibra (108), y
en donde la tela (102) presenta
una tasa de dispersión de líquido de al menos 3000 mm2 en 5 minutos y/o
una velocidad de absorción por capilaridad de al menos 0,25 gramos de agua por 1 gramo de tela y 1 segundo; en donde la tasa de dispersión de líquido se mide de acuerdo con el método de la descripción;
y/o
en donde la velocidad de absorción por capilaridad se mide de acuerdo con el método de la descripción.
2. La tela (102) como se establece en la reivindicación anterior, en donde
la tasa de dispersión de líquido en 5 minutos es de al menos 4000 mm2, en particular de 5000 mm2, y más en particular de 5500 mm2.
3. La tela (102) como se establece en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 y 2, en donde
a lo largo de una primera dirección dentro de la tela (102), la tasa de dispersión de líquido tiene un primer valor y a lo largo de una segunda dirección dentro de la tela (102), la tasa de dispersión de líquido tiene un segundo valor, siendo la segunda dirección perpendicular al valor de la primera dirección, en donde
el primer valor y el segundo valor difieren entre sí en menos del 20 %, en particular, en menos del 10 % o El primer valor y el segundo valor difieren entre sí en más del 20 %, en particular en más del 30 % y más en particular en más del 40 %.
4. La tela (102) como se establece en la reivindicación 1, en donde
la velocidad de absorción por capilaridad es de al menos 0,30 gramos de agua por 1 gramo de tela y 1 segundo, en particular al menos 0,35 gramos de agua por 1 gramo de tela y 1 segundo, y más en particular al menos 0,40 gramos de agua por 1 gramo de tela y 1 segundo.
5. La tela (102) como se establece en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde
al menos una parte de las fibras (108) se fusionan integralmente en las posiciones de fusión (204), en donde en particular un factor de fusión de las fibras (108) está en un intervalo entre el 0,2 % y el 100 %, en particular en un intervalo entre el 0,5 % y el 15 %.
6. La tela (102) como se establece en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde aquellas diferentes de las fibras (108) están ubicadas al menos parcialmente en diferentes capas distinguibles (200, 202), en donde en particular la tela comprende al menos una de las siguientes características:
las fibras (108) de diferentes capas (200, 202) están conectadas integralmente en al menos una posición de fusión entre capas (204) entre las capas (200, 202);
aquellas diferentes de las fibras (108) estando ubicadas al menos parcialmente en diferentes capas (200, 202) difieren en cuanto al diámetro de fibra, en particular difieren en cuanto a un diámetro de fibra medio;
las fibras (108) de diferentes capas (200, 202) tienen el mismo diámetro de fibra, en particular, tienen sustancialmente el mismo diámetro de fibra medio;
las redes de fibras (108) de diferentes capas (200, 202) proporcionan diferente funcionalidad, en donde la funcionalidad diferente comprende, en particular, al menos una del grupo que consiste en diferente absorción por capilaridad, diferente comportamiento anisotrópico, diferente capacidad de absorción de líquidos, diferente capacidad de limpieza, diferentes propiedades ópticas, diferente rugosidad, diferente suavidad y diferentes propiedades mecánicas.
7. La tela (102) como se establece en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde diferentes fibras (108) difieren en cuanto al diámetro de fibra en más del 50 % en relación con el diámetro más pequeño de una de las fibras (108).
8. La tela (102) como se establece en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la red de fibras comprende al menos una de las siguientes características:
al menos un 3 %, en particular, al menos el 5 %, de las fibras (108) tienen una forma de sección transversal no circular con una redondez de no más del 90 %;
al menos un 1 %, en particular, al menos el 3 %, de las fibras (108) tienen una forma de sección transversal no circular con una redondez de no más del 80 %, en particular de no más del 70 %.
9. La tela (102) como se establece en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las fibras (108) tienen un contenido de cobre inferior a 5 ppm y/o tienen un contenido de níquel inferior a 2 ppm.
10. Un método para fabricar tela de fibra de celulosa no tejida (102), en particular una tela (102) como se establece en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, directamente a partir de una solución de hilatura de Lyocell (104), comprendiendo el método
extruir la solución de hilatura de Lyocell (104) a través de un chorro (122) con orificios (126) soportado por un flujo de gas (146) en una atmósfera de fluido de coagulación (106) para formar así fibras sustancialmente sin fin (108); recoger las fibras (108) en una unidad de soporte de fibras (132) para formar así la tela (102); y
ajustar los parámetros de proceso de fabricación de forma que dentro de una misma fibra (108) diferentes secciones de fibra difieran en cuanto al diámetro de fibra en más del 50 % en relación con el diámetro más pequeño de esta fibra (108), y
la tela (102) presenta
una tasa de dispersión de líquido de al menos 3000 mm2 en 5 minutos y/o
una velocidad de absorción por capilaridad de al menos 0,25 gramos de agua por 1 gramo de tela y 1 segundo; en donde se genera una variación de diámetro a lo largo de la longitud de la fibra por medio de variaciones de presión y/o velocidad del flujo de gas que acelera la solución de hilatura de Lyocell extruida (104) hacia la unidad de soporte de fibra (132); en donde la tasa de dispersión de líquido se mide de acuerdo con el método de la descripción;
y/o
en donde la velocidad de absorción por capilaridad se mide de acuerdo con el método de la descripción.
11. Un dispositivo (100) para fabricar tela de fibra de celulosa no tejida (102) directamente a partir de una solución de hilatura de Lyocell (104), en particular para fabricar una tela como se establece en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 9, comprendiendo el dispositivo (100)
un chorro (122) con orificios (126) configurado para extruir la solución de hilatura de Lyocell (104) soportado por un flujo de gas (146);
una unidad de coagulación (128) configurada para proporcionar una atmósfera de fluido de coagulación (106) para la solución de hilatura de Lyocell extruida (104) para así formar fibras sustancialmente sin fin (108);
una unidad de soporte de fibra (132) configurada para recoger las fibras (108) para formar así la tela (102); y una unidad de control (140) configurada para ajustar los parámetros de proceso de forma que en donde dentro de una misma fibra (108) diferentes secciones de fibra difieren en cuanto al diámetro de fibra en más del 50 % en relación con el diámetro más pequeño de esta fibra (108), y
la tela (102) presenta
una tasa de dispersión de líquido de al menos 3000 mm2 en 5 minutos y/o
una velocidad de absorción por capilaridad de al menos 0,25 gramos de agua por 1 gramo de tela y 1 segundo; en donde se genera una variación de diámetro a lo largo de la longitud de la fibra por medio de variaciones de presión y/o velocidad del flujo de gas que acelera la solución de hilatura de Lyocell extruida (104) hacia la unidad de soporte de fibra (132); en donde la tasa de dispersión de líquido se mide de acuerdo con el método de la descripción; y/o
en donde la velocidad de absorción por capilaridad se mide de acuerdo con el método de la descripción.
12. Usar una tela de fibra de celulosa no tejida (102) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 para al menos uno del grupo que consiste en una toallita, una sábana doméstica, un filtro, un producto de higiene, un producto de aplicación médica, una ropa geotextil, agrotextil, un producto para la tecnología de la construcción, un producto automotriz, un mobiliario, un producto industrial, un producto relacionado con el ocio, belleza, deportes o viajes, y un producto relacionado con la educación o la oficina.
13. Un producto o material compuesto que comprende una tela de fibra de celulosa no tejida como se establece en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 9.
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