MXPA02011104A - Fibras de lyocell que tienen propiedades de coeficiente de variabilidad mejoradas. - Google Patents

Abstract

La invencion se refiere a fibras de lyocell caracterizadas por una superficie granulada como se observa a alto aumento y que tienen una seccion transversal y diametro variables a lo largo y entre las fibras; las fibras se producen mediante hilatura por brotes giratorios, soplado por fusion o su variacion de union por hilatura; las fibras se pueden obtener en la escala de microdenier con pesos promedio tan bajos como 1 denier o menos; las fibras tienen brillo inherentemente reducido, y se pueden formar en hilos compactos para fabricar telas de tacto muy suave; en forma alternativa, las fibras se pueden formar en telas no tejidas autoaglutinadas.

Description

FIBRAS DE LYOCELL QUE TIENEN PROPIEDADES DE COEFICIENTE DE VARIABILIDAD MEJORADAS PRIORIDAD Esta solicitud es una solicitud de continuación en parte de la solicitud serie No. 09/039,737, presentada en marzo 16, 1998, que a su vez es una continuación en parte de la solicitud serie No. 08/916,652, presentada en agosto 22, 1997, que reclama prioridad de las solicitudes provisionales series Nos. 60/023,909 y 60/024,462, presentadas en agosto 23, 1996.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida a fibras de lyocell que tienen características novedosas, y al método para su preparación. En particular, las características novedosas incluyen morfología de superficie tal como variabilidad de diámetro a lo largo de la longitud de la fibra. Esta invención está dirigida también a hilos producidos a partir de las fibras, y a telas tejidas y no tejidas que contienen las fibras. En particular, el método implica disolver primero celulosa en un óxido de amina para formar una solución de acetato. Se obtienen entonces fibras latentes mediante extrusión de la solución de acetato a través de pequeñas aberturas en una corriente de aire, o expulsando mediante centrifugación la solución de acetato a través de pequeñas aberturas. Las fibras se forman entonces regenerando las fibras latentes en un no solvente líquido. Cualquiera de los procedimientos está sujeto a la producción de telas no tejidas autoaglutinadas. Los métodos particulares de esta invención imparten características de superficie únicas a las fibras de lyocell que las distinguen sobre las fibras convencionales continuamente estiradas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Por más de un siglo, se han producido fibras fuertes de celulosa regeneradas mediante los procedimientos viscoso y de cupramonio. El último procedimiento fue patentado primero en 1890, y el procedimiento viscoso dos años después. En el procedimiento viscoso, la celulosa es primero macerada en una solución de sosa cáustica resistente al mercerizado, para formar una celulosa alcalina. Esta se hace reaccionar con disulfuro de carbono para formar xantano de celulosa, que se disuelve entonces en solución diluida de sosa cáustica. Después de filtración y eliminación de aire, la solución de xantano es extruida a partir de espineretas sumergidas en una solución de regeneración de ácido sulfúrico, sulfato de sodio, sulfato de zinc y glucosa, para formar filamentos continuos. El denominado rayón viscoso resultante se usa actualmente en textiles, y se usó primeramente en forma amplia como refuerzo en artículos de hule tales como neumáticos y correas de transmisión. La celulosa es también soluble en una solución de óxido de cobre amoniacal. Esta propiedad formó la base para la producción de rayón de cupramonio. La solución de celulosa es forzada a través de espineretas sumergidas en una solución de sosa cáustica a 5% o ácido sulfúrico diluido para formar las fibras. Después de decobrizado y lavado, las fibras resultantes tienen gran resistencia en húmedo. El rayón de cupramonio está disponible en fibras de muy bajos deniers, y se usa casi exclusivamente en textiles. Más recientemente, se han explorado otros solventes de celulosa. Uno de dichos solventes se basa en una solución de tetróxido de nitrógeno en dimetilformamida. Aunque se han realizado muchas investigaciones, ningún procedimiento comercial ha permitido formar fibras de celulosa regeneradas usando este solvente. Se conoce desde hace tiempo la utilidad de los N-óxidos de amina terciaria como solventes de celulosa. Graenacher, en la patente de E.U.A. No. 2,179,181 , describe un grupo de materiales de óxido de amina adecuados como solventes. Sin embargo, el inventor sólo fue capaz de formar soluciones con bajas concentraciones de celulosa, y la recuperación del solvente presentó un problema importante. Johnson, en la patente de E.U.A. No. 3,447,939, describe el uso de N-óxido de N-metilmorfolina anhidro (NMMO) y otros N-óxidos de amina como solventes para celulosa, así como muchos otros polímeros sintéticos y naturales. De nuevo, las soluciones tuvieron un contenido de sólidos relativamente bajo. En su posterior patente de E.U.A. No. 3,508,941 , Johnson propuso mezclar en solución una amplia variedad de polímeros naturales y sintéticos para formar mezclas íntimas con celulosa. Se añadió un no solvente para celulosa tal como sulfóxido de dimetilo para reducir la viscosidad de la solución de acetato. La solución de polímero se hiló directamente en etanol frío, pero los filamentos resultantes fueron de resistencia relativamente baja. Sin embargo, a comienzos de 1979, se expidió una serie de patentes enfocada a la preparación de fibras de celulosa regeneradas usando varios óxidos de amina como solventes. En particular, se demostró que el N-óxido de N-metilmorfolina con alrededor de 12% de agua presente, es un solvente particularmente útil. La celulosa fue disuelta en el solvente bajo condiciones calentadas, usualmente en la escala de 90°C a 130°, y extruida a partir de una multiplicidad de espineretas o dados con aberturas finas en aire u otros fluidos no precipitantes, tales como nitrógeno. Los filamentos de la solución de acetato de celulosa son continuamente estirados mecánicamente de acuerdo a una relación de hilado-estiramiento en la escala de alrededor de 3 a 10, para causar orientación molecular. Entonces, son llevados en un fluido no solvente, usualmente agua, para regenerar la celulosa. Se han sugerido también otros solventes de regeneración, tales como alcoholes alifáticos inferiores. Ejemplos del procedimiento se detallan en McCorsIey y McCorsIey et al.; patentes de E.U.A. Nos. 4,142,913; 4,144,080; 4,211 ,574; 4,246,221 , 4,416,698, y otras; Jurkovic et al. en la patente de E.U.A. No. 5,252,284, y Michels et al. en la patente de E.U.A. 5,417,909, que trata especialmente de la geometría de boquillas de extrusión para hilar celulosa disuelta en NMMO. Brandner et al., en la patente de E.U.A. 4,426,228, es un ejemplo de un número considerable de patentes que describen el uso de varios compuestos que actúan como estabilizadores para evitar la degradación de la celulosa y/o el solvente en la solución de NMMO calentada. Franks et al., en las patentes de E.U.A. Nos. 4,145,532 y 4,196,282, tratan de las dificultades para disolver la celulosa en solventes de óxido de amina y lograr concentraciones mayores de celulosa. Fibras textiles de celulosa hiladas a partir de una solución de NMMO, son referidas como fibras de lyocell. Lyocell es un término genérico aceptado para una fibra formada de celulosa precipitada a partir de una solución orgánica en la cual no ocurre sustitución de grupos hidroxilo y no se forman intermediarios químicos. Un producto de lyocell producido por Courtaulds, Ltd., está disponible actualmente en el comercio como fibras Tencel®. Estas fibras están disponibles en pesos de 0.9-2.7 denier, y más pesadas. Denier es el peso en gramos de 9000 metros de una fibra. Debido a su finura, los hilos hechos de ellas producen telas que tienen tactos extremadamente agradables. Una limitación de las fibras de lyocell hechas actualmente, es el de su geometría. Son continuamente estiradas mecánicamente, y tienen típicamente secciones transversales bastante uniformes, y en general circulares u ovales, carecen de ondulaciones conforme son hiladas, y tienen superficies relativamente uniformes y brillantes. Esto las hace menos que ideales como fibras discontinuas, puesto que es difícil lograr una separación uniforme en el procedimiento de cardado, y puede dar como resultado una mezcla no uniforme e hilo desigual. En parte para corregir el problema de las fibras continuas, las fibras discontinuas hechas por el hombre son casi siempre onduladas en un procedimiento secundario antes de ser cortadas a la longitud. Ejemplos de rizamiento se pueden encontrar en las patentes de E.U.A. Nos. 5,591 ,388 ó 5,601 ,765 a Sellars et al., en donde la estopa de fibras es comprimida en una caja compresora rizadora, y calentada con vapor seco. Se podría observar también que las fibras que tienen una sección transversal continuamente uniforme y superficie brillante, producen hilos que tienden a tener una apariencia "plástica". Los hilos hechos de polímeros termoplásticos deben tener con frecuencia deslustrantes tales como dióxido de titanio, añadidos antes de la hilatura. Wilkes et al., en la patente de E.U.A. 5,458,835, describen la fabricación de fibras de rayón viscoso que tienen secciones transversales cruciformes y de otros tipos. La patente de E.U.A. No. 5,147,909 a Michels et al., describe el uso de espineretas perfiladas para producir fibras de lyocell que tienen secciones transversales no circulares, pero los presentes inventores no están enterados de algún uso comercial de este método. Dos problemas ampliamente reconocidos de las telas de lyocell, son causados por la fibrilación de las fibras bajo condiciones de abrasión en húmedo, tal como podría ocurrir durante el lavado. La fibrilación tiende a causar "frisado", es decir, enmarañamiento de las fibrillas en pequeñas bolas relativamente densas. La fibrilación es también responsable de una apariencia "escarchada" en telas secadas. Se piensa que la fibrilación es causada por la alta orientación y la cohesión lateral deficiente aparente dentro de las fibras. Existe una literatura técnica y de patentes exhaustiva que describe el problema y las soluciones propuestas. Como ejemplos, se podría hacer referencia a los artículos de Mortimer, S. A. y A. A. Péguy, Journal of Applied Polymer Science, 60:305-316 (1996) y Nicholai M., A. Nechwatal y K. P. Mieck, Textile Research Journal, 66(9):575-580 (1996). Los primeros autores intentan abordar el problema modificando la temperatura, humedad relativa, longitud de espacios y tiempo de residencia en la zona de espacios de aire entre la extrusión y la disolución. Nicholai et al., sugieren el entrelazamiento de las fibras, pero notan que " al momento, la implementación técnica [de las diferentes propuestas] no parece ser probable". Un muestreo de las patentes de E.U.A. relacionadas, podía incluir las de Taylor, 5,403,530, 5,520,869, 5,580,354 y 5,580,356; Urben, 5,562,739; y Weigel et al., 5,618,483. Estas patentes se refieren principalmente al tratamiento de las fibras con materiales reactivos para inducir modificación de superficie o entrelazamiento. El tratamiento enzimático de los hilos o telas, es actualmente la forma preferida de reducir los problemas causados por la fibrilación. Sin embargo, todos los tratamientos observados tienen desventajas y costos incrementados. Una fibra que sea resistente a la fibrilación, sería una ventaja importante. Kaneko et al., en la patente de E.U.A. No. 3,833,438, describen la preparación de materiales no tejidos de celulosa autoaglutinados obtenidos mediante el procedimiento de rayón de cupramonio. No se han descrito cintas no tejidas de lyocell autoaglutinadas para el mejor conocimiento de los presentes inventores. Se han producido fibras de bajo denier a partir de polímeros sintéticos producidos mediante un número de procedimientos de extrusión. Tres de estos son relevantes para la presente invención. Uno se denomina en general como "soplado por fusión". Los polímeros fundidos son extruidos a través de una serie de orificios de diámetro pequeño en una corriente de aire que fluye generalmente paralela a las fibras extruidas. Esto estira las fibras conforme se enfrían. El estiramiento cumple dos propósitos. Causa cierto grado de orientación molecular longitudinal, y reduce el diámetro final de las fibras. Un procedimiento un poco similar se denomina "unión por hilatura", en donde la fibra es extruida en un tubo, y estirada mediante un flujo de aire a través del tubo causado por un vacío en el extremo distal. En general, las fibras unidas por hilatura son más largas que las fibras sopladas por fusión que usualmente vienen en longitudes más cortas discretas. El otro procedimiento, denominado "hilatura por brotes giratorios o hilatura centrífuga", difiere porque el polímero fundido es expulsado a partir de aberturas en las paredes laterales de un cilindro que gira rápidamente. Las fibras son estiradas un poco mediante resistencia al aire conforme el cilindro gira. Sin embargo, no existe usualmente una corriente de aire fuerte presente como en el soplado por fusión. Los tres procedimientos se pueden usar para fabricar materiales de tela no tejida, y los tres procedimientos no emplean métodos que continuamente estiran mecánicamente las fibras. Existe una literatura técnica general y de patentes exhaustiva sobre los procedimientos, puesto que han sido comercialmente importantes por muchos años. Ejemplos de patentes que se refieren al soplado por fusión, son Weber et al., patente de E.U.A. No. 3,959,421 , y Milligan et al., patente de E.U.A. No. 5,075,068. La patente de Weber et al., usa un rociado de agua en la corriente de gas para enfriar rápidamente las fibras. Un procedimiento un poco relacionado se describe en la publicación del PCT WO 91/18682, que está dirigida a un método para revestir papel mediante soplado por fusión modificado. Materiales de revestimiento sugeridos son líquidos acuosos tales como "una solución acuosa de almidón, carboximetilcelulosa, alcohol polivinílico, látex, una suspensión de celulosa bacteriana, o cualquier material, solución o emulsión acuosos". Sin embargo, este procedimiento atomiza realmente el material extruido, más que lo forma en fibras latentes. Zikeli et al., en las patentes de E.U.A. Nos. 5,589,125 y 5,607,639, dirigen una corriente de aire transversalmente a través de filamentos de solución de acetato de lyocell extruidos conforme salen de las espineretas. Esta corriente de aire sirve sólo para enfriar y no para estirar los filamentos. La hilatura por brotes giratorios se ejemplifica en las patentes de E.U.A. Nos. 5,242,633 y 5,326,241 a Rook et al. Okada et al., en la patente de E.U.A. No. 4,440,700, describen un procedimiento de hilatura por brotes giratorios, para materiales termoplásticos. Conforme el material es expulsado, las fibras son atrapadas en una forma anular que rodea a la cabeza hiladora, y movidas hacia abajo por una cortina de líquido de enfriamiento fluyente.

Incluidos entre la lista de polímeros adecuados para el procedimiento, están alcohol polivinílico y poliacrilonitrilo. En el caso de estos dos materiales, son hilados "en húmedo", es decir, en solución, y una "solución de coagulación" es sustituida por la cortina de líquido de enfriamiento. Con excepción de la patente de Kaneko et al. descrita anteriormente, nunca se han usado procedimientos análogos al soplado por fusión, unión por hilatura y hilatura por brotes giratorios con materiales celulósicos, puesto que la celulosa misma es básicamente infusible. Se considera en general que las fibras extremadamente finas, denominadas "fibras de microdenier", son aquellas que tienen un denier de 1.0 o menos. Fibras sopladas por fusión producidas a partir de varios polímeros sintéticos, tales como polipropileno, nylons o poliésteres, están disponibles con diámetros tan bajos como 0.4 µm (aproximadamente 0.001 denier). Sin embargo, la resistencia o "tenacidad" de la mayoría de estas fibras tiende a ser baja, y su absorbencia de agua generalmente reducida es un factor negativo cuando se usan en telas para ropa. Se han producido fibras de celulosa de microdenier tan bajo como 0.5 denier antes de la presente invención, sólo mediante el procedimiento viscoso. El presente procedimiento produce una fibra de lyocell novedosa que supera muchas de las limitaciones de las fibras producidas a partir de polímeros sintéticos, rayones y las fibras de lyocell actualmente disponibles. Permite la formación de fibras de bajo denier y con una distribución de deniers. Al mismo tiempo, la superficie de cada fibra tiende a ser granulada, como se observa a alto aumento, y las fibras tienen una sección transversal de forma y diámetro variables a lo largo de su longitud, tienen ondulación natural importante, y son resistentes a la fibrilación bajo condiciones de abrasión en húmedo. Todas estas son características deseables que se encuentran en la mayoría de las fibras naturales, pero faltan en las fibras de lyocell producidas mediante los procedimientos que emplean medios de estiramiento mecánico continuo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida a fibras producidas a partir de celulosa regenerada que tienen variabilidad de diámetro a lo largo de la longitud de la fibra. Los términos "celulosa" y "celulosa regenerada", como se usan en la presente, se deben considerar ampliamente suficientes para abarcar mezclas de celulosa con otros polímeros naturales y sintéticos, mutuamente solubles en un solvente de hilatura, en el cual la celulosa es el componente principal en peso. En particular, está dirigida a fibras de bajo denier producidas a partir de soluciones de celulosa en N-óxidos de amina, mediante procedimientos análogos al soplado por fusión o hilatura por brotes giratorios. En donde los términos "soplado por fusión", "unión por hilatura" e "hilatura por brotes giratorios" se usen, se entenderá que estos se refieren a procedimientos que son similares o análogos a los procedimientos usados para la producción de fibras termoplásticas, aún cuando la celulosa esté en solución y la temperatura de hilado sea sólo moderadamente elevada. Los términos "continuamente estirado" y "continuamente estirado mecánicamente", se refieren a los presentes procedimientos para la fabricación de fibras de lyocell, en donde las fibras son jaladas mecánicamente, primero a través de un espacio de aire para causar alargamiento y orientación molecular, y entonces a través de la solución de regeneración. Los procedimientos de la presente invención comienzan disolviendo una materia prima celulósica en un óxido de amina, de preferencia N-óxido de N-metilmorfolina (NMMO) con cierta cantidad de agua presente. Esta solución de acetato, o solución de celulosa en NMMO, se puede obtener mediante tecnología conocida, por ejemplo, como se describe en cualquiera de las patentes de McCorsIey o Franks et al., mencionadas anteriormente. En la presente invención, la solución de acetato es transferida entonces a temperatura un poco elevada a un aparato de hilado mediante una bomba o extrusor a aproximadamente 90°C a 130°C. Por último, la solución de acetato es dirigida a través de una multiplicidad de pequeños orificios en aire. En el caso del soplado por fusión, los filamentos extruidos de la solución de acetato de celulosa son recogidos por una corriente de gas turbulenta que fluye en una dirección generalmente paralela a la trayectoria de los filamentos. Conforme la solución de celulosa es expulsada a través de los orificios, los filamentos de líquido o los filamentos latentes son estirados (o significativamente disminuidos en diámetro e incrementados en longitud) durante su trayectoria continua después de salir de los orificios. La turbulencia induce una ondulación natural y cierta variabilidad en el diámetro final de las fibras a lo largo de la longitud de las fibras individuales. Esta variabilidad a lo largo de la longitud de la fibra, se puede cuantificar mediante inspección microscópica de las fibras individuales. Una medida útil de esta variabilidad, se denomina "coeficiente de variabilidad" o CV. El CV se calcula obteniendo un tamaño de diámetro promedio. El CV es entonces la desviación estándar del diámetro promedio, dividida entre el diámetro promedio. El valor resultante es convertido a un porcentaje multiplicando por 100 por ciento. Los filamentos producidos de conformidad con la presente invención, exhiben valores de CV mayores que los valores de CV de fibras continuamente estiradas. Por ejemplo, los filamentos de la presente invención exhiben valores de CV mayores de alrededor de 6.5%, de preferencia mayores de aproximadamente 7%, y más preferiblemente de 10%. En contraste marcado, los filamentos continuamente estirados que tienen diámetros que son uniformes y que carecen de ondulación o que han sido introducidos en un procedimiento de post-hilatura, no exhiben un alto grado de variabilidad en el diámetro de la fibra medida a lo largo de la longitud de la fibra, en comparación con las fibras de la presente invención. Las fibras de la presente invención tendrán una ondulación que es irregular, y tendrán una amplitud de pico a pico mayor que el diámetro de aproximadamente una fibra y un período mayor que el diámetro de aproximadamente cinco fibras. La unión por hilatura puede considerarse como una especie de soplado por fusión, porque las fibras son recogidas y estiradas en una corriente de aire sin ser jaladas mecánicamente. En el contexto de la presente invención, el soplado por fusión y la unión por hilatura deben considerarse como equivalentes funcionales. En donde las fibras se producen mediante hilatura por brotes giratorios, los filamentos de la solución de acetato son expulsados a través de pequeños orificios en aire y son estirados por la inercia impartida por la cabeza hiladora. Los filamentos son dirigidos entonces en una solución de regeneración, o una solución de regeneración es rociada sobre los filamentos. Las soluciones de regeneración son no solventes tales como agua, alcoholes alifáticos inferiores, o mezclas de los mismos. El NMMO que se usa como el solvente, se puede recuperar entonces de la solución de regeneración para uso posterior. Se piensa que la turbulencia y la oscilación en el aire en torno a los filamentos de fibras latentes, son responsables de su geometría única cuando se obtienen mediante los procedimientos de soplado por fusión o hilatura por brotes giratorios. Se pueden formar fácilmente filamentos que tengan un tamaño promedio tan bajo como 0.1 denier, o incluso menor. El denier se puede controlar mediante un número de factores que incluyen, pero no están limitados a, diámetro del orificio, velocidad de la corriente de gas, velocidad de la cabeza hiladora y viscosidad de la solución de acetato. A su vez, la viscosidad de la solución de acetato es principalmente un factor del grado de polimerización y concentración de la celulosa. La longitud de la fibra se puede controlar en forma similar mediante el diseño y la velocidad de la corriente de aire en torno a los orificios de extrusión. Se pueden producir fibras continuas o fibras discontinuas relativamente cortas, dependiendo de las condiciones de hilatura. El equipo puede ser modificado fácilmente para formar fibras individuales o para depositarlas en una estera de tela celulósica no tejida. En el último caso, la estera puede ser formada y autoaglutinada antes de la regeneración de la celulosa. Las fibras son entonces recuperadas del medio de regeneración, lavadas adicionalmente, blanqueadas si es necesario, secadas y manipuladas convencionalmente, desde ese punto en el procedimiento. El brillo o lustre de las fibras formadas de conformidad con la presente invención, es considerablemente menor que la fibra de lyocell continuamente estirada que carece de un deslustrante, de modo que carecen de una apariencia "plástica". Sin ser limitado a alguna teoría en particular, los inventores piensan que esto se debe a la superficie "granulada" única de las fibras, aparente en micrografías a alto aumento. Mediante el control adecuado de las condiciones de hilatura, las fibras obtenidas de conformidad con la presente invención se pueden formar con forma en sección transversal variable y una distribución relativamente estrecha de diámetros de fibra. Cierta variación en diámetro y configuración en sección transversal ocurrirán típicamente a lo largo de la longitud de las fibras individuales, impartiendo un CV mayor que las fibras de lyocell disponibles que se fabrican usando procedimientos de estiramiento continuo.

Las fibras de la presente invención son únicas porque tienen alta variabilidad de diámetro a lo largo de la longitud de la fibra para una fibra de celulosa regenerada. Las fibras hechas de conformidad con la presente invención, tienen una morfología similar a la de muchas fibras naturales. Las fibras producidas mediante cualquiera de los procedimientos de soplado por fusión o hilatura por brotes giratorios de conformidad con la presente invención, poseen una ondulación natural bastante diferente de la impartida por una caja compresora rizadora. La ondulación impartida por una caja compresora rizadora es relativamente regular, tiene una amplitud relativamente baja usualmente menor que el diámetro de una fibra, y tiene un período corto de pico a pico normalmente no mayor que el diámetro de dos o tres fibras. Las fibras obtenidas de conformidad con la presente invención tienen una amplitud irregular mayor que el diámetro de una fibra, y un período irregular que excede el diámetro de casi cinco fibras, una característica de las fibras que tienen una apariencia ondulada o rizada. En forma bastante inesperada, las fibras de la presente invención parecen ser altamente resistentes a la fibrilación bajo condiciones de abrasión en húmedo. Esta es una ventaja importante porque no se requiere un procesamiento de post-hilatura, tal como tratamiento enzimático o entrelazamiento. Las propiedades de las fibras de la presente invención están bien adaptadas para cardado e hilatura en procedimientos convencionales de fabricación de textiles. Las fibras, aunque tienen muchos de los atributos de las fibras naturales, se pueden producir en diámetros de microdenier no disponibles en la naturaleza. Se han obtenido diámetros de fibra tan bajos como 0.1 denier mediante los procedimientos llevados a cabo de conformidad con la presente invención. También es posible producir directamente cintas autoaglutinadas o hilos de varias hebras estrechamente devanados a partir de las fibras de la presente invención. Una ventaja particular de la presente invención, es la capacidad para formar mezclas de celulosa con lo que de otra manera se podría considerar como materiales poliméricos incompatibles. Los óxidos de amina son solventes extremadamente poderosos, y pueden disolver muchos otros polímeros además de la celulosa. De esta manera, es posible formar mezclas de celulosa con materiales tales como lignina, nylons, óxidos de polietileno, óxidos de polipropileno, poli(acrilonitrilo), poli(vinilpirrolidona), ácido poli(acrílico), almidones, alcohol poli(vinílico), poliésteres, policetonas, caseína, acetato de celulosa, amilosa, amilopectinas, almidones catiónicos, y muchos otros. Cada uno de estos materiales en mezclas homogéneas con celulosa, puede producir fibras que tienen propiedades nuevas y únicas. Un objetivo de la presente invención, es proveer un método para formar fibras de celulosa regeneradas de bajo denier o fibras de mezclas de celulosa a partir de una solución en un medio de óxido de amina y agua mediante procedimientos análogos al soplado por fusión, unión por hilatura o hilatura por brotes giratorios, que no sean procedimientos de estiramiento continuo.

Otro objetivo es proveer fibras de celulosa de bajo denier, que tengan características ventajosas de geometría y superficie para formación en hilos. Las fibras exhiben de preferencia un CV relativamente alto en comparación con las fibras de lyocell producidas mediante procedimientos que usan medios de estiramiento continuo. Otro objetivo es proveer fibras que tengan ondulación natural y lustre reducido. Otro objetivo es proveer una fibra de lyocell resistente a la fibrilación bajo condiciones de abrasión en húmedo. Otro objetivo es proveer fibras de celulosa regeneradas que tengan muchas propiedades similares o superiores a las de las fibras naturales. Otro objetivo es proveer un método para formar fibras de los tipos anteriores mediante un procedimiento en el cual todos los químicos de producción puedan ser fácilmente recuperados y reutilizados. Otro objetivo es proveer telas de lyocell no tejidas, autoaglutinadas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los aspectos anteriores y muchas de las presentes ventajas de esta invención, se apreciarán más fácilmente conforme la misma sea mejor entendida haciendo referencia a la siguiente descripción detallada, tomada en conjunto con los dibujos acompañantes, en donde: La figura 1 es un diagrama de bloques, de los pasos usados en la práctica del presente procedimiento. La figura 2 es una representación en perspectiva parcialmente separada del equipo de hilatura por brotes giratorios típico usado con la presente invención. La figura 3 es una representación en perspectiva parcialmente separada del equipo de soplado por fusión, adaptado para su uso con la presente invención. La figura 4 es una vista en sección transversal de una cabeza de extrusión típica que se podría usar con el aparato de soplado por fusión anterior. Las figuras 5 y 6 son micrografías electrónicas de barrido de una fibra de lyocell disponible comercialmente a aumento de 100X y 10.000X, respectivamente. Las figuras 7 y 8 son micrografías electrónicas de barrido de una fibra de lyocell producida mediante hilatura por brotes giratorios a aumento de 200X y 10.000X, respectivamente.

Las figuras 9 y 10 son micrografías electrónicas de barrido a 2.000X que muestran secciones transversales a lo largo de una fibra individual hilada por centrifugación. Las figuras 11 y 12 son micrografías electrónicas de barrido de una fibra de lyocell soplada por fusión a aumento de 100X y 10.000X, respectivamente. La figura 13 es un dibujo que ilustra la producción de una tela de lyocell no tejida autoaglutinada, usando un procedimiento de soplado por fusión. La figura 14 es un dibujo similar que ilustra la producción de una tela de lyocell no tejida autoaglutinada, usando un procedimiento de hilatura por brotes giratorios. Las figuras 15 y 16 son micrografías electrónicas de barrido a 1000X de fibras de cada una de dos fuentes comerciales que muestran la fibrilación causada por una prueba de abrasión en húmedo. Las figuras 17 y 18 son micrografías electrónicas de barrido a 1000X de dos muestras de fibras producidas mediante los métodos de la presente invención, sometidas en forma similar a la prueba de abrasión en húmedo; y Las figuras 19, 20 y 21 son micrografías electrónicas de barrido a aumento de 100X, 1000X y 10.000X, respectivamente, de fibras de lyocell producidas mediante un procedimiento de soplado por fusión.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA El tipo de materia prima celulósica usado con la presente invención, no es crítico. Puede ser pulpa de madera blanqueada o no blanqueada que se pueda obtener mediante varios procedimientos de los cuales la pasta kraft, la pasta kraft prehidrolizada o la pasta de bisulfito, serían ejemplos. Muchas otras materias primas celulósicas tales como borra de algodón purificada, son igualmente adecuadas. Antes de disolverla en un solvente de óxido de amina, la celulosa, si está extendida en hojas, es normalmente desfibrada (desmenuzada) en una pelusa fina para promover la solución rápida. La solución de la celulosa se puede obtener en una forma conocida, por ejemplo, como se describe en McCorsIey, patente de E.U.A. No. 2,246,221. Por ejemplo, la celulosa puede ser remojada en una mezcla de no solvente de alrededor de 40% de NMMO y 60% de agua. La relación de celulosa: NMMO húmedo, puede ser de aproximadamente 1 :5.1 en peso. La mezcla es mezclada en un mezclador de paletas en forma de sigma de brazo doble durante alrededor de 1.3 horas bajo vacío a aproximadamente 120°C, hasta que se haya destilado suficiente agua para dejar alrededor de 12-14% con base en el NMMO, de modo que se forme una solución de celulosa. La solución de acetato resultante contiene alrededor de 30% de celulosa. En forma alternativa, se puede usar inicialmente NMMO de contenido de agua adecuado para evitar la necesidad de la destilación en vacío. Esta es una forma conveniente de preparar soluciones de acetato por hilatura en el laboratorio, en donde NMMO disponible comercialmente de alrededor de 40-60% de concentración, se puede mezclar con reactivo de laboratorio NMMO que tiene apenas alrededor de 3% de agua, para producir un solvente de celulosa que tiene 7-15% de agua. Se debe explicar la humedad presente normalmente en la celulosa al ajustar el agua necesaria presente en el solvente. Se podría hacer referencia a los artículos de Chanzy, H. y A. Péguy, Journal of Polymer Science, Polymer Physics Ed., 18:1137-1144 (1980) y Navard, P. y J. M. Haudin, British Polymer Journal, p. 174, diciembre de 1980, para la preparación, en el laboratorio, de soluciones de acetato de celulosa en solventes de NMMO y agua. La referencia a la figura 1 mostrará un diagrama de bloques del procedimiento de conformidad con la presente invención. Como se indicó, la preparación de soluciones de acetato de celulosa en NMMO acuoso, es convencional. Lo que no es convencional, es la forma en que estas soluciones de acetato son hiladas. En los procedimientos de la presente invención, la solución de celulosa es forzada a partir de orificios de extrusión en una corriente de aire turbulenta, más que directamente en una solución de regeneración como es el caso con el rayón viscoso o de cupramonio. Sólo después, se regeneran los filamentos latentes. Sin embargo, los procedimientos de la presente invención difieren también de los procedimientos convencionales para formar fibras de lyocell, puesto que la solución de acetato no es continuamente estirada hacia abajo en forma lineal como filamentos continuos a través de un espacio de aire y en la solución de regeneración. La figura 2 es ilustrativa de un procedimiento de hilatura por brotes giratorios. La solución de acetato de celulosa calentada 1 es dirigida en un cilindro o tambor calentado 2 generalmente hueco con una base cerrada y una multiplicidad de pequeñas aberturas 4 en las paredes laterales, 6. Conforme el cilindro gira, la solución de acetato es expulsada horizontalmente a través de las aberturas como filamentos delgados 8. Conforme estos filamentos encuentran resistencia a partir del aire circundante, son estirados mediante un gran factor. La cantidad de estiramiento dependerá de factores fácilmente controlables, tales como velocidad de rotación del cilindro, tamaño de orificio y viscosidad de la solución de acetato. Los filamentos de la solución de acetato caen por gravedad o son suavemente forzados hacia abajo por un flujo de aire en un no solvente 10 mantenido en una cuenca 12, en donde son coagulados en fibras orientadas individuales. En forma alternativa, los filamentos de la solución de acetato 8 pueden ser parcialmente o completamente regenerados mediante un rocío de agua desde un anillo o boquillas de rociado 16 alimentadas por una fuente de solución de regeneración 18. Asimismo, como se describirá más adelante, se pueden formar en una tela no tejida antes de la regeneración o durante la misma. El agua es el no solvente de coagulación preferido, aunque son también útiles etanol o mezclas de agua y etanol. A partir de este punto, las fibras son colectadas y pueden ser lavadas para remover cualquier NMMO residual, blanqueadas como podría ser necesario, y secadas. El ejemplo 2 siguiente da detalles específicos de la preparación de fibras hiladas por centrifugación en el laboratorio. Las figuras 3 y 4 muestran detalles de un procedimiento típico de soplado por fusión. Como se observa en la figura 3, un suministro de solución de acetato, no mostrado, es dirigido hacia un extrusor 32 que fuerza la solución de celulosa hacia una cabeza de orificios 34 que tiene una multiplicidad de orificios 36. Aire u otro gas es suministrado a través de líneas 38, y rodea y transporta filamentos de solución extruidos 40. Una solución o depósito 42 contiene una solución de regeneración 34 en la cual los filamentos son regenerados de la solución en el solvente, a fibras de celulosa. En forma alternativa, las fibras latentes pueden ser rociadas con rocío de agua para regenerarlas o regenerarlas parcialmente. La cantidad de estiramiento no mecánico dependerá de factores fácilmente controlables tales como tamaño de orificio, viscosidad de la solución de acetato, concentración de celulosa en la solución de acetato y velocidad del aire, temperatura y configuración de la boquilla. La figura 4 muestra un orificio de extrusión típico. La placa de orificios 20 es horadada con una multiplicidad de orificios 36. Es sostenida al cuerpo de la cabeza de extrusión 22 mediante una serie de tornillos de cabeza 18. Un miembro interno 24 forma los orificios de extrusión 26 para la solución de celulosa. Es abarcado por pasajes de aire 28 que rodean a los filamentos de solución extruidos 40, haciéndolos que sean estirados, y para facilitar su transportación hacia el medio de regeneración. El ejemplo 3 siguiente dará detalles específicos de la preparación de fibras a escala en el laboratorio mediante soplado por fusión. Las micrografías electrónicas de barrido mostradas en las figuras 5 y 6, son de fibras de lyocell obtenidas mediante el procedimiento convencional de estiramiento continuo. La atención está dirigida a la configuración casi redonda de esta área de sección transversal en posiciones a lo largo de la longitud de la fibra para cada fibra individual. Las fibras que tienen diámetros casi uniformes a lo largo de la longitud de su fibra, tendrán en forma correspondiente CV's bajos, el CV siendo una medida directa de la variabilidad del diámetro. Para algunas fibras de lyocell continuamente estiradas (no mostradas), se observa un valor no mayor de alrededor de 6.1%. La superficie vista a aumento de 10.000X en la figura 6, es notablemente uniforme. Las figuras 7 a 10 son de fibras obtenidas mediante un procedimiento de hilatura por brotes giratorios de la presente invención. Las fibras observadas en la figura 7 tienen una gama de diámetros, y tienden a ser un poco onduladas, dándoles una ondulación natural. Esta ondulación natural es bastante diferente de la configuración sinuosa regular obtenida en una caja compresora rizadora. La amplitud y el período son irregulares, y son por lo menos varios diámetros de fibras en altura y longitud. La mayoría de las fibras son un poco aplanadas, y algunas muestran una cantidad significativa de torsión. El diámetro de las fibras varía entre extremos de aproximadamente 1.5 µm y 20 µm (<0.1-3.1 denier), siendo la mayoría de las fibras agrupadas estrechamente alrededor de un diámetro promedio de 12 µm (aproximadamente 1 denier). Junto con la ondulación natural, otras propiedades distintivas son evidentes en la micrografía. Por ejemplo, a diferencia de las fibras continuamente estiradas de las figuras 5 y 6, las fibras producidas mediante un procedimiento de hilatura por brotes giratorios exhibirán más variabilidad en el área en sección transversal a lo largo de la longitud de la fibra y, de esta manera, ameritando CV's mayores. Esta variabilidad prevalece en algunas fibras hiladas por centrifugación, más que en otras. Sin embargo, en equilibrio, las fibras obtenidas mediante un procedimiento de hilatura por brotes giratorios tendrán mayor variabilidad de diámetro a lo largo de la fibra, en comparación con fibras continuamente estiradas. En algunas fibras hiladas por centrifugación (no mostradas), las fibras obtuvieron CV's en la escala de por lo menos de alrededor de 10.9% a aproximadamente 25.4%. Sin embargo, en general, las fibras de lyocell obtenidas mediante los procedimientos de la presente invención pueden lograr variabilidades de alrededor de 6.5% a aproximadamente 25.4%, e incluso mayores. Los ejemplos siguientes describen los métodos que se usan para obtener dichas fibras. Haciendo variar las condiciones para los procedimientos descritos en la presente, los inventores piensan que se pueden obtener fibras de lyocell que tienen coeficientes de variabilidad dentro de esa escala. La figura 8 muestra las fibras de la figura 7 a aumento de 10.000X. La superficie es de apariencia uniformemente granulada, bastante diferente de las fibras disponibles comercialmente. Esto da como resultado brillo reducido y características de hilatura mejoradas. Las figuras 9 y 10 son micrografías de barrido de secciones transversales de fibras tomadas a una separación de aproximadamente 5 mm en una fibra individual hilada por centrifugación. Se muestra esquemáticamente la variación en sección transversal y el diámetro a lo largo de la fibra. Esta variación es característica de las fibras sopladas por fusión e hiladas por centrifugación. Las figuras 11 y 12 son micrografías de barrido a bajo y alto aumento de fibras sopladas por fusión. La ondulación de estas muestras en comparación con las fibras hiladas por centrifugación, parece ser más grande. La micrografía a 10.000X de la figura 12, muestra una superficie granulada notablemente similar a la de la fibra hilada por centrifugación. Como con las fibras obtenidas mediante un procedimiento de hilatura por brotes giratorios, las fibras obtenidas mediante un procedimiento de soplado por fusión exhiben mayor grado de variabilidad de diámetro a lo largo de la longitud de la fibra, en comparación con fibras obtenidas mediante un procedimiento de estiramiento continuo. En algunas fibras sopladas por fusión (no mostradas), la variabilidad del diámetro de la fibra medida mediante el CV, fue de aproximadamente 12.6% a 14.8%, o mayor. Los resultados generales obtenidos a partir de las pruebas llevadas a cabo usando varios aparatos y condiciones, sugieren enfáticamente que las fibras obtenidas mediante los procedimientos de la presente invención pueden lograr fibras que tienen coeficientes de variabilidad dentro de la escala de alrededor de 6.5% a aproximadamente 25.4%, o incluso mayores. Estos valores están fuera de la escala de valores obtenidos a partir de fibras continuamente estiradas, tales como las que son fabricadas por TITK, o fibras comercializadas bajo la marca comercial Tencel®. No obstante, la morfología general de las fibras obtenidas a partir de ambos procedimientos, es altamente ventajosa para formar hilos finos compactos, puesto que muchas de las características asemejan a las de las fibras naturales. Se piensa que esto es único para las fibras de lyocell de la presente invención. La figura 13 muestra un método para obtener un material no tejido de lyocell autoaglutinado usando un procedimiento de soplado por fusión modificado. Una solución de acetato de celulosa 50 es alimentada al extrusor 52, y desde ahí hacia la cabeza de extrusión 54. Un suministro de aire 56 actúa en los orificios de extrusión, para estirar los filamentos 58 de la solución de acetato conforme descienden de la cabeza de extrusión. Los parámetros de procesamiento se eligen de preferencia, de modo que las fibras resultantes serán longitudes continuas, más que longitudes más cortas aleatorias. Las fibras caen sobre una correa foraminosa móvil sin fin 60 sostenida e impulsada por rodillos 62, 64. Ahí, forman una estera de tela no tejida latente 66. Un rodillo superior, no mostrado, se puede usar para prensar las fibras en contacto estrecho, y asegurar la unión en los puntos de cruce.

Conforme la estera 66 procede a lo largo de su trayectoria mientras es aún sostenida sobre la correa 60, un rocío de solución de regeneración 68 es dirigido hacia abajo por los rociadores 70. El producto regenerado 72 es removido entonces del extremo de la correa, en donde puede ser procesado adicionalmente, por ejemplo, mediante lavado, blanqueo y secado adicionales. La figura 14 es un procedimiento alternativo para formar una cinta no tejida autoaglutinada usando hilatura por brotes giratorios. Una solución de acetato de celulosa 80 es alimentada en un cilindro de rotación rápida 82 que tiene una multiplicidad de orificios 82 en las paredes laterales. Las fibras latentes 86 son expulsadas a través de los orificios 84 y estiradas, o alargadas, mediante resistencia al aire y la inercia impartida por el cilindro giratorio. Inciden sobre las paredes laterales interiores de una superficie receptora 88 localizada concéntricamente alrededor del cilindro. El receptor puede tener opcionalmente una porción inferior frustocónica 90. Una cortina o rocío de solución de regeneración 92 fluye hacia abajo desde el anillo 94 alrededor de las paredes del receptor 88, para coagular parcialmente la estera de celulosa que incidió sobre las paredes laterales del receptor. El anillo 94 se puede localizar como se muestra, o se puede mover hacia una posición inferior si se requiere más tiempo para que las fibras latentes se autoaglutinen en una cinta no tejida. La cinta no tejida 96 parcialmente coagulada es continuamente jalada mecánicamente desde la parte inferior 90 del receptor, en una solución de coagulación 98 en el contenedor 100. Conforme la cinta se mueve a lo largo de su trayectoria, es aplastada a partir de una configuración cilindrica en una estructura no tejida plana de dos hebras. La cinta es mantenida dentro de la solución conforme se mueve bajo los rodillos 102, 104. Un rodillo de extracción 106 remueve la cinta de dos hebras 108 ahora totalmente coagulada, de la solución. Cualquiera de los rodillos 100, 102 ó 104, o todos ellos, puede(n) ser impulsado(s). La cinta 108 es entonces dirigida continuamente en una operación de lavado y/o blanqueo, no mostrada, después de lo cual es secada para almacenamiento. Puede ser separada y abierta en un no tejido de una sola hebra, o mantenida como un material de dos hebras, según se desee. La fibrilación se define como la separación de la porción de superficie de una fibra individual en microfibrillas o fibrillas. La separación ocurre como resultado de abrasión en húmedo mediante desgaste de la fibra contra las fibras, o mediante frotamiento de las fibras contra una superficie dura. Dependiendo de las condiciones de abrasión, la mayoría de las fibrillas, o muchas de ellas, permanecerán unidas en un extremo a la fibra madre. Las fibrillas son tan finas que se vuelven casi transparentes, dando una apariencia blanca y escarchada a una tela terminada. En casos de fibrilación más extrema, las microfibrillas se tornan enmarañadas, dando la apariencia y la sensación del frisado. Aunque no existe prueba industrial estándar para determinar la resistencia a la fibrilación, el siguiente procedimiento es típico a los usados. 0.003 g de fibras individualizadas, son pesados y colocados con 10 ml de agua en un tubo de prueba de 25 ml (13 x 110 mm) tapado. Las muestras se colocan en un agitador que opera a baja amplitud y una frecuencia de aproximadamente 200 ciclos por minuto. La duración de la prueba puede variar de 4 a 80 horas. Las muestras mostradas en las figuras 15 a 18, fueron agitadas durante 4 horas. Las figuras 15 y 16 muestran la fibrilación considerable causada en fibras a partir de hilos disponibles comercialmente obtenidos de dos proveedores diferentes, y puestos a prueba como se indicó anteriormente. Compárese estas figuras con las figuras 17 y 18, que son dos muestras de fibras "sopladas por fusión" de la presente invención. Las figuras 19, 20 y 21 son fibras sopladas por fusión recientes que muestran que la fibrilación es muy menor en las fibras sopladas por fusión. No se entienden del todo bien las razones de esto. Sin embargo, sin desear que sea limitado a alguna teoría en particular, se piensa que las fibras de la presente invención tienen cristalinidad y orientación un poco menores que las producidas mediante los procedimientos comerciales existentes. Además de la tendencia reducida a fibrilar, se ha encontrado también que las fibras de la presente invención tienen receptividad de colorantes mayor y más uniforme. La tendencia a adquirir una apariencia "escarchada" después del uso, causada por la fibrilación, falta casi por completo en las fibras de lyocell de la presente invención. La figura 19 muestra la morfología de las fibras producidas en los procedimientos de la presente invención. En particular, es claramente evidente la variación en el diámetro de las fibras a lo largo de la longitud de las fibras. La figura 21 muestra las superficies granuladas en las fibras producidas mediante los procedimientos de la presente invención.

EJEMPLO 1 Preparación de solución de acetato de celulosa La pulpa de celulosa usada en este y en los siguientes ejemplos, a menos que se indique de otra manera, era una pulpa comercial de madera de coniferas del sur kraft blanqueada estándar, grado NB 416, disponible de Weyerhaeuser Company, New Bern, Carolina del Norte. Tiene un contenido de celulosa alfa de alrededor de 88-89% y un grado de polimerización de aproximadamente 1200. Antes de su uso, la pulpa de madera extendida en hojas se hizo circular a través de un mullidor para separarla en fibras esencialmente individuales y pequeñas masas de fibras. En un matraz de vidrio de tres cuellos de 250 ml, se cargaron 5.3 g de celulosa esponjada, 66.2 g de NMMO a 97%, 24.5 g de NMMO a 50% y 0.05 g de galato de propilo. El matraz fue sumergido en una solución de aceite a 120°C, se insertó un agitador, y la agitación se continuó durante aproximadamente 0.5 horas. Se obtuvo una solución de acetato fácilmente fluyente que fue directamente adecuada para hilatura.

EJEMPLO 2 Preparación de fibras mediante hilatura por brotes giratorios El dispositivo de hilatura usado era un tipo modificado de "algodón de azúcar", similar al mostrado en la patente de E.U.A. No. 5,447,423 a Fuisz et al. El rotor, precalentado a 120°C, tenía 89 mm de diámetro, y se hizo girar a 2800 rpm. El número de orificios se pudo hacer variar entre 1 y 84, bloqueando los orificios. Se usaron ocho orificios de 700 µm de diámetro para la siguiente prueba. Solución de acetato de celulosa, también a 120°C, se vertió en el centro del rotor giratorio. Se dejó que los filamentos delgados de la solución de acetato que emergieron, cayeran por gravedad en agua a temperatura ambiente contenida en la cuenca en tomo al rotor. Ahí, fueron regenerados. Mientras que fibras ocasionales se unirían entre sí, la mayoría de ellas permanecieron individualizadas, y tuvieron varios centímetros de longitud. Además del procedimiento descrito anteriormente, se obtuvieron también con éxito fibras de microdenier muy similares a partir de pulpas kraft blanqueadas y no blanqueadas, pulpa de bisulfito, celulosa microcristalina, y mezclas de celulosa con hasta 30% de almidón de maíz o ácido poli(acrílico). El diámetro (o denier) de las fibras se pudo controlar confiablemente medíante varios medios. Viscosidades mayores de la solución de acetato, tendieron a formar fibras más pesadas. A su vez, la viscosidad de la solución de acetato se pudo controlar mediante medios que incluyen el contenido de sólidos de celulosa o el grado de polimerización de la celulosa. Un menor tamaño del orificio de hilatura, o mayor velocidad de rotación del cilindro, produce fibras de diámetro más pequeño. Se obtuvieron en forma reproducible fibras que tienen diámetros de aproximadamente 5-20 µm (0.2-3.1 denier). Se pudieron formar también fácilmente fibras más pesadas en la escala de diámetro de 20-50 µm (3.1-19.5 denier). La longitud de las fibras varió considerablemente con base en la geometría y los parámetros operacionales del sistema.

EJEMPLO 3 Preparación de fibras mediante soplado por fusión La solución de acetato preparada en el ejemplo 1 se mantuvo a 120°C, y se alimentó a un aparato desarrollado originalmente para formar polímeros sintéticos soplados por fusión. La longitud general de los orificios fue de alrededor de 50 mm, con un diámetro de 635 µm el cual disminuyó hasta 400 µm en el extremo de descarga. Después de una distancia de tránsito en aire de aproximadamente 20 cm en el chorro de aire turbulento, las fibras cayeron en una solución acuosa, en donde fueron regeneradas. La longitud de las fibras regeneradas se hizo variar. Se formaron algunas fibras cortas, pero la mayoría tenían varios centímetros a décimos de centímetros de longitud. La variación de los parámetros de extrusión, permitió que se formaran fibras continuas. En forma bastante sorprendente, la sección transversal de muchas de las fibras no fue uniforme a lo largo de la longitud de las fibras. Se espera que esta característica sea especialmente ventajosa en el hilado de hilos compactos usando el material de microdenier de la invención, puesto que las fibras se asemejan más estrechamente a las fibras naturales en morfología general. En una variación del procedimiento anterior, se dejó que las fibras incidieran sobre una correa de malla de acero inoxidable móvil antes de que fueran dirigidas en la solución de regeneración. Se formó una estera no tejida bien aglutinada. Se entenderá que las telas no tejidas de lyocell no necesitan ser autoaglutinadas. Pueden ser sólo parcialmente autoaglutinadas, o no autoaglutinadas en lo absoluto. En estos casos, pueden ser aglutinadas mediante cualquiera de los métodos bien conocidos que incluyen, pero no están limitados a, hidroenmarañamiento, el uso de aglutinantes adhesivos tales como almidón o varias emulsiones de polímero, o alguna combinación de estos métodos.

EJEMPLO 4 Uso de celulosa microcristalina provista para preparar lyocell soplada por fusión Se repitió el procedimiento del ejemplo 1 usando celulosa microcristalina más que pulpa de madera, para incrementar el contenido de sólidos de la solución de acetato. El producto usado fue celulosa microcristalina Avicel® tipo pH-101 disponible de FMC Corp., Newark, Delaware. Se obtuvieron soluciones de acetato usando 15 g y 28.5 g de la celulosa microcristalina (peso seco) con 66.2 g de NMMO a 97%, 24.5 g de NMMO a 50% y 0.05 g de galato de propilo. El procedimiento fue de otra manera como se describió en el ejemplo 1. Las soluciones de acetato resultantes contuvieron respectivamente alrededor de 14% y 24% de celulosa. Estas fueron sopladas por fusión como se describió en el ejemplo 3. La fibra resultante fue desde el punto de vista morfológico, esencialmente idéntica a la de los ejemplos 2 y 3. Se entenderá que el denier de las fibras depende de muchos factores controlables. Entre estos están el contenido de sólidos de la solución, la presión de disolución y la temperatura en la cabeza del extrusor, el diámetro de los orificios, la presión atmosférica y otras variables bien conocidas por los expertos en la tecnología de soplado por fusión e hilatura por brotes giratorios. Fibras de lyocell que tienen un promedio de 0.5 denier, o incluso menor, se pueden producir consistentemente mediante cualquiera de los procedimientos de soplado por fusión o hilatura por brotes giratorios. Una fibra de 0.5 denier corresponde a un diámetro promedio (calculado sobre la base del área de sección transversal circular equivalente) de aproximadamente 7.8 µm.

Las fibras de la presente invención se estudiaron mediante análisis de rayos X, para determinar el grado de cristalinidad y el tipo de cristalito. Se hicieron también comparaciones con algunas otras fibras celulósicas como se muestra en el siguiente cuadro. Los datos para las fibras de microdenier, se tomaron del material hilado por centrifugación del ejemplo 2.

CUADRO 1 Propiedades cristalinas de diferentes fibras de celulosa Celulosa de microdenier Lvocell Fibras de la qenérica Tencel® Algodón presente invención índice de cristalinidad 67% 65% 70% 85% Cristalito Celulosa II Celulosa II Celulosa II Celulosa Se tuvo cierta dificultad al medir la resistencia a la tracción de las fibras individuales, de modo que las cifras dadas en el siguiente cuadro para tenacidad, son aproximaciones. De nuevo, se comparan las fibras de microdenier de la presente invención, con varias otras fibras.

CUADRO 2 Medición de las propiedades físicas de las fibras Fibras Alqodón Pino del Ravón Seda Lvocell hilada Tencel® sur (1) por centrifugación Longitud típica, 4 0.5 40 >104 Variable Variable cm Diámetro típico, 20 40 16 10 5 12 µm Tenacidad, g/d 2.5-3.0 — OJ-3.2 2.8-5.2 2.1 4.5-5.0 '''Procedimiento viscoso Lyocell hilada por centrifugación con un diámetro promedio de alrededor de 5 µm, corresponde a fibras de aproximadamente 0.25 denier. La superficie granulada de las fibras de la presente invención, da como resultado un menor brillo deseable sin la necesidad de deslustrantes internos. Mientras que el brillo o lustre es una propiedad difícil de medir, la siguiente prueba será un ejemplo de las diferencias entre una muestra de fibras obtenida mediante el método del ejemplo 2, y una fibra de lyocell comercial. Se obtuvieron pequeños pañuelos formados en húmedo a partir de las fibras respectivas, y se determinó la reflexión de la luz. La reflectancia del material del ejemplo 2 fue de 5.4%, mientras que la de la fibra comercial fue de 16.9%.

EJEMPLO 5 Preparación de fibras para fibras hiladas por centrifugación para su uso en el cálculo del coeficiente de variabilidad a lo largo de la longitud de la fibra La solución de acetato de celulosa y la preparación de las fibras usadas en este ejemplo, siguen los procedimientos descritos en los ejemplos 1 y 2 anteriores.

EJEMPLO 6 Preparación de fibras para fibras sopladas por fusión (un agujero) para su uso en el cálculo del coeficiente de variabilidad a lo largo de la longitud de la fibra Se preparó una solución de acetato de la siguiente manera. Dos mil trescientos gramos de pulpa kraft NB 416 secada, fueron mezclados con 14 kilogramos de una solución de H2SO4 a 5% en un contenedor de plástico. El grado de polimerización promedio de la pulpa kraft NB 416 nunca secada antes del tratamiento con ácido fue de 1400, el contenido de hemicelulosa fue de 13.6%, y el índice de cobre fue de 0.5. La pulpa y la mezcla de ácido se mantuvieron a una temperatura de 97°C durante 1.5 horas, y se enfriaron entonces durante aproximadamente 2 horas a temperatura ambiente, y se lavaron con agua hasta que el pH estuviera en la escala de 5.0 a 7.0. El grado de polimerización promedio de la pulpa tratada con ácido fue de alrededor de 600, medido mediante el método de ASTM D 1795-62, y el contenido de hemicelulosa fue de aproximadamente 13.8% (es decir, la diferencia entre el grado de polimerización medido experimentalmente, de la pulpa tratada con ácido y el de la pulpa no tratada, no fue estadísticamente significativa). El índice de cobre de la pulpa tratada con ácido fue de alrededor de 2.5. La pulpa tratada con ácido fue secada, y una porción fue disuelta en NMMO. Nueve gramos de la pulpa tratada con ácido secada fueron disueltos en una mezcla de 0.025 gramos de galato de propilo, 61.7 gramos de NMMO a 97% y 23.1 gramos de NMMO a 50%. El matraz que contenía la mezcla fue sumergido en una solución de aceite a aproximadamente 120°C, se insertó un agitador, y la agitación se continuó durante alrededor de 0.5 horas hasta que la pulpa quedara disuelta. La solución de acetato resultante fue mantenida a aproximadamente 120°C, y alimentada a una cabeza de soplado por fusión de laboratorio de un sólo orificio. El diámetro en el orificio de la porción de boquilla fue de 483 µm y su longitud de aproximadamente 2.4 mm, proveyendo una relación de L D de 5. Un capilar coaxial removible localizado inmediatamente arriba del orificio tenía 685 µm de diámetro y 80 mm de longitud, proveyendo una relación de L/D de 116. El ángulo incluido de la zona de transición entre el orificio y el capilar fue de aproximadamente 118°. Los orificios de distribución de aire eran ranuras paralelas, estando la abertura del orificio localizada equidistante entre los mismos. El ancho del espacio de aire era de 250 µm, y el ancho total en el extremo de la tobera era de 1.78 mm. El ángulo entre las ranuras de aire y la línea central del capilar y la boquilla, fue de 30°. La solución de acetato fue alimentada a la cabeza de extrusión mediante una bomba de pistones de desplazamiento positivo accionada por gusano. La velocidad del aire fue medida con un instrumento de alambre caliente como 3660 m/min. El aire fue calentado dentro de la cabeza de extrusión eléctricamente calentada a 60-70°C en el punto de descarga. La temperatura dentro del capilar sin solución de acetato presente, varió de alrededor de 80°C en el extremo de entrada, a aproximadamente 140°C poco antes de la salida de la porción de boquilla. No fue posible medir la temperatura de la solución de acetato en el capilar y la boquilla bajo las condiciones de operación. Cuando se establecieron condiciones de funcionamiento en equilibrio, se formó una fibra continua a partir de cada una de las soluciones de acetato. Se hicieron variar un poco los rendimientos en un intento por obtener diámetros de fibra similares con cada solución de acetato, pero todos fueron mayores de aproximadamente 1 g de solución de acetato por minuto. Los diámetros de las fibras variaron entre aproximadamente 9-14 µm a condiciones de funcionamiento óptimas. Un rocío de agua fino fue dirigido sobre la fibra descendente en un punto a aproximadamente 200 mm abajo de la cabeza de extrusión, y la fibra fue recogida en un rodillo en operación con una velocidad de superficie de aproximadamente 1/4 la velocidad lineal de la fibra descendente. No se pudo formar una fibra continua en la escala de denier del algodón cuando la sección capilar de la cabeza fue removida. El capilar parece ser muy importante para la formación de fibras continuas y en la reducción de la dilatación del extruido. Se entenderá que el denier de las fibras depende de muchos factores controlables. Entre estos, están el contenido de sólidos de la solución, la presión de disolución y la temperatura en la cabeza del extrusor, el diámetro de los orificios, la presión atmosférica y otras variables bien conocidas por los expertos en la tecnología de soplado por fusión. Fibras de lyocell que tienen deniers en la escala de fibras de algodón (aproximadamente 10-20 µm de diámetro), fueron fácilmente y consistentemente producidas mediante soplado por fusión a velocidades de rendimiento mayores de alrededor de 1 g/min de solución de acetato por orificio.

EJEMPLO 7 Preparación de fibras para fibras sopladas por fusión (20 agujeros) para su uso en el cálculo del coeficiente de variabilidad a lo largo de la longitud de la fibra Se preparó una solución de acetato de la siguiente manera. Dos mil trescientos gramos de pulpa kraft NB 416 secada, fueron mezclados con 14 kilogramos de una solución de H2SO4 a 5% en un contenedor de plástico.

El grado de polimerización promedio de la pulpa kraft NB 416 nunca secada antes del tratamiento con ácido fue de 1400, el contenido de hemicelulosa fue de 13.6%, y el índice de cobre fue de 0.5. La pulpa y la mezcla de ácido se mantuvieron a una temperatura de 97°C durante 1.5 horas, y se enfriaron entonces durante aproximadamente 2 horas a temperatura ambiente, y se lavaron con agua hasta que el pH estuviera en la escala de 5.0 a 7.0. El grado de polimerización promedio de la pulpa tratada con ácido fue de alrededor de 600, medido mediante el método de ASTM D 1795-62, y el contenido de hemicelulosa fue de aproximadamente 13.8% (es decir, la diferencia entre el grado de polimerización medido experimentalmente, de la pulpa tratada con ácido y el de la pulpa no tratada, no fue estadísticamente significativa). El índice de cobre de la pulpa tratada con ácido fue de alrededor de 2.5. La pulpa tratada con ácido fue reducida con NaBH4 hasta un índice de cobre de 0.6, y lavada hasta un pH de 6 a 7, secada entonces, y una porción fue disuelta en NMMO. Noventa gramos de la pulpa tratada con ácido secada fueron disueltos en una mezcla de 0.25 gramos de galato de propilo y 1100 gramos de NMMO monohidratado a aproximadamente 110°C. El vaso de precipitado de acero inoxidable que contenía la mezcla, fue sumergido en una solución de aceite a aproximadamente 120°C, se insertó un agitador, y la agitación se continuó durante alrededor de 1 hora hasta que la pulpa quedara disuelta. La solución de acetato resultante fue mantenida a aproximadamente 120°C, y alimentada a una cabeza de soplado por fusión de laboratorio de 20 orificios. El diámetro en el orificio de la porción de boquilla fue de 400 µm y su longitud de aproximadamente 2.0 mm, proveyendo una relación de L/D de 5. Un capilar coaxial removible localizado inmediatamente arriba del orificio tenía 626 µm de diámetro y 20 mm de longitud, proveyendo una relación de L/D de 32. El ángulo incluido de la zona de transición entre el orificio y el capilar fue de aproximadamente 118°. Los orificios de distribución de aire eran ranuras paralelas, estando la abertura del orificio localizada equidistante entre los mismos. El ancho del espacio de aire era de 250 µm, y el ancho total en el extremo de la tobera era de 1 mm. El ángulo entre las ranuras de aire y la línea central del capilar y la boquilla, fue de 30°. La solución de acetato fue alimentada a la cabeza de extrusión mediante una bomba de pistones de desplazamiento positivo accionada por gusano. La velocidad del aire fue medida con un instrumento de alambre caliente como 3660 m/min. El aire fue calentado dentro de la cabeza de extrusión eléctricamente calentada a 60-70°C en el punto de descarga. La temperatura dentro del capilar sin solución de acetato presente, varió de alrededor de 80°C en el extremo de entrada, a aproximadamente 130°C poco antes de la salida de la porción de boquilla. No fue posible medir la temperatura de la solución de acetato en el capilar y la boquilla bajo las condiciones de operación. Cuando se establecieron condiciones de realización en equilibrio, se formó una fibra continua a partir de cada una de las soluciones de acetato. Se hicieron variar un poco los rendimientos en un intento por obtener diámetros de fibra similares con cada solución de acetato, pero todos fueron mayores de aproximadamente 0.6 g de solución de acetato por minuto por agujero. Los diámetros de las fibras variaron entre aproximadamente 9-14 µm a condiciones de realización óptimas. Un rocío de agua fino fue dirigido sobre la fibra descendente en un punto a aproximadamente 200 mm abajo de la cabeza de extrusión, y la fibra fue recogida en un rodillo en operación con una velocidad de superficie de aproximadamente 1/4 la velocidad lineal de la fibra descendente. No se pudo formar una fibra continua en la escala de denier del algodón cuando la sección capilar de la cabeza fue removida. El capilar parece ser muy importante para la formación de fibras continuas y en la reducción del hinchamiento del dado. Se entenderá que el denier de las fibras depende de muchos factores controlables. Entre estos, están el contenido de sólidos de la solución, la presión de disolución y la temperatura en la cabeza del extrusor, el diámetro de los orificios, la presión atmosférica y otras variables bien conocidas por los expertos en la tecnología de soplado por fusión. Fibras de lyocell que tienen deniers en la escala de fibras de algodón (aproximadamente 10-20 µm de diámetro), fueron fácilmente y consistentemente producidas mediante soplado por fusión a velocidades de rendimiento mayores de alrededor de 0.6 g/min de solución de acetato por orificio.

EJEMPLO COMPARATIVO 1 Preparación de fibras para fibras de lyocell de TITK para su uso en el cálculo del coeficiente de variabilidad a lo largo de la longitud de la fibra Fibras de TITK fueron fabricadas por Thuringisches Instituí fur Textil und Kunstoff Forschunge V., Breitscheidstr. 97, D-07407 Rudolstadt, Alemania (TITK). Se preparó solución de acetato a partir de pulpa tratada con ácido (contenido de hemicelulosa de 13.5% y grado de polimerización de celulosa promedio de 600). La pulpa tratada fue disuelta en NMMO a 95°C durante aproximadamente 2 horas, con una concentración de celulosa de 13.0% (en peso), e hilada en fibras mediante un procedimiento de chorro húmedo/en seco que estira continuamente las fibras como se describe en la patente de E.U.A. No. 5,417,909, incorporada en la presente como referencia.

EJEMPLO COMPARATIVO 2 Preparación de fibras para fibras Tencel v Tencel A-100 para su uso en el cálculo del coeficiente de variabilidad a lo largo de la longitud de la fibra Las fibras Tencel están en general, disponibles comercialmente. Sin embargo, las muestras usadas en este ejemplo se obtuvieron de Acoridis y del International Textile Center (ITC) en la Texas Tech University. Se obtuvo Tencel A-100 de Acoridis (Reino Unido).

EJEMPLO 8 Cálculo del coeficiente de variabilidad a lo largo de la longitud de la fibra Una o más muestras de fibras fueron seleccionadas aleatoriamente de cada una de las poblaciones relevantes de muestras de fibras producidas u obtenidas mediante los métodos descritos en los ejemplos 5 a 7 y los ejemplos comparativos 1 y 2 anteriores. Las fibras fueron cortadas a aproximadamente 5.08 cm o menos. Se tomaron no menos de 200 lecturas de cada una de las muestras de fibras cortadas individuales. Se usó un microscopio óptico para determinar el diámetro de las muestras de fibras individuales. De preferencia, el microscopio es adaptado con una pieza ocular que tiene una escala lineal para leer el diámetro de las fibras. Se usó una potencia de aumento de 1060X para determinar con precisión el diámetro. Se hizo la lectura del diámetro casi cada 0.0254 cm a lo largo de la fibra. El diámetro es una medida de la fibra de un lado de la fibra al lado opuesto. El diámetro promedio se calculó entonces como la suma de todas las lecturas de diámetro dividida entre el número de lecturas. Se calculó entonces la desviación estándar del promedio para cada lectura individual. Se calculó entonces el coeficiente de variabilidad (CV) como la suma de todas las desviaciones estándar, dividida entre el diámetro promedio. Esta cifra se multiplicó por cien para llegar a un por ciento. Los resultados de la determinación del CV se muestran en el cuadro 3. A partir de los datos presentados en el cuadro 3, las fibras que exhiben el CV más alto de aproximadamente 25.4%, fueron fibras hiladas por centrifugación, que tienen un diámetro promedio de alrededor de 11.5 mieras. El valor de CV más alto para una fibra soplada por fusión puesta a prueba fue de aproximadamente 14.8%, con un diámetro de alrededor de 24.9 mieras. Las fibras sopladas por fusión que tienen un diámetro promedio entre la escala de aproximadamente 13 a 14 mieras, dieron valores de CV de alrededor de 13.6 y 13.7%. Comparativamente, las fibras sopladas por fusión de diámetro grande y pequeño mostraron CV's relativamente menores. Las fibras de TITK estiradas continuamente, tuvieron valores de CV en la escala de alrededor de 5.4% a 6.1%. Las fibras Tencel y Tencel A-100 estiradas continuamente, tuvieron valores de CV de aproximadamente 5.2% y 5.9%, respectivamente. Sin embargo, lo que es importante destacar, las fibras sopladas por fusión y las fibras hiladas por centrifugación tuvieron CV's mayores cuando se compararon con las fibras de lyocell obtenidas mediante procedimientos de estiramiento continuo.

CUADRO 3 Variabilidad del diámetro a lo largo de la longitud de la fibra 1 Ejemplo comparativo, no una ilustración de la presente invención.

Aunque se ha ilustrado y descrito la modalidad preferida de la invención, se apreciará que se pueden hacer varios cambios en la misma sin apartarse del espíritu y el alcance de la presente invención. Las modalidades de la invención en las cuales una propiedad o privilegio exclusivo se reclama, se definen de la siguiente manera:

Claims (14)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Fibras de lyocell, caracterizadas por una mayor variabilidad en diámetro en sección transversal y configuración en sección transversal a lo largo de la longitud de la fibra, en comparación con la variabilidad en diámetro en sección transversal y configuración en sección transversal a lo largo de la longitud de la fibra de fibras de lyocell producidas mediante un procedimiento de estiramiento continuo.

2.- Las fibras de lyocell de conformidad con la reivindicación 1, caracterizadas además porque la fibra comprende una mezcla de diámetros con por lo menos una porción de dichas fibras siendo menor de aproximadamente 1 denier.

3.- Un filamento hilado, caracterizado porque comprende una multiplicidad de las fibras de conformidad con la reivindicación 1.

4.- Las fibras de lyocell de conformidad con la reivindicación 1, caracterizadas además por una tendencia muy reducida a fibrilar bajo condiciones de abrasión en húmedo y mediante receptividad de colorantes mejorada.

5.- Las fibras de lyocell de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizadas además porque son individualizadas y esencialmente continuas.

6.- Las fibras de lyocell de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizadas además porque una porción de las fibras tiene un diámetro promedio de por lo menos aproximadamente 5.5 mieras.

7.- Las fibras de lyocell de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizadas además porque una porción de las fibras tiene un coeficiente de variabilidad de por lo menos aproximadamente 6.5%.

8.- Las fibras de lyocell de conformidad con la reivindicación 7, caracterizadas además porque una porción de las fibras tiene un coeficiente de variabilidad de por lo menos aproximadamente 7.0%.

9.- Las fibras de lyocell de conformidad con la reivindicación 8, caracterizadas además porque una porción de las fibras tiene un coeficiente de variabilidad de por lo menos 10%.

10.- Las fibras de lyocell de conformidad con la reivindicación 7, caracterizadas además porque las fibras son sopladas por fusión.

11.- Las fibras de lyocell de conformidad con la reivindicación 10, caracterizadas además porque una porción de las fibras tiene un coeficiente de variabilidad de por lo menos aproximadamente

12.6%. 12.- Las fibras de lyocell de conformidad con la reivindicación 7, caracterizadas además porque las fibras son hiladas por centrifugación.

13.- Las fibras de lyocell de conformidad con la reivindicación 12, caracterizadas además porque una porción de las fibras tiene un coeficiente de variabilidad de por lo menos aproximadamente 10.9%.

14.- Las fibras de lyocell de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizadas además porque una porción de las fibras tiene un coeficiente de variabilidad en la escala de alrededor de 6.5% a aproximadamente 25.4%.