ES2209444T3

ES2209444T3 - Material textil no tejido y metodo para su fabricacion.

Info

Publication number: ES2209444T3
Application number: ES99925203T
Authority: ES
Inventors: Stephen John Law
Original assignee: Tencel Ltd
Current assignee: Lenzing Fibers Ltd
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2004-06-16
Anticipated expiration: 2019-06-04
Also published as: GB2337957A; CN1304464A; TR200003602T2; BR9910862A; JP2002517630A; EP1093536A1; KR20010071345A; KR100563788B1; WO1999064649A1; EP1093536B1; TW419543B; CA2333882A1; JP4373008B2; DE69911776D1; GB9812089D0; ID27038A; AU4158299A; CN1161502C; ATE251239T1; DE69911776T2

Abstract

Método de fabricación de un material textil no tejido de celulosa realizado a partir de fibras formadas extruyendo una solución de celulosa en un disolvente de óxido de amina a través de al menos una tobera de hilado y sometiendo la fibra extruida a un flujo de gas de elevada velocidad, haciendo pasar la fibra a través de una niebla de vapor que coagula, al menos parcialmente, la fibra antes de recogerla como una banda continua de fibras.

Description

Material textil no tejido y método para su fabricación.

Esta invención se refiere a un método de fabricación de un material textil no tejido hecho de celulosa y, en particular, a partir de una solución de celulosa.

Las fibras y filamentos de celulosa pueden producirse mediante la hilatura de una solución de celulosa en un disolvente de óxido de amina que después se filtra en agua o en una solución diluida de óxido de amina acuoso, para producir filamentos de celulosa que pueden cortarse después en fibras cortadas. El proceso de extrusión y coagulación se denomina hilatura en disolvente y las fibras de celulosa hiladas en disolvente así producidas se conocen con el nombre genérico de lyocell.

Es posible producir fibras de decitex pequeño inferior a 1,0 dtex deshaciendo fibras cortadas. Sin embargo, esto es costoso y requiere un elevado consumo de energía.

La presente solicitud de patente internacional del solicitante WO 98/26 122, publicada el 18 de junio de 1998, describe un método de fabricación de una fibra de celulosa no tejida hecha de fibras formadas extruyendo una solución de celulosa al menos mediante una tobera de hilar y sometiendo la fibra extruida a un flujo de gas de velocidad elevada, recogiéndose las fibras sobre una superficie en la que la fibra se coagula posteriormente. Las fibras tienden a unirse entre sí antes de que la coagulación forme un material textil no tejido relativamente denso que está muy unido.

En algunas aplicaciones no es deseable una banda continua de material textil muy unido de alta densidad, por ejemplo, para materiales de filtración, o para materiales que requieren una alta capacidad de retención de agua.

La presente invención proporciona un método de fabricación de un material textil no tejido de celulosa que tiene una elasticidad elevada y una densidad relativamente baja.

Según la presente invención se proporciona un método de fabricación de material textil no tejido de celulosa en el que la fibra extruida producida a partir de una tobera de hilar se somete a un flujo de gas de velocidad elevada y la fibra se hace pasar a través de una niebla de vapor que coagula la fibra, al menos parcialmente, antes de recogerse como una banda continua de fibras.

La fibra extruida se atenúa mediante el flujo de gas y puede romperse en longitudes indefinidas.

La niebla de vapor puede formarse a partir de cualquier coagulante adecuado. La niebla es preferiblemente una niebla acuosa, aunque también pueden utilizarse, por ejemplo, alcoholes de alquilo inferiores. Convenientemente, puede pulverizarse agua atomizada a partir de una boquilla localizada por debajo de la tobera de hilatura

La solución de celulosa es preferiblemente una solución de celulosa en un disolvente de óxido de amina, normalmente un N-óxido de amina terciara y, en particular, N-óxido de N-metilmorfolina (NMMO). La solución de celulosa puede contener el 4-22% en peso de celulosa, preferiblemente el 10-15%, teniendo un grado de polimerización de 200 - 5.000, y más normalmente de 400 - 1.000.

En una realización preferida, la solución de celulosa comprende el 14% en peso de celulosa, el 12% en peso de agua y el 74% en peso de NMMO, teniendo la celulosa un grado de polimerización de aproximadamente 600.

Las microfibras o fibrillas que forman la fibra atenuada se recogen y después se coagulan adicionalmente (lo que se denomina alternativamente en lo sucesivo como que son "regeneradas") mediante agua, o una solución acuosa diluida de óxido de amina que contiene hasta el 20% de óxido de amina en agua. Las fibrillas pueden recogerse directamente en un baño de coagulación o pueden recogerse en una superficie y luego coagularse adicionalmente.

El gas, preferiblemente aire o vapor seco, se insufla sobre las fibras extruidas a una velocidad de entre 200 m.s^{-1} (metros por segundo) y 500 m.s^{-1} y tiene una temperatura de entre 100ºC y 155ºC, preferiblemente de aproximadamente 145ºC para una concentración de celulosa del 14 - 15%. Cuanto menor sea el contenido de celulosa en el aditivo, menor es la temperatura del aire que puede usarse. La velocidad del gas debería ser al menos 50 veces mayor que la velocidad de la fibra extruida que sale de la tobera de hilado y, preferiblemente, entre 1.000 y 20.000 veces dicha velocidad. El aire se dirige sobre el material extruido de fibra en un ángulo de desviación, preferiblemente de entre 15º y 45º, en relación con el eje longitudinal del material extruido y, más preferiblemente, de aproximadamente 30º. Los chorros de aire también pueden desviarse en un segundo ángulo oblicuo en relación con la tobera de hilado, de manera que los ejes del chorro de aire y el eje de la fibra no intersecten, siendo los chorros de aire tangenciales a la superficie del material extruido de fibra.

La superficie de recogida de la fibra puede ser flexible o elástica. Preferiblemente, la recogida de la fibra se realiza sobre un lecho de espuma que preferiblemente está empapado en agua o solución acuosa de NMMO.

\newpage

La invención también proporciona un material textil no tejido de lyocell en el que las fibras se unen o enmarañan entre sí sin usar un aglutinante, teniendo el material textil una densidad no superior a 175 g.dm^{-3}, y/o una extensión elástica hasta la ruptura de al menos el 7%.

La invención se describirá en lo sucesivo en más detalle, únicamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

la figura 1 es un dibujo esquemático de una realización del aparato para la producción de un material textil no tejido según la presente invención;

la figura 2 es una vista en planta de una boquilla de tobera de hilado usada en el aparato de la figura 1;

la figura 3 es un alzado lateral de la boquilla mostrada en la figura 2, con conductos internos mostrados en líneas discontinuas; y

la figura 4 es una sección transversal axial a través de la boquilla mostrada en la figura 2 y en la figura 3.

Con referencia a la figura 1, se muestra una extrusora 10 que tiene una boquilla 11 unida a la misma. La extrusora se alimenta con una solución que comprende un 14% en peso de celulosa, un 12% en peso de agua y un 74% en peso de N-óxido de N-metilmorfolina (NMMO). La celulosa tiene un grado medio de polimerización de aproximadamente 600.

La solución de celulosa puede fabricarse tal como se describe en el documento WO 94/28217. La solución de celulosa en la extrusora se mantiene a una temperatura de entre 95 y 110ºC, preferiblemente a 105ºC, y se fuerza a través de la boquilla para que se extruya como un filamento continuo de aditivo de celulosa.

La boquilla 11 se muestra en las figuras 2 y 3 y puede asegurarse directamente en la extrusora 10 o puede asegurase a un adaptador (no mostrado) que, a su vez, se asegura a la extrusora 10. La boquilla 11 tiene un perno 13 con paso de rosca hueco sobre su cara 12 posterior y un conducto 14 central que termina en una abertura 15 de la tobera. La tobera tiene un diámetro de entre 0,2 y 0,3 mm y, preferiblemente de aproximadamente 0,27 mm.

El aditivo de celulosa se fuerza hacia el interior del conducto 14 a presión y se extruye a través de la tobera 15. La boquilla 11 también tiene una pluralidad de conductos 16 de salida del gas, preferiblemente tres, separados alrededor del conducto 14 central. Cada conducto 16 de gas está inclinado con respecto al eje de la tobera y están separados de modo equidistante alrededor de la tobera 15, de manera que cada chorro de gas que salga de su conducto 16 respectivo tenga el mismo efecto sobre el filamento extruido.

Los conductos 16 de gas forman un ángulo de desviación o convergencia con el eje longitudinal de la tobera de entre 15º y 45º y, más preferiblemente, de 30º. Los conductos 16 también son oblicuos, de manera que los ejes de los conductos 16 no converjan entre sí. Los conductos de gas tienen aproximadamente 2,0 mm de diámetro. La cara 12 posterior de la boquilla tiene una hendidura 17 anular en ella que conecta entre sí los extremos de los tres conductos 16.

Cuando la boquilla está asegurada a la extrusora, el conducto 14 central está conectado a la alimentación de aditivo de celulosa y el conducto 17 anular está conectado a una alimentación de gas, preferiblemente aire comprimido.

Con referencia a la figura 1, el aire comprimido se alimenta a partir de una fuente (no mostrada) a través de una válvula 21 reguladora de flujo, un caudalímetro 22, un calentador 23 y un detector 24 de temperatura, al conducto 17 de aire en la boquilla. El detector 24 puede conectarse al calentador 23 de aire para controlar la temperatura del aire.

Los filamentos del material extruido que emergen de la boquilla 11 se someten a atenuación mediante corrientes 25 de aire de velocidad elevada procedentes de los conductos 16 de salida, y el filamento se tensa y puede romperse y, o bien insuflarse directamente en un baño 27 de coagulación o, preferiblemente, insuflarse en una superficie 26 de soporte situada aproximadamente a 30 cm desde la boquilla 11. La velocidad de flujo del aditivo de celulosa es preferiblemente de aproximadamente 0,2 g.min^{-1}. En la realización ilustrada, la superficie 26 de soporte se forma mediante la superficie periférica externa de un tambor 28 rotatorio, que gira a aproximadamente 10 revoluciones por minuto (rpm) para acumular una capa de material textil no tejido en el tambor.

Los filamentos del material extruido pasan a través de una niebla 30 fina de vapor de agua, generada por agua pulverizada desde una boquilla 32 de atomización de aire localizada a aproximadamente 10 cm por debajo de la boquilla 11.

La superficie del tambor puede cubrirse con material amoldable, tal como una capa de espuma, preferiblemente una capa de espuma de poliuretano de 2 mm de espesor que tiene un tamaño medio de celda de 50 \mum. La espuma puede empaparse en agua o en una solución acuosa de NMMO.

Posteriormente a la formación de la capa de material textil no tejido en el tambor 28, el tambor 28 se sumerge en un baño 27 coagulante que contiene un coagulante adecuado, tal como agua o una solución diluida de óxido de amina en agua, para coagular el material textil no tejido de celulosa sobre el tambor. La capa de material textil se seca entonces sobre el tambor tras el lavado para eliminar el disolvente.

La tabla 1 siguiente resume las diversas condiciones utilizadas en la formación del filamento extruido.

TABLA 1

Referencia de la	Método de	Temperatura del	Velocidad del flujo	Diámetro medio
muestra	disposición	aire (ºC)	de aire (l.s^{-1})	de la fibra (\mum)
1	Recogida en seco	145	2,5	7
2	Recogida en superficie húmeda	148	2,3	5
3	`` +aerosol con agua	147	2,3	5
4	``''+superficie amoldable	145	2,3	7

Una velocidad del flujo de aire de 2,4 l.s^{-1} (litros/segundo) corresponde aproximadamente a la velocidad de aire de 250 m.s^{-1}.

Las muestras 3 y 4 se realizaron según la presente invención.

La tabla 2 siguiente resume la elasticidad de la banda continua mediante medidas del espesor, realizadas usando un calibre de indicador de espesor Mitutoyo, ajustado con placas de medida de película / banda continua. Dado que los pesos base son diferentes, el espesor se normaliza a un peso base de 25 g.m^{-2}.

TABLA 2

Referencia de	Peso base (g.m^{-2})	Espesor de la banda	Espesor normalizado	Densidad (g.dm^{-2})
la muestra		continua (\mum)	(\mum/25 g.m^{-2})
1	25,3	113	112	223
2	28,3	145	128	195
3	28,0	168	150	166
4	22,5	163	181	138

Puede observarse que las muestras según la invención producen materiales textiles menos densos que tienen una densidad no superior a 170 g.dm^{-3}.

Con referencia a la muestra 4, se cree que la espuma sirve para dos propósitos, concretamente, (a) las fibras nacientes que golpean una superficie dura del colector tienden a fundirse en el impacto - una superficie amoldable elimina algo de la energía del impacto y reduce la unión y (b) al comprimirse la espuma en el impacto, el coagulante contenido en sus poros es enviado a la superficie y ayuda a una rápida regeneración.

Para evaluar las propiedades mecánicas, se cortaron tiras a partir de las bandas continuas, de 5 mm de ancho, y se probaron en una máquina para pruebas de tracción de materiales Testometric PCX a una longitud de calibre de 20 mm y una velocidad del cabezal transversal de extrusión de 20 mm/min. Junto con las resistencias a la tracción absolutas, también se muestran las resistencias a la tracción normalizadas a un peso base de la banda continua de 25 g.m^{-2}, que refleja mejor las propiedades mecánicas comparativas, ya que se eliminan las variaciones en el peso base.

TABLA 3

Referencia de	Resistencia a la tracción (N)	Elongación de	Comentarios
la muestra	normalizada a 25 g.m^{-2}	ruptura (mm)
1	3,7	0,7	Se rompe limpiamente
2	0,2	0,85	Se rompe bastante limpiamente
3	0,41	1,54	La muestra mantuvo su integridad
			tras la "ruptura"
4	0,09	2,5	La muestra mantuvo su integridad
			tras la "ruptura"

Para las muestras 2, 3 y 4, en las que la superficie del tambor está parcialmente sumergida en el baño de coagulación, de manera que la superficie del tambor está húmeda, tiene lugar coagulación adicional al entrar en contacto con el tambor húmedo o las fibras previamente colocadas.

Para la muestra 1, la superficie del tambor está seca y el material textil se regenera tras la acumulación sobre el tambor.

Las muestras 3 y 4, recogidas sobre el tambor tras pasar a través de la niebla de vapor, tuvieron claramente una menor resistencia a la tracción, aunque una mayor elongación de ruptura, mientras que todavía mantienen cierta integridad tras el punto de ruptura. Estos materiales de elasticidad elevada son adecuados para su uso como filtros y materiales de absorbencia elevada.

Aunque la invención se ha descrito para la atenuación de un aditivo de celulosa que contiene un 14% de celulosa, puede aplicarse a otros aditivos dentro del alcance de las reivindicaciones, tal como se describe en el documento WO 98/26 122.

Claims

1. Método de fabricación de un material textil no tejido de celulosa realizado a partir de fibras formadas extruyendo una solución de celulosa en un disolvente de óxido de amina a través de al menos una tobera de hilado y sometiendo la fibra extruida a un flujo de gas de elevada velocidad, haciendo pasar la fibra a través de una niebla de vapor que coagula, al menos parcialmente, la fibra antes de recogerla como una banda continua de fibras.

2. Método según la reivindicación 1, en el que la niebla de vapor es una niebla acuosa.

3. Método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la velocidad del flujo de gas es de al menos 200 metros por segundo.

4. Método según la reivindicación 3, en el que el flujo de gas es al menos 50 veces más rápido que la velocidad de flujo del material extruido.

5. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el gas del flujo de gas tiene una temperatura de al menos 100ºC.

6. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la niebla se forma mediante una boquilla de atomización que está separada de la tobera de hilado y por debajo de ella.

7. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la solución de celulosa contiene desde el 4 - 22% en peso de celulosa, preferiblemente, aproximadamente desde el 10 hasta el 15% en peso de celulosa.

8. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la celulosa tiene un grado medio de polimerización de aproximadamente 600.

9. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicho flujo de gas comprende aire comprimido que se dirige sobre las fibras en un ángulo de desviación de aproximadamente 30ºC con respecto al eje de la fibra extruida.

10. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la banda continua de fibras se recoge sobre una superficie seca y la banda continua se trata después adicionalmente con coagulante.

11. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la banda continua de fibras se recoge sobre una superficie que está humedecida mediante coagulante.

12. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la banda continua de fibras se recoge sobre una superficie amoldable.

13. Método según la reivindicación 12, en el que la superficie amoldable está dotada de una capa de espuma de aproximadamente 2 mm de espesor.

14. Material textil no tejido de lyocell en el que las fibras se enmarañan o se unen entre sí sin un aglutinante y que se ha fabricado mediante un método según las reivindicaciones 1 a 13.

15. Banda continua de material textil no tejido de lyocell en el que las fibras están unidas entre sí sin el uso de un aglutinante, teniendo la banda continua de material textil una densidad inferior a 175 g.dm^{-3}.

16. Material textil no tejido según la reivindicación 14, en el que el material textil tiene una extensión elástica hasta la ruptura de al menos el 7%.

17. Banda continua de material textil no tejido de lyocell en el que las fibras están unidas entre sí sin el uso de un aglutinante, donde la banda continua de material textil tiene una extensión elástica hasta la ruptura de al menos el 7%.

18. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que la solución de celulosa consiste en 14 partes en peso de celulosa que tiene un grado de polimerización de aproximadamente 600 en un disolvente de óxido de amina que consiste en 12 partes en peso de agua y 74 partes en peso de N-óxido de N-metilmorfolina.