ES2198717T3 - Procedimiento para la produccion de fibras de celulosa. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION ESTA RELACIONADA CON UN PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACION DE FIBRAS CELULOSICAS DEL TIPO LIOCELL MEDIANTE LA TRANSFORMACION DE UNA SOLUCION HILABLE DE CELULOSA EN UN OXIDO DE AMINA ACUOSO TERCIARIO DESPUES DEL PROCEDIMIENTO DE HILADO EN SECO/MOJADO, QUE ESTA CARACTERIZADO PORQUE PARA EL HILADO SE EMPLEA UNA SOLUCION QUE PRESENTA UNA MASA DE ENTRE 0,05 Y 0,70% REFERIDO A LA MASA DE LA SOLUCION, DE CELULOSA CON UN PESO MOLECULAR DE, COMO MINIMO, 5X10 5 . EL PROCEDIMIENTO SEGUN LA INVENCION PERMITE LA UTILIZACION DE UNA TOBERA DE HILAR, QUE POSEE MAS DE 10.000 ORIFICIOS DE HILADO QUE SE DISPONEN DE MANERA QUE LOS ORIFICIOS DE HILADO ADYACENTES DISTAN, COMO MAXIMO, 3 MM ENTRE SI Y DE MANERA QUE LA DENSIDAD LINEAL DE LOS ORIFICIOS DE HILADO ASCIENDE, COMO MINIMO, A 20.

Description

Procedimiento para la producción de fibras de celulosa.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la preparación de fibras de celulosa del género Lyocell mediante la elaboración de una disolución de celulosa susceptible a hilatura en un óxido de amina terciaria disuelto en agua de acuerdo con el procedimiento de hilatura seco/húmedo.

Como alternativa a los procedimientos viscosos, se ha descrito en los últimos años un gran número de procedimientos en los cuales la celulosa se disuelve sin la formación de un derivado en un disolvente orgánico, una combinación de un disolvente orgánico con una sal inorgánica o en disoluciones salinas disuelto en agua. Las fibras de celulosa que se preparan a partir de tales disoluciones recibieron por la BISFA (The International Bureau for the Standardisation of man made fibres - La Oficina Internacional para la Estandarización de fibras de fabricación humana) la denominación compartida de género Lyocell. La BISFA define como Lyocell una fibra de celulosa que resulta de un procedimiento de hilatura a partir de un disolvente orgánico. Como ``disolvente orgánico'' entiende la BISFA una mezcla de un producto orgánico y agua.

Sin embargo, hasta hoy sólo se ha establecido hasta la realización industrial un único procedimiento para la preparación de fibras de celulosa del género Lyocell, en concreto el procedimiento del óxido de amina. En este procedimiento se utiliza preferentemente como disolvente N-metilmorfolina-N-óxido (NMMO). Para los objetos de la presente invención se utilizará en sustitución del concepto ``óxido de amina terciaria'' la apócope ``NMMO'', donde NMMO corresponde adicionalmente al N-metilmorfolin-N-óxido utilizado preferentemente en la actualidad.

Los óxidos de amina terciarios se conocen ya desde hace tiempo como disolventes alternativos de la celulosa. En las patentes US-PS 2,179,181 se describe por ejemplo que los óxidos de amina terciaria permiten disolver celulosa química de alto valor sin derivatizarla y que a partir de estas disoluciones pueden obtenerse formas moldeadas de celulosa, como por ejemplo fibras, mediante precipitación. En las patentes US-PS 3,447,939, 3,447,956 y 3,508,941 se describen procedimientos adicionales para la preparación de disoluciones de celulosa, donde se utilizan preferentemente óxidos de amina cíclicos como disolvente. En todos estos procedimientos se disuelve la celulosa físicamente a elevadas temperaturas.

En la solicitud de patente EP-A-0 356 419 de la solicitante se describe un procedimiento, que se lleva a cabo preferentemente en un aparato de tratamiento de capa fina, en el cual se transporta una suspensión de la celulosa desmenuzada en un óxido de amina terciaria disuelto en agua en forma de una capa fina extendida sobre una superficie de calefacción, donde se expone la superficie superior de esta capa fina al vacío. Durante el transporte de la suspensión sobre la superficie de calefacción se evapora agua y la celulosa puede disolverse, de manera que se distribuye una disolución de celulosa susceptible a hilatura del extrusionadora en film.

Por ejemplo, en la solicitud de patente US-A- 4 246 221 se describe un procedimiento para hilar disoluciones de celulosa. Según este procedimiento se extrusiona la disolución de hilatura a través de una hilera en filamentos o hilos, los cuales se conducen a través de un entrehierro a un baño de precipitación, en el cual se precipita la celulosa. En el entrehierro se estiran los filamentos, de manera que se pueda conferir a las fibras las propiedades físicas apropiadas, como por ejemplo una mayor resistencia. Mediante la precipitación de la celulosa en el baño de precipitación se fijan estas propiedades físicas, de manera que no es necesario ningún estiramiento adicional. Este procedimiento se conoce en general como procedimiento de hilatura seco/húmedo.

Según la solicitud de patente US-A- 4 144 080 los filamentos recién hilados pueden enfriarse en el entrehierro. Adicionalmente se propone rociar la superficie superior de los filamentos con un agente de precipitación, para disminuir el peligro de que los filamentos se aglutinen entre ellos. Sin embargo, un rociamiento de este tipo tiene la desventaja de que la celulosa precipita en la superficie superior del filamento, de manera que se hace más difícil ajustar las propiedades de las fibras mediante estiramiento.

La solicitud de patente EP-A- 0 648 808 describe un procedimiento para modelar una disolución de celulosa, donde los componentes de celulosa de la disolución contienen como primer componente una celulosa con un grado de polimerización medio (DP) de 500 a 2000 y como segundo componente una celulosa con un DP menor que el 90% del DP del primer componente en el rango de 350 a 900. La relación en peso del primer componente respecto al segundo debe ser de 95:5 a 50:50.

La patente WO 93/19230 de la solicitante mejora el procedimiento de hilatura seco/húmedo y aumenta su productividad. Esto se realiza mediante un determinado insuflado con un gas de refrigeración inerte, teniendo lugar la refrigeración directamente dentro de la hilera. De esta manera es posible reducir intensamente la capacidad aglutinante de los hilos recién extruídos y de esta manera hilar cortinas de hilo más gruesos, es decir, utilizar una hilera con una densidad de orificios mayor, en concreto hasta 1,4 orificios/mm^{2}, de manera que puede aumentarse de forma natural la productividad del procedimiento de hilatura seco/húmedo en grado considerable. Para enfriar los hilos recién extruídos se utiliza aire que presenta una temperatura entre –6ºC y +24ºC.

La patente WO 95/02082 de la solicitante describe de la misma manera un procedimiento de hilatura seco/húmedo. En este procedimiento se utiliza aire de refrigeración que posee una temperatura entre 10ºC y 60ºC. La humedad del aire de refrigeración se encuentra por kilogramo entre 20 g de H_{2}O y 40 g de H_{2}O.

Las patentes WO 95/01470 y WO 95/04173 de la solicitante describen procedimientos de hilatura, en los cuales se utiliza una hilera con una densidad de orificio de 1,59 orificios/mm^{2} y una hilera con 15048 orificios en total, respectivamente. El aire de refrigeración presenta en ambos casos una temperatura de 21ºC.

La patente WO 94/28218 propone la utilización muy general de hileras con 300 a 100.000 orificios. La temperatura del aire de refrigeración se encuentra entre 0ºC y 50ºC. El experto en la técnica puede deducir a partir de esta bibliografía que la humedad se encuentra entre 5,5 g de H_{2}O y 7,5 g de H_{2}O por kilogramo. De esta manera se consigue un ambiente relativamente seco en el entrehierro.

La patente WO 96/17118 trata también sobre el ambiente en el entrehierro, constatándose que el ambiente debe ser lo más seco posible, en particular de 0,1 g de H_{2}O hasta 7 g de H_{2}O por kilogramo de aire, para una humedad relativa menor que el 85%. Como temperatura para el aire de refrigeración se propone de 6ºC a 40ºC. El experto en la técnica deduce a partir de esta bibliografía que el ambiente debe mantenerse lo más seco posible durante la hilatura.

Esto mismo se deduce también a partir de la patente WO 96/18760, que propone una temperatura de entrehierro entre 10ºC y 37ºC y una humedad relativa del 8,2% al 19,3%, lo cual significa de 1 g de H_{2}O a 7,5 g de H_{2}O por kilogramo de aire.

La patente WO 96/20300 de la solicitante describe entre otras cosas la utilización de una hilera con 28392 orificios de hilatura. El aire en el entrehierro muestra una temperatura de 12ºC y una humedad de 5 g de H_{2}O por kilogramo de aire. A partir de esta bibliografía se deduce también la tendencia a mantener el ambiente en el entrehierro más bien seco y fresco, en particular en la utilización de una hilera con un número de orificios de hilatura muy elevado, y también en la hilatura de una cortina de hilos relativamente gruesa.

La patente WO 96/21758 trata de la misma manera del ambiente a graduar en el entrehierro, proponiéndose una segunda etapa de insuflado con un aire de refrigeración diferente y se insufla la parte superior del entrehierro con aire menos húmedo y fresco.

Una desventaja de la utilización de aire menos húmedo es que un aire de este tipo sólo puede condicionarse de forma costosa. La inversión técnica necesaria para preparar aire de refrigeración con baja humedad en grandes cantidades para el procedimiento de óxido de amina, es considerable.

Adicionalmente se ha puesto de manifiesto que el aire de refrigeración se calienta progresivamente y se vuelve cada vez más húmedo durante su paso a través de la cortina de hilos, dado que las fibras recién extruídas que abandonan la hilera presentan una temperatura mayor que 100ºC y un contenido disuelto en agua de aproximadamente 10%. La solicitante ha constatado ahora que esta progresiva toma de agua en cortinas de hilos muy gruesas puede llevar a que el ambiente requerido sólo pueda ajustarse más mediante dispositivos de insuflado costosos técnicamente y que sin estos dispositivos no pueda aumentarse más el grosor del hilo.

Es objeto de la invención, eliminar esta desventaja y poner a punto un procedimiento para la preparación de fibras de celulosa del género Lyocell mediante la elaboración de una disolución susceptible a hilatura de celulosa en un óxido de amina terciaria disuelto en agua de acuerdo con el procedimiento de hilatura seco/húmedo, donde pueda hilarse una cortina de hilos gruesa y sin embargo el aire de insuflado no tenga que estar seco. A pesar de estas ventajas, el procedimiento debe poder llevarse a cabo con una buena capacidad de hilatura, donde la capacidad de hilatura será mejor cuanto menor sea el calibre mínimo alcanzable (ver más abajo).

Este objeto se consigue en un procedimiento del tipo definido más arriba, mediante la utilización de una disolución para hilatura que presente entre un 0,05% en masa y un 0,70% en masa, en particular entre un 0,10% y un 0,55% en masa y preferentemente entre un 0,15% y un 0,45% en masa, respecto a la masa de la disolución, de celulosa y/u otro polímero con un peso molecular de 5x10^{5} (= 500.000) como mínimo.

El peso molecular se determina mediante los procedimientos cromatográficos descritos más abajo. Para los objetos de la presente invención se designará como moléculas de cadena larga moléculas de celulosa u otras moléculas poliméricas, que produzcan señales correspondientes a un peso molecular de 5x10^{5} como mínimo, mediante los procedimientos cromatográficos descritos más abajo.

La invención se basa en el conocimiento de que la presencia de moléculas de celulosa de cadena larga y/u otros polímeros en la disolución de hilatura en el rango de concentraciones indicado mejora el comportamiento de hilatura de manera que puede utilizarse aire de insuflado que no necesita estar seco. Esto significa que se proporciona una buena capacidad de hilatura también para el insuflado de cortinas de hilos muy gruesas, incluso en aquellas zonas de la cortina de hilo que están situadas más hacia fuera en la dirección de insuflado y que por lo tanto sólo pueden alcanzarse mediante aire de insuflado ``usado'', es decir, considerablemente caliente y húmedo.

Es substancial para la invención que el contenido indicado en moléculas de celulosa de cadena larga en la disolución de hilatura esté presente inmediatamente antes de la hilatura. Dado que las cadenas de celulosa se desintegran gradualmente en una disolución de hilatura, como es sabido, debe preverse por tanto, ya durante la preparación de la disolución de hilatura, que la proporción de moléculas de cadena larga sea lo suficientemente alto como para que la desintegración de celulosa en el período de tiempo desde la preparación de la disolución de hilatura hasta su hilatura no sea tan grande para que se rebase por debajo la concentración mínima según la invención del 0,05% en masa.

Por otro lado, sin embargo, la capacidad de hilatura empeora considerablemente cuando la concentración en moléculas de cadena larga se encuentra sobre el 0,70% en masa. Esto es válido para una hilatura con aire de insuflado tanto húmedo como seco.

En el procedimiento según la invención se emplean preferentemente mezclas de celulosa que presentan en la disolución de hilatura el contenido indicado en moléculas de cadena larga.

También se muestra a este respecto, de forma sorprendente, que durante la hilatura de una disolución de hilatura que contiene dicha mezcla de celulosa, se obtienen fibras con un bajo declive de fibrilación. Este efecto aumenta aún más al aumentar el contenido en humedad del aire en el entrehierro.

Como óxido de amina terciaria ha dado los mejores resultados el N-metil-morfolin-N-óxido.

La invención se refiere también a la utilización de una disolución susceptible a hilatura de celulosa en un óxido de amina terciaria disuelto en agua, cuya disolución presenta entre el 0,05% en masa y el 0,70% en masa, en particular entre el 0,10% y el 0,55% en masa, y preferentemente entre el 0,15% y el 0,45% en masa, respecto a la masa de la disolución, de celulosa con un peso molecular de 5x10^{5} como mínimo, para la preparación de fibras de celulosa con un calibre de 1 dtex como máximo.

La invención se refiere también a una fibra de celulosa del género Lyocell, caracterizada por poderse obtener mediante el procedimiento de la invención y que presenta una proporción de celulosa con un peso molecular de 5x10^{5} como mínimo, entre el 0,25% y el 7,0% en masa, en particular entre el 1,0% y el 3,0% en masa, respecto a la masa de la fibra de celulosa.

Preferentemente la fibra según la invención se caracteriza por presentar un calibre de 1 dtex como máximo.

Fibras Lyocell con un calibre de 1 dtex o menos se mencionan en la patente WO 96/13071, WO 97/35054 y

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WO 98/07911.

Otra forma de realización preferida de la fibra según la invención es la fibra discontinua.

La invención se refiere además a un procedimiento para la preparación de fibras de celulosa del género Lyocell mediante la elaboración de una disolución de celulosa susceptible a hilatura en un óxido de amina terciaria disuelto en agua de acuerdo con el procedimiento de hilatura seco/húmedo, caracterizado por el hecho de que

(1) se utiliza una disolución para hilatura que presenta una proporción de celulosa con un peso molecular de 5x10^{5} como mínimo, entre un 0,05% en masa y un 0,70% en masa, en particular entre un 0,10% y un 0,55% en masa y preferentemente entre un 0,15% y un 0,45% en masa, respecto a la masa de la disolución,

(2) se utiliza una hilera para hilatura, la cual posee más de 10.000 orificios de hilatura, los cuales se disponen de tal manera que los orificios de hilatura vecinos estén separados como máximo 3 mm entre ellos y que la densidad lineal de los orificios de hilatura sea como mínimo 20.

El concepto ``densidad lineal'' es una densidad crítica definida por la solicitante y da el número de fibras por milímetro de cortina de fibras que atraviesa el aire de insuflado. Se puede calcular la densidad lineal, dividiendo el número total de orificios de hilatura de la hilera por la denominada superficie anström (en mm^{2}) y multiplicando por la longitud del entrehierro (en mm). La ``superficie anström'' es la superficie que se encuentra en ángulo recto respecto la superficie superior del baño de hilatura, la cual se despliega a través del entrehierro (en mm) y a través de la primera línea de filamentos que alcanza el gas de insuflado, y la correspondiente ``línea de orificios'' de la hilera, y la línea formada a su través (longitud total en mm). Como aclaración se remite a la Fig. 3 adjunta.

La Figura 3 muestra esquemáticamente una hilera rectangular 1 con orificios de hilatura 2, a partir de los cuales se extrusionan los filamentos 3. La longitud del entrehierro se designa como ``1''. Los filamentos 3 se introducen en el baño de precipitación (no representado) después de pasar el entrehierro. En la Fig. 3 sólo se dibujan de forma manifiesta los filamentos en el entrehierro.

La superficie Anström es el producto matemático de la longitud del entrehierro ``1'' y la densidad ``b'' de la primera línea de filamentos. La densidad lineal se obtiene entonces mediante la siguiente relación matemática: Densidad \; lineal \; (mm) = \frac{Orificios \; de \; hilatura \; de \; la \; hilera}{Superficie \; Anstr\ddot{o}m \; mm^{2}} \; x \; Entrehierro

A continuación se describe con mayor detalle la invención.

1. Procedimiento general para la determinación del perfil de peso molecular de celulosas

El perfil de peso molecular de una celulosa puede obtenerse mediante cromatografía de permeación en gel (GPC), representándose en un diagrama la ``Fracción en peso diferencial'' en [%] como ordenada en función del peso molecular [g/mol; representación logarítmica].

La altura ``Fracción en Peso Diferencial'' describe el porcentaje de frecuencia de la fracción de masa molecular.

Para el análisis mediante GPC se disuelve la celulosa en dimetilacetamida/LiCl y se cromatografía. Se detecta mediante la medición del calibre de ruptura y la llamada medición ``MALLS'' - (= Scattering de radiación láser multiángulo) (Bomba HPLC: casa comercial Kontron; colector de muestras: HP 1050; casa comercial Hewlett Packard; medio cromatográfico: 9 g LiCl/L DMAC; Detector IR: Tipo F511, casa comercial ERC; longitud de onda láser: 488 nm; incremento dn/dc: 1,36 ml/g; software de análisis: Astra 3d, Versión 4.2, casa Wyatt; columna: 4 piezas de columna, 300 mm x 7,5 mm, material de relleno: PL Gel 20 \mu - Mixed A, casa comercial laboratorios Polymer; concentración de muestra: 1 g/l medio cromatográfico; volumen de inyección: 40 \mul, velocidad de flujo: 1 ml/min.

El aparato de medida se calibra mediante los métodos habituales del experto en la técnica.

El análisis de la señal se efectúa por Zimm, donde la fórmula Zimm debe introducirse eventualmente en el software de análisis.

1.1 Perfil de peso molecular de las celulosas

En la Figura 1a se representa a modo de ejemplo el perfil de peso molecular para la celulosa Viscokraft LV (Fabricante: International Paper). El diagrama de la Fig. 1a muestra que esta celulosa consta en una gran parte de moléculas con un peso molecular de aproximadamente 100.000 y que esta celulosa no posee prácticamente ningún porcentaje (aproximadamente el 0,2%) con un peso molecular mayor que 500.000. Una disolución de celulosa al 15% exclusivamente de esta celulosa (véase más abajo el fabricante) en un óxido de amina disuelto en agua (= masa de hilatura) no corresponde por tanto a la que se utiliza según la invención.

A modo comparativo, la Fig. 1b muestra el perfil de peso molecular de la celulosa Alistaple LD 9.2 (Fabricante: Western Pulp). Para esta celulosa se encuentra un máximo de frecuencia de masa molecular en aproximadamente 200.000 y además el diagrama muestra que esta celulosa posee un gran porcentaje (aproximadamente el 25%) de moléculas con un peso molecular mayor que 500.000. Una masa de hilatura que contiene exclusivamente una celulosa de este tipo en un 15% en masa, posee aproximadamente un 4% (respecto a la masa de la disolución; no se tiene en cuenta la desintegración durante la preparación de la disolución) de moléculas de celulosa con un peso molecular mayor que 500.000 y por tanto tampoco corresponde a la utilizada según la invención.

La Figura 1c muestra el perfil de peso molecular de una mezcla de celulosa a partir de un 70% de Viscokraft LV y un 30% de Alistaple LD 9.2. Para esta mezcla de celulosa el máximo se encuentra alrededor de 100.000 y además el diagrama muestra que esta mezcla de celulosa posee un porcentaje en moléculas con un peso molecular mayor que 500.000 de aproximadamente el 7%.

Una masa de hilatura que contiene un 15% de esta mezcla contendría -no teniendo en cuenta la desintegración de las moléculas durante la preparación de la disolución- aproximadamente un 1% (respecto a la masa de la disolución) de moléculas de celulosa con un peso molecular mayor que 500.000. Sin embargo, tal y como se ha mencionado más arriba, las moléculas de celulosa están sometidas a una desintegración durante la disolución en el óxido de amina disuelto en agua, de manera que el contenido en moléculas de cadena larga disminuye y que una masa de hilatura que se ha preparado a partir de la mezcla mencionada, muestra un porcentaje significativamente menor de estas moléculas de cadena larga. Esto se muestra en la Fig. 1d, que representa el perfil de peso molecular, ajustado mediante GPC, de la celulosa precipitada a partir de la masa de hilatura inmediatamente antes de la hilatura. Esta masa de hilatura que representa la disolución de celulosa inmediatamente antes de la hilatura, contiene más moléculas de cadena larga sólo en un 0,4% en masa y por lo tanto es una disolución de celulosa susceptible a utilización según la invención.

Una celulosa del tipo Solucell 400 (Fabricante: Bacell SA, Brasil), también muestra una distribución de pesos moleculares que es apropiada para la preparación de una disolución de celulosa según la invención.

2. Preparación de la masa de hilatura (disolución susceptible a hilatura de celulosa en un óxido de amina terciaria disuelto en agua)

La celulosa desmenuzada, es decir, una mezcla de celulosas desmenuzadas, se suspende en un NMMO al 50% disuelto en agua, se introduce en un amasador (Tipo: IKA-Laborkneter HKD-T; Fabricante: IKA-Labortechnik) y se deja impregnar durante una hora. Finalmente se evapora calentando el amasador con un medio de calentamiento atemperado a 130ºC y disminuyendo la presión de agua, hasta que la celulosa se haya disuelto completamente.

3. Hilatura de la disolución y determinación de la velocidad de extracción máxima, es decir, del calibre mínimo (capacidad de hilatura)

Como aparato de hilatura se utilizará un aparato de índice de fusión común para el tratamiento de plástico de la compañía Davenport. Este aparato consta de un cilindro de acero susceptible a calentamiento y de temperatura regulable, en el cual se introduce la masa de hilatura. La masa de hilatura se extrusiona a través de la hilera colocada en la cara inferior del cilindro de acero, la cual muestra un orificio con un diámetro de 100 \mum, mediante un pistón que se carga con un peso.

Para el experimento, la masa de celulosa colocada en el aparato de hilatura (contenido en celulosa: 15%) se extrusiona a través del orificio de hilatura y se conduce sobre un entrehierro con una longitud de 3 cm en un baño de precipitación acuoso, se cambia de dirección, se extrae sobre una nesga, que se dispone detrás del baño de precipitación y se estira a su través. La salida de masa de hilatura a través de la hilera es de 0,030 g/min. La temperatura de hilatura es de 80ºC a 120ºC.

Para simular el comportamiento de hilatura se tomará el mínimo calibre susceptible a hilatura. Para ello se calcula la máxima velocidad de extracción (m/min) aumentándose la velocidad de extracción hasta que arranca el hilo. Esta velocidad se anota y se toma para el cálculo del calibre mediante la fórmula que se indica más abajo. Cuanto mayor es este valor, mejor es el comportamiento de hilatura así como la capacidad de hilatura.

El calibre obtenido para la máxima velocidad de extracción, se calcula mediante la fórmula general siguiente: Calibre \; (dtex) = \frac{1,21 \; x \; K \; x \; A \; x \; 100}{G \; x \; L} Donde K es la concentración de celulosa en % en masa, A la salida de masa de hilatura en g/minuto, g es la velocidad de extracción en m/minuto y L es el número de orificios de hilatura de la hilera. Para los siguientes ejemplos la concentración de celulosa es del 15%, A es = 0,030 g/minuto y L es = 1.

4. Insuflado en el entrehierro

El insuflado de los filamentos en el entrehierro tuvo lugar a lo largo de su longitud total y en ángulo recto hacia los mismos. La humedad del aire se ajustó mediante un termostato.

5. Comportamiento de hilatura de las disoluciones de celulosa 5.1. Disoluciones de celulosa que presentan una baja proporción (< 0,05% en masa) de moléculas de cadena larga

Según las indicaciones de trabajo descritas más arriba se preparó una masa de hilatura a partir de la celulosa Viscokraft LV (Fabricante: International Paper Corp.), cuyo perfil de peso molecular se representa en la Fig. 1a, y se hiló a diferentes valores de humedad en el entrehierro, calculándose la velocidad de extracción máxima así como el mínimo calibre susceptible a hilatura. Los resultados se indican en la Tabla 1.

En la Tabla 1 ``Temp.'' se refiere a la temperatura de la masa de hilatura en ºC, ``Humedad'' a la humedad del aire en el entrehierro en g agua/kg aire, y ``máx. vel. Extracc.'' se refiere a la velocidad de extracción máxima en m/minuto. El calibre se calculó mediante las fórmulas indicadas más arriba y tiene como unidad dtex.

TABLA 1

\dotable{\tabskip\tabcolsep\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 Celulosa Viscokraft LV \+ Temp. \+ Humedad \+ Máx. vel. extracc. \+
Calibre\cr  '' \+ 115 \+ 0 \+ 176 \+ 0,31\cr  '' \+ 115 \+ 20 \+ 99
\+ 0,55\cr  '' \+ 115 \+ 48 \+ 63 \+ 0,86\cr  '' \+ 120 \+ 0 \+ 170
\+ 0,32\cr  '' \+ 120 \+ 22 \+ 83 \+ 0,66\cr  '' \+ 120 \+ 47 \+ 52
\+
1,05\cr}

Los resultados representados en la Tabla 1 muestran que la velocidad de extracción máxima y el calibre mínimo disminuye y aumenta, respectivamente, al aumentar la humedad. Esto significa que la capacidad de hilatura de una disolución de esta celulosa, que prácticamente no muestra proporción de cadena larga, empeora al aumentar la humedad en el entrehierro.

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5.2. Disoluciones de celulosa que presentan una proporción de moléculas de cadena larga demasiado alta

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(> 0,70 % en masa)

Según las indicaciones de trabajo descritas más arriba, se preparó una masa de hilatura a partir de la celulosa Alistaple LD 9.2 (Fabricante: Western Pulp), cuyo perfil de pesos moleculares se representa en la Fig. 1b, y se hiló a diferentes valores de humedad en el entrehierro, calculándose la velocidad de extracción máxima y el mínimo calibre susceptible a hilatura. Se obtuvo el resultado contrario: la capacidad de hilatura era algo mejor a valores de humedad más altos en el entrehierro que a valores de humedad más bajos. Sin embargo, la capacidad de hilatura de dichas masas de hilatura es a fin de cuentas claramente peor, tal y como se observa teniendo en cuenta el calibre mínimo, dado que ya contienen una proporción demasiado alta de componentes de peso molecular elevado.

5.3. Comportamiento de hilatura de disoluciones de celulosa con diferentes proporciones de moléculas de cadena larga

Según las indicaciones de trabajo descritas más arriba, se preparó una masa de hilatura al 15% en masa a partir de una mezcla con un 30% de Alistaple LD 9.2 y un 70% de Viscokraft LV. La mezcla de celulosas muestra inmediatamente antes de la hilatura una distribución de pesos moleculares tal y como se indica en la fig. 1d. La masa de hilatura se hiló a una temperatura de 120ºC a diferentes valores de humedad en el entrehierro. El resultado de este experimento se indica en la Tabla 2 presentada a continuación:

TABLA 2

\dotable{\tabskip\tabcolsep\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 Mezcla de celulosas \+ Humedad \+ Máx.vel.extr. \+ Calibre\cr 
(Alistaple/Viscokraft)\+\+\+\cr  30/70 \+ 30 \+ 116 \+ 0,47\cr 
30/70 \+ 50 \+ 118 \+ 0,46\cr  30/70 \+ 70 \+ 127 \+
0,43\cr}

Se observa claramente en la tabla, que a diferencia de una masa de hilatura con un 15% de la celulosa Viscokraft no se obtiene un empeoramiento del mínimo calibre alcanzable, sino que de hecho se consigue una ligera mejora. Sin embargo, en comparación con una masa de hilatura con un 15% de la celulosa Alistaple, pueden lograrse calibres claramente más bajos. Además también se observa que la capacidad de hilatura de esta masa de hilatura según la invención es relativamente independiente del ambiente en el entrehierro.

En numerosos experimentos de hilatura, en los cuales se utilizaron estas mezclas de celulosa o similares y a partir de las cuales se obtuvieron disoluciones de hilatura con la composición según la invención, la solicitante también ha constatado que el declive de fibrilación de las fibras preparadas se reduce respecto las fibras no preparadas según la invención. Además, durante la hilatura de disoluciones de hilatura según la invención, al aumentar la humedad en el entrehierro se reduce aún más el declive de fibrilación de las fibras preparadas.

La Fig. 2 muestra el comportamiento de hilatura de disoluciones de celulosa con proporciones variables de moléculas de cadena larga, donde se indica como ordenada el calibre mínimo (dtex) y como abcisa la concentración de moléculas de celulosa con un peso molecular de 500.000 como mínimo, en cada disolución de celulosa. Las concentraciones se determinaron inmediatamente antes de la hilatura.

La proporción de moléculas de cadena larga se ajustó mezclando las cantidades correspondientes de Alistaple LD 9.2 con Viscokraft LV. La concentración de celulosa era en todos los casos del 15% en masa.

A partir de la fig. 2 puede deducirse:

-

que existe una relación entre capacidad de hilatura y concentración de moléculas de cadena larga;

-

que en presencia de aire seco en el entrehierro (ahora ``b'')la capacidad de hilatura aproximadamente lineal siempre mejora cuando disminuye la concentración en moléculas de cadena larga;

-

que en presencia de aire húmedo en el entrehierro (curva ``a''), la capacidad de hilatura al principio siempre mejora al disminuir la concentración de moléculas de cadena larga, pero vuelve a empeorar a partir de una concentración de aproximadamente el 0,25% en masa, donde este empeoramiento se manifiesta especialmente a partir del 0,05% en masa.

En la fig. 2 se representa el rango según la invención (de 0,05% al 0,70% en masa). En este rango el calibre sólo oscila entre aproximadamente 0,4 dtex y 0,75 dtex, y particularmente de forma independiente respecto a la humedad en el entrehierro. Esto significa que la capacidad de hilatura en este rango es prácticamente independiente de la humedad en el entrehierro y que masas de hilatura con moléculas de cadena larga en el rango de concentraciones según la invención indicado puede hilarse en cortinas de hilos gruesas, en las cuales la humedad del aire no supone prácticamente ninguna influencia negativa sobre la capacidad de hilatura, de manera que son innecesarios una aclimatación y un acondicionamiento del aire de insuflado.

La solicitante ha constatado mediante extensos experimentos, que pueden hilarse de esta manera cortinas de hilos con mayor densidad lineal, y en particular una densidad lineal de 20 como mínimo, que normalmente se insuflan con aire.

6. Comportamiento de fibrilación de fibras preparadas a partir de disoluciones de hilatura de celulosas según la invención y no según la invención

Se prepararon mediante el procedimiento indicado como 2, disoluciones de celulosa con una concentración de celulosa total del 15% en peso.

Como material de celulosa a utilizar se escogió las siguientes celulosas:

1) Viscokraft LV (100%)

2) Viscokraft LV (85%), Alistaple LD 9.2 (15%)

La disolución de celulosa que contenía un 100% de Viscokraft LV como material de celulosa, no correspondía, inmediatamente antes de la hilatura a una disolución de celulosa utilizada según la invención.

La disolución de celulosa que contenía un 85% de Viscokraft LV y un 15% de Alistaple LD 9.2 como material de celulosa correspondía, inmediatamente antes de la hilatura, a una disolución de celulosa utilizada según la invención.

Se prepararon fibras a partir de las disoluciones de celulosa mediante las condiciones de trabajo indicadas

\hbox{como 3.}

Para cada experimento particular se mantuvieron las mismas condiciones para el insuflado de los filamentos en el entrehierro (véase 4), a excepción de que se introdujo aire con diferentes valores de humedad. Se midió la fibrilación de las fibras preparadas de esta manera mediante el test indicado más abajo. Test de fibrilación

Se simuló la fricción entre las fibras durante los procedimientos de lavado o bien de equipamiento en estado húmedo mediante el siguiente test: se introdujeron 8 fibras con una longitud de 20 mm con 4 ml de agua en un matraz y se agitó durante 9 horas en un aparato agitador de laboratorio del tipo RO-10 de la casa comercial Gehardt, Bonn (BRD), en el nivel 12. El comportamiento de fibrilación de las fibras se juzgó después bajo el microscopio, contando el número de fibrillas por cada 0,276 mm de longitud de fibra.

Resultados

En la siguiente tabla se indica la fibrilación determinada según las condiciones indicadas más arriba:

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\+\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 Celulosa utilizada \+ Calibre \+ Humedad del aire de insuflado \+
Número de  fibrillas\cr  \+ (dtex) \+ (g H _{2} O/kg aire)\+\cr 
100% Viscokraft LV \+ 1,7 \+ 10 \+ > 50\cr  15% Alistaple LD
9,2/85% Viscokraft LV \+ 1,7 \+ 10 \+ 24\cr  15% Alistaple LD
9,2/85% Viscokraft LV \+ 1,7 \+ 20 \+
12\cr}

A partir de la tabla se observa claramente que el declive de fibrilación de fibras preparadas a partir de disoluciones de celulosa con la composición según la invención es menor que en el caso de fibras preparadas a partir de disoluciones de celulosa mediante una composición diferente a la de la invención. Además se observa a partir de la tabla que el declive de fibrilación de fibras preparadas a partir de disoluciones de celulosa utilizadas según la invención disminuye aún más cuando se utiliza aire con mayor humedad para el insuflado.

Claims (9)

1. Procedimiento para la preparación de fibras de celulosa del género Lyocell mediante la elaboración de una disolución de celulosa susceptible a hilatura en un óxido de amina terciario disuelto en agua de acuerdo con el procedimiento de hilatura seco/húmedo,

caracterizado por el hecho de que,

se utiliza para la hilatura una disolución que presenta entre un 0,05% en masa y un 0,70% en masa, respecto a la masa de la disolución, de celulosa y/u otro polímero con un peso molecular de 5x10^{5}.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que se utiliza para la hilatura una disolución que presenta entre un 0,10% y un 0,55% en masa, respecto a la masa de la disolución, de celulosa y/u otro polímero con un peso molecular de 5x10^{5}.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que se utiliza para la hilatura una disolución que presenta entre un 0,15% y un 0,45% en masa, respecto a la masa de la disolución, de celulosa y/u otro polímero con un peso molecular de 5x10^{5}.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que se utiliza N-metilmorfolin-N-óxido como óxido de amina terciaria.

5. Utilización de una disolución susceptible a hilatura de celulosa en un óxido de amina terciario disuelto en agua, presentando dicha disolución entre un 0,05% y un 0,70% en masa, respecto a la masa de la disolución, de celulosa con un peso molecular de 5x10^{5} como mínimo, para la preparación de fibras de celulosa con un calibre de 1 dtex como máximo.

6. Fibra de celulosa del género Lyocell, obtenida mediante un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizadas por el hecho de que presenta entre un 0,25% y un 7,0% en masa, en particular entre un 1,0% y un 3,0% en masa y preferentemente entre un 0,15% y un 0,45% en masa, respecto a la masa de las fibras celulósicas, de celulosa con un peso molecular de como mínimo.

7. Fibra de celulosa según la reivindicación 6, caracterizada por el hecho de que presenta un calibre de 1 como máximo.

8. Fibra de celulosa según cualquiera de las reivindicaciones 6 ó 7, caracterizada por el hecho de que se presenta como fibra discontinua.

9. Procedimiento para la preparación de fibras de celulosa del género Lyocell mediante la elaboración de una disolución de celulosa susceptible a hilatura en un óxido de amina terciaria disuelto en agua de acuerdo con el procedimiento de hilatura seco/húmedo,

caracterizado por el hecho de que,

(1) se utiliza una disolución para hilatura que presenta entre un 0,05% en masa y un 0,70% en masa, respecto a la masa de la disolución, de celulosa con un peso molecular de 5x10^{5} como mínimo, y

(2) se utiliza una hilera para hilatura, la cual posee más de 10.000 orificios de hilatura, los cuales se disponen de tal manera que los orificios de hilatura vecinos estén separados como máximo 3 mm entre ellos y que la densidad lineal de los orificios de hilatura sea como mínimo 20.