ES2987652T3 - Método para producir hilo de nanofibras de alta resistencia a la tracción - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un proceso para producir hilo de nanofibras de alta resistencia a la tracción mediante extrusión en húmedo sobre una superficie resbaladiza. En particular, la presente invención describe un método en el que las fibras de nanocelulosa individuales se alinean mediante alineación en la boquilla y en la superficie a alta velocidad, lo que comprende controlar el ancho de la fibra sobre una superficie resbaladiza en movimiento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método para producir hilo de nanofibras de alta resistencia a la tracción

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método para producir un hilo de nanofibras de alta resistencia a la tracción. Particularmente, la presente invención proporciona un método para producir dicho hilo de nanofibras a alta velocidad.

Descripción del arte relacionado

La fibra de celulosa natural ha sido utilizada por los seres humanos durante miles de años. Dos ejemplos principales son el papel hecho de pulpa de madera y los tejidos hechos de algodón. En los últimos cien años, la fibra sintética ha ido ganando terreno gradualmente debido a su menor costo y excelentes propiedades. Sin embargo, para un uso sostenible de los recursos terrestres, las fibras de celulosa natural han despertado cada vez más atracción. La madera es una de las fuentes de fibra natural más abundantes. Se encontró que la pulpa de madera puede desintegrarse en nanofibras a través de una simple molienda mecánica. La resistencia a la tracción de la fibrilla de nanocelulosa se estima en 2-3 GPa (Walther y otros), lo que la hace cinco veces más fuerte que el acero suave. Teóricamente, sería posible alinear las nanofibras y producir fibras largas y fuertes, superando las de la madera y el algodón (400 - 600 MPa). Esto ampliaría en gran medida el uso de la madera a un mercado de mayor valor. Teniendo en cuenta la escasez mundial de algodón, esto podría ser una alternativa interesante. Este tipo de fibra larga también es diferente de la fibra de celulosa regenerada. Dado que no se utiliza ninguna disolución, es probable que la celulosa conserve principalmente su estructura de celulosa I, por lo tanto, se asemejará más estrechamente a las propiedades del algodón. Por simplicidad, llamamos a este tipo de fibra hilo de nanofibra.

Tres grupos de investigación han publicado resultados de la producción de hilo de nanofibras a partir de nanofibras de celulosa natural. Se prepararon fibras largas por Walther y otros mediante un proceso de extrusión húmeda y coagulación con acetona de hidrogeles de nanofibrillas de celulosa nativa. Las macrofibras NFC resultantes demuestran propiedades mecánicas que combinan rigidez (22,5 GPa) y resistencia (275 MPa) con tenacidad (trabajo de fractura 7,9 MJ irr3). Los escritores prevén que las propiedades pueden aumentarse mediante una alineación adicional de las nanofibras NFC constituyentes mediante procesos de estirado posterior. Además de la robustez mecánica, el artículo describe cómo lograr macrofibras transparentes y controlar la absorción de agua mediante la hidrofobización de la superficie.

Iwamoto y otros ha publicado los resultados de investigación de fibras hiladas en húmedo fabricadas a partir de nanofibras de celulosa natural. Se prepararon nanofibras de celulosa mediante la oxidación mediada por TEMPO de la pulpa de madera. La suspensión de nanofibras de celulosa en agua se hiló en un baño de coagulación de acetona. Las fibras hiladas de madera a 100 m/min tenían un módulo de Young de 23,6 GPa, una resistencia a la tracción de 321 MPa y una elongación en la rotura del 2,2 %. El módulo de Young de las fibras hiladas de madera aumentó con un aumento en la velocidad de hilado debido al efecto de orientación de las nanofibras.

Hákanson y otros presentan un proceso que combina la alineación hidrodinámica con una transición de dispersión-gel que produce filamentos homogéneos y lisos a partir de una dispersión de baja concentración de nanofibras de celulosa en agua. La alineación hidrodinámica se logró en un sistema de canal de enfoque de flujo. La orientación preferencial de las fibrillas a lo largo de la dirección del filamento puede ser controlada por los parámetros del proceso. La resistencia última específica es considerablemente mayor que la de los filamentos hechos previamente de nanofibrillas de celulosa; el valor máximo de resistencia a la tracción es de aproximadamente ~580 MPa y el módulo de Young máximo es de 18,3 GPa. La resistencia es incluso comparable a las fibras de pulpa de celulosa más fuertes extraídas de la madera con el mismo grado de alineación de fibrillas.

El documento WO 2010/043889 A1 se refiere a un método para el centrifugado de una fibra que comprende nanofibrillas de celulosa alineadas a lo largo del eje principal de la fibra a partir de una suspensión litotrópica de nanofibrillas de celulosa, en donde la alineación se logra mediante la extensión de la fibra extruida y la fibra se seca bajo extensión y las nanofibrillas alineadas se agregan para formar una estructura continua. De manera similar, también el documento EP 2558 624 B1 se refiere a un método continuo para fabricar fibras a base de celulosa de nanofibrillas de celulosa. Sin embargo, estos documentos no describen, por ejemplo, un método para producir hilo de nanofibras de alta resistencia a la tracción a una velocidad excepcionalmente alta.

La celulosa se ha utilizado ampliamente como materia prima para fibras textiles y refuerzo de compuestos. Actualmente se utilizan procesos químicos, como la disolución y regeneración, así como la derivatización de la celulosa. Estos métodos, sin embargo, requieren productos químicos y consumen bastante energía. Por lo tanto, existe la necesidad de procesos más simples, que consuman menos productos químicos y menos energía, para producir fibras de nanocelulosa largas con buenas propiedades mecánicas preferiblemente a alta velocidad.

Resumen de la invención

Es un objetivo de la presente invención utilizar medios físicos para ensamblar nanofibras de celulosa con el fin de producir fibras largas de alta resistencia a la tracción, es decir, un hilo de nanofibras. Particularmente, es un objetivo de la presente invención proporcionar un método basado en alinear fibras individuales de nanocelulosa para producir hilos de nanofibras de alta resistencia a la tracción a alta velocidad, el cual método utiliza menos productos químicos y menos energía en comparación con los procesos químicos tradicionales.

Estos y otros objetos, junto con sus ventajas sobre las técnicas conocidas, se logran mediante la presente invención, tal como se describe y reivindica a continuación.

El método de acuerdo con la presente invención se define en la reivindicación 1. Las modalidades preferidas se definen en las reivindicaciones 2-9.

La presente invención proporciona ventajas sobre los métodos conocidos, ya que, por ejemplo, permite el uso de materia prima de bajo costo como la nanocelulosa no modificada. La mejora del material en bruto a nanocelulosa oxidada por TEMPO además mejora las propiedades mecánicas de las fibras. Además, el presente método es capaz de producir hilos de nanofibras de forma continua a alta velocidad, debido a que el método no utiliza un baño de coagulación tradicional.

A continuación, la presente tecnología será descrita más detalladamente con la ayuda de las figuras adjuntas y haciendo referencia a una descripción detallada.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 es un dibujo esquemático simplificado que ilustra el concepto del proceso de extrusión húmeda en una superficie resbaladiza (WESS).

La Figura 2 es una figura gráfica que describe la alineación en la boquilla de las fibras de nanocelulosa y muestra el campo de velocidad de extensión en la boquilla con una velocidad de chorro de 10 m/s.

La Figura 3 es un dibujo simplificado que muestra un hidrogel de nanocelulosa sobre una superficie de aceite resbaladiza.

Las Figuras 4a-4c y las Figuras 5a-5c son imágenes SEM de un hilo de NFC producido y de un hilo de NFC por TEMPO, correspondientemente. Se forman fibras bastante uniformes, mientras que los hilos de NFC son más parecidos a cintas debido a una mayor relación de ancho y grosor (Figuras 4b y 4c).

Descripción detallada de las modalidades

La presente invención describe un método para producir un hilo de nanofibras de alta resistencia a la tracción mediante extrusión húmeda.

Las nanofibras se definen en el arte como fibras con diámetros inferiores a 100 nanómetros. En la industria textil, esta definición a menudo se amplía para incluir fibras de hasta 1000 nm de diámetro. Por otro lado, el hilo es una larga longitud continua de fibras entrelazadas, en la presente descripción nanofibras, adecuadas para su uso, por ejemplo, en la producción de textiles.

Particularmente, la presente invención se basa en la combinación de alineación en la boquilla y alineación en la superficie, en donde las fibras individuales de nanocelulosa se alinean juntas mediante el uso de una técnica de extrusión de alta velocidad y estiramiento simultáneo en estado húmedo.

De acuerdo con la invención, el método para producir un hilo de nanofibras de alta resistencia a la tracción mediante extrusión húmeda comprende alinear fibras individuales de nanocelulosa juntas y formar una red de nanofibras primero mediante alineación en la boquilla, en donde un hidrogel de nanocelulosa se extruye a través de una boquilla a alta velocidad de chorro, después de lo cual la red de nanofibras se estira mediante alineación en la superficie, en donde un chorro de hidrogel desde la boquilla se aplica sobre una superficie resbaladiza en movimiento.

De acuerdo con otra modalidad, el hidrogel de nanocelulosa se prepara a partir de nanofibras de celulosa naturales y no modificadas. Esto incluye nanocelulosa oxidada por TEMPO, la cual ha demostrado mejorar aún más las propiedades de las fibras. Una fuente adecuada de nanocelulosa es la pulpa de abedul blanqueada.

De acuerdo con otra modalidad, la superficie móvil es un tambor, o similar, o una correa. La superficie está preferiblemente cubierta con una película de plástico no poroso que ha sido prerecubierta con aceite, como aceite vegetal, o un fluido no miscible, con el fin de lograr una superficie resbaladiza. Se logra un histéresis del ángulo de contacto de menos de 10°. Si una superficie porosa se impregna con un fluido lubricante, se puede obtener incluso una histéresis de ángulo de contacto más baja (< 2,5°). Las fibras producidas pueden ser retiradas del tambor junto con la película de plástico.

En "alineación en la boquilla", las fibras individuales de nanocelulosa se alinean como se muestra en la Figura 2, que representa el flujo de hidrogel de nanocelulosa desde una jeringa, u otro dispositivo similar, hacia una boquilla más pequeña y la formación de un régimen de flujo extensional por el flujo del hidrogel. A través de la interacción de una fase acuosa continua y una red de fibras, la red se estira eficientemente en dirección al flujo a una alta tasa de extensión. Se puede obtener una alta velocidad de extensión utilizando una alta velocidad de extrusión, es decir, velocidad de chorro, y un tamaño de boquilla pequeño.

De acuerdo con una modalidad, la velocidad del chorro está entre 10 y 25 m/s.

De acuerdo con la invención, la boquilla tiene un diámetro interno entre 10 y 150 |jm.

En "alineación en superficie", se aplica un chorro de hidrogel desde la boquilla sobre una superficie resbaladiza en movimiento, como se mencionó anteriormente. Cuando la velocidad de la superficie es mayor que la velocidad del chorro, el área de sección transversal del filamento húmedo se vuelve más pequeña después de que ha aterrizado en la superficie. La elongación creada por la superficie también mejora la alineación de las fibras. Por otro lado, si la superficie se mueve más lento que la velocidad del chorro, el área de sección transversal del filamento húmedo se vuelve más grande y provoca acumulación del sustrato. Esto resulta en la reducción de la orientación de las fibras en los hilos. Las fibras previamente alineadas pueden verse perturbadas debido a la compresión y al fuerte impacto con el sustrato, mientras que las fibras resultantes se vuelven menos alineadas.

Otra característica importante es el ángulo de impacto del chorro. La sección transversal del chorro es preferiblemente circular debido a la forma de la boquilla. La componente vertical de la velocidad del chorro causa directamente un ensanchamiento del filamento húmedo en dirección transversal. La componente horizontal, dependiendo de su velocidad relativa al sustrato en movimiento, puede contribuir tanto al encogimiento como al estiramiento de la longitud del filamento. El filamento resultante luego obtiene una sección transversal en forma de cinta.

De acuerdo con una modalidad, el chorro de hidrogel proveniente de la boquilla impacta en la superficie en movimiento con un ángulo de impacto entre 90 y 20 grados, en donde el chorro es perpendicular a la superficie a 90 grados y tangencial a la superficie a 0 grados. De acuerdo con una modalidad preferida, el ángulo de impacto está entre 90 y 40 grados, más preferiblemente entre 75 y 55 grados.

La compresión del filamento húmedo puede ser útil para obtener filamentos gruesos con una alta resistencia a la tracción. Particularmente, cuando un chorro delgado impacta en un sustrato de movimiento lento, se forma un filamento más grueso. El número de defectos debido a la falta de uniformidad puede ser reducido.

De acuerdo con otra modalidad, la distancia entre la boquilla y la superficie móvil es lo suficientemente corta como para permitir que se mantenga una fase continua de agua y que el filamento húmedo formado tenga una alta uniformidad. Dado que el filamento húmedo en el sustrato se encuentra a pocos milímetros, como 10 a 20 mm, del punto de impacto, se encuentra en un estado de bajo cizallamiento. El flujo del gel es principalmente impulsado por la humectabilidad de la superficie, la gravedad, la fuerza de centrifugación y la contracción debido al secado y la evaporación mínima de agua. Cuando se utiliza un hidrogel de alta consistencia, el límite de fluencia del gel es lo suficientemente alto como para frenar eficientemente el flujo o deformación del filamento húmedo. Como el método proporciona una red de fibras densamente empaquetadas, es poco probable que ocurra el desordenamiento de las nanofibrillas debido a la dispersión y/o falta de orientación.

De acuerdo con una modalidad preferida, la aplicación de un recubrimiento de aceite en el sustrato tiene un claro beneficio en el control del ancho de la fibra mojada. El recubrimiento de aceite se utiliza para reducir el riesgo de que la fibra húmeda se adhiera al sustrato y, por lo tanto, forme cintas anchas y delgadas que son bastante débiles debido a la gran cantidad de defectos con el recubrimiento de aceite. El filamento húmedo se contrae, por ejemplo, desde 1,5 mm hasta tamaños tan pequeños como decenas de micras a medida que se seca. Esto está relacionado con la histéresis reducida del ángulo de contacto. Al mismo tiempo, la relación de espesor a ancho de la cinta aumenta y en ciertos casos se puede obtener una sección transversal cercana a circular.

Para formar una superficie altamente resbaladiza, el aceite aplicado debe tener una mejor humectabilidad en la superficie que el hidrogel de nanocelulosa, que consiste principalmente en agua. La viscosidad del aceite también debe ser suficientemente baja para facilitar la lubricación.

La resistencia a la tracción de las fibras aumenta junto con la relación de estiramiento. Esto se espera suponiendo que las fibras estén más alineadas debido al estiramiento en la superficie. De acuerdo con una modalidad, la relación de estiramiento (= velocidad de la superficie / velocidad de la boquilla, es decir, velocidad del chorro) es de al menos 1, lo que significa que la superficie se mueve con al menos la misma velocidad que la velocidad del chorro.

Sin embargo, la resistencia a la tracción también puede beneficiarse de una relación de estiramiento inferior a 1, por ejemplo, cuando se busca obtener filamentos más gruesos. De acuerdo con una modalidad, la relación de estiramiento es de al menos 0,1, preferiblemente más de 1.

Idealmente, debería existir tanto una alta velocidad de chorro como una alta relación de estiramiento para lograr la mejor alineación de las fibras. Los inventores de la presente invención han observado que el hidrogel del 3 % no permite una velocidad de chorro superior a 16 m/s antes de que la boquilla se obstruya o la presión sea demasiado alta para la extrusora. Solo a sólidos más bajos, se puede lograr una mayor velocidad de chorro. Cuando se disminuye la consistencia del hidrogel de nanocelulosa, por ejemplo, de 3 % a 1,64 %, la ventana de operación de la relación de estiramiento se desplaza negativamente hacia el extremo inferior. Una mayor relación de estiramiento simplemente haría que la fibra se rompa. Esto a su vez sugiere una mayor consistencia. Por lo tanto, se debe hacer un compromiso entre la consistencia, la velocidad de la boquilla y la relación de estiramiento. Otros parámetros, como la humedad y la velocidad de secado, deben considerarse en segundo lugar.

Utilizando el proceso WESS (extrusión húmeda en superficie resbaladiza) descrito en la presente descripción, se puede producir hilo de nanofibras a velocidades entre 120 y 660 m/min, que es la velocidad más alta reportada. Tal velocidad es similar a la capacidad de la línea de producción actual de fabricación y recubrimiento de papel, lo que permite la conversión de la línea de producción a la fabricación de fibras y, además, mejora la economía del método actual.

De acuerdo con una modalidad preferida, el hilo de nanofibras se produce al menos a una velocidad de 500 m/min, como a una velocidad entre 550 y 700 m/min y en particular a una velocidad de aproximadamente 660 m/min.

Además, se puede utilizar un aditivo polimérico de alto peso molecular (añadido al hidrogel de nanocelulosa) para facilitar la extrusión, es decir, reducir la presión de extrusión y prevenir la obstrucción de la boquilla. Uno de esos aditivos adecuados es un polietileno óxido de alto peso molecular.

La principal área de aplicación para las nanofibras producidas por el método descrito anteriormente es la industria textil. Tales nanofibras pueden ser utilizadas, por ejemplo, como refuerzo de compuestos o como precursores de fibras de carbono.

A continuación, la presente invención se ilustra mediante el siguiente ejemplo no limitante. Sin embargo, se debe entender que las modalidades presentadas en la descripción anterior y en el ejemplo son solo con fines ilustrativos, y que se pueden realizar diversos cambios y modificaciones dentro del alcance de las reivindicaciones.

Ejemplo

Preparación de celulosa nanofibrilada

La celulosa nanofibrilada se preparó a partir de pulpa de abedul blanqueada. La lechada de pulpa se pasó una vez por molienda mecánica y 6 veces por microfluidizador. El gel resultante tenía una consistencia del 1,64 %. Se preparó adicionalmente un hidrogel al 3 % utilizando centrifugación para eliminar parte del agua. También se preparó nanocelulosa oxidada por TEMPO a partir de pulpa de abedul blanqueada y fibrilada en un microfluidizador en un solo paso. El contenido de sólidos del gel era del 0,819 %.

Medición de viscosidad

La viscosidad de adelgazamiento por cizallamiento de NFC por TEMPO se midió en un reómetro rotatorio (Anton Parr). Se utilizó un sistema de medición cono y placa. La muestra fue primero precortada a 1500/s durante 60 segundos. Después del precorte, el aumento y disminución no mostraron una histéresis aparente.

Preparación de superficie resbaladiza

Se utilizó una película de polietileno como sustrato portador y se envolvió firmemente alrededor de un tambor giratorio. El aceite de girasol se aplicó al sustrato con un pincel mientras el tambor está girando. El peso final de la capa de aceite se estimó en 1 - 3 g/m2.

Extrusión húmeda de celulosa nanofibrilada

El esquema del sistema de extrusión se muestra en la Figura 1. Se utilizó una extrusora de bomba de jeringa hecha a medida para extruir el hidrogel a través de una aguja de jeringa. El diámetro interno de la aguja era de 108 pm y la longitud de la aguja era de 8 mm. La extrusora se montó horizontalmente en el eje z de una máquina CNC y se controló como el cuarto eje. Se utilizó el software EMC2 para sincronizar el movimiento en los ejes x-y-z y la extrusora. La velocidad del chorro que sale de la boquilla puede variar entre 240 - 1920 m/min. Un tambor giratorio era impulsado horizontalmente frente a la aguja por un mezclador de alta velocidad. El diámetro del tambor era de 104 mm. Al ajustar la velocidad de la mezcladora, la velocidad superficial del tambor variaba entre 120 - 660 m/min, que también era la velocidad de producción de las fibras.

En un experimento típico, se aplica un recubrimiento de aceite a una película de polietileno, que se adhiere al tambor giratorio. A continuación, se inicia el chorro desde la boquilla y se extruyen 10 metros de filamento húmedo para limpiar la boquilla y aumentar la presión en la extrusora. La boquilla luego comienza a moverse linealmente a lo largo del tambor. Después de que otros 10 metros de fibra se formen en el tambor, el chorro se detiene y el tambor continúa girando durante unos minutos hasta que las fibras se sequen. Se puede utilizar opcionalmente un secador de aire caliente para acortar el tiempo de secado.

Efecto de la velocidad del chorro en la resistencia a la tracción del hilo de nanofibras NFC

A una menor consistencia de nanocelulosa del 1,64 %, se puede lograr una mayor velocidad de chorro de hasta 28m/s sin obstrucciones. La alineación en la boquilla se vuelve más importante que la relación de estiramiento, como se muestra en la Tabla 1. La relación de estiramiento máxima aquí es solo de 0,25. La resistencia a la tracción es claramente mayor, lo cual probablemente se debe a la mayor velocidad del chorro. Se cree que una menor consistencia diluye la red de fibras y reduce el enredo entre las nanofibras de celulosa. La Tabla 1 a continuación muestra la influencia de la velocidad de la boquilla en la resistencia a la tracción con un ángulo de impacto de 55°.

Tabla 1.

*El diámetro equivalente se calcula a partir de un círculo con área de sección transversal igual.

Aunque la desviación estándar de la medición en la Tabla 1 es bastante grande y no permite sacar conclusiones sólidas, hay dos observaciones interesantes. Comparando el caso A y B, una mayor velocidad del chorro no conduce a una mayor resistencia a la tracción. Se especula que el desorden de la red de fibras puede ocurrir a una velocidad de corte demasiado alta, en este caso, a una mayor velocidad del chorro. Este es un fenómeno común para ciertos fluidos tixotrópicos que muestran adelgazamiento por corte a bajas tasas de cizallamiento y espesamiento por corte a tasas de cizallamiento mucho más altas. Sin embargo, actualmente no existe una observación similar para la reología del gel de nanocelulosa en la literatura. Comparando el caso A y C, una velocidad de superficie más baja, y por consiguiente una relación de estiramiento más baja, no perjudicó la resistencia a la tracción. Esto puede deberse en realidad a la mejora en la calidad de la fibra. Una fuerza de centrifugación más baja, resultado de una velocidad de superficie más baja, conduce a menos salpicaduras. De hecho, no es posible formar fibra húmeda en la superficie cuando la fuerza de centrifugación es demasiado fuerte y el gel húmedo es arrojado lejos del tambor giratorio.

SEM

Se investigó la microestructura del hilo utilizando un SEM de emisión de campo Zeiss Merlin. Para el análisis transversal, los hilos fueron enfriados con nitrógeno líquido y fracturados. Para el análisis de superficie, los hilos se colocaron en un soporte de muestra con cinta de carbono. En ambos casos, las muestras fueron recubiertas con una capa delgada de platino utilizando un recubridor por pulverización catódica. El SEM se operó utilizando 2 kV de tensión de aceleración utilizando tanto detectores de electrones secundarios como InLens.

Prueba de tracción

El cálculo de la resistencia a la tracción requiere el conocimiento del área de sección transversal, la cual fue estimada a partir de la densidad lineal y la densidad en masa del hilo de nanofibras. El primero se calculó a partir del contenido de sólidos del hidrogel, la velocidad de extrusión y la velocidad de la superficie. La densidad en masa del filamento seco se asumió como 1,5 g/cm3. Se verificó a partir de la imagen transversal del SEM que la estimación coincide bien tanto para NFC como para NFC oxidado por TEMPO. El método de estimación fue utilizado de esta manera a lo largo del trabajo.

La resistencia del hilo de nanofibras se midió en un probador de tracción hecho a medida. La fibra fue adherida a un bloque de metal con cinta adhesiva de doble cara. El otro extremo de la fibra fue levantado a una velocidad de 50 micras por segundo utilizando un motor paso a paso engranado. El tramo de la fibra era de 30 mm. El bloque de metal fue colocado en una balanza Precisa de 4 dígitos y el peso se monitorea a 10 Hz a través de comunicación serial con una PC. La fuerza máxima antes de la rotura de la fibra se utilizó luego para calcular la resistencia a la tracción.

Control de humedad

La medición de la resistencia a la tracción se realizó en una cámara de clima controlado. La temperatura se mantuvo constante a 22 °C. La humedad relativa se controla utilizando aire húmedo a diferentes niveles de humedad. El nivel más bajo de humedad relativa que se pudo alcanzar fue del 14 %. El nivel de humedad más alto fue del 90 %. El probador de tensión fue colocado dentro de la cámara junto con la muestra. La muestra se almacenó en la cámara durante al menos 2 horas antes de cada medición.

Lista de citas

Literatura de patentes

1. WO 2010/043889 A1

2. EP 2558624 B1

Literatura no patentada

1. Walther A., Timonen J., Díez I., Laukkanen A., Ikkala O., ''Multifunctional high- performance biofibers based on wet-extrusion of renewable native cellulose nanofibrils”, Adv. Matter. 2011, 23, 2924-2928.

2. Iwamoto S., Isogai A., Iwata T., “Structure and Mechanical Properties of Wet-Spun Fibers made from Natural Cellulose Nano fibers”, Miomacromolecules 2011, 12, 831- 836.

3. Hákansson K. M. O., Fall A. B., Lundell F., Yu S., Krywka C., Roth S. V., Santoro G., Kvick M., Wittberg L. P., Wáberg L., Soderberg L. D., ''Hydrodynamic alignment and assembly of nanofibrils resulting in strong cellulose filaments”, Comunicaciones de la naturaleza 5, Artículo número 4018, 2014.

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES

   i.Un método para producir un hilo de nanofibras de alta resistencia a la tracción mediante extrusión húmeda, caracterizado porque las fibras individuales de nanocelulosa se alinean juntas y forman una red de nanofibras primero mediante alineación en la boquilla, en donde se prepara un hidrogel de nanocelulosa a partir de nanofibras de celulosa natural y no modificada, en donde la alineación en la boquilla comprende el flujo del hidrogel de nanocelulosa desde una jeringa hacia una boquilla que es más pequeña que la jeringa, y el hidrogel de nanocelulosa se extruye a través de la boquilla a una velocidad de chorro entre 4 y 32 m/s, en donde la boquilla tiene un diámetro interno entre 10 y 150 |jm, después de lo cual la red de nanofibras se estira mediante alineación en la superficie, en donde se aplica un chorro de hidrogel desde la boquilla sobre una superficie resbaladiza en movimiento y el hilo de nanofibras formado por una combinación de la alineación en la boquilla y la alineación en la superficie se seca al aire sobre la superficie en movimiento después de la alineación en la superficie.
2. 2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por estirar la red de nanofibras a lo largo de una dirección de flujo de chorro mediante la interacción de una fase continua de agua con la red de nanofibras.
3. 3. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por estirar la red de nanofibras a una relación de estiramiento de al menos 0,1, preferiblemente más de 1.
4. 4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la velocidad del chorro está entre 10 y 25 m/s.
5. 5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el chorro de hidrogel desde la boquilla impacta en la superficie en movimiento con un ángulo de impacto entre 90 y 20 grados, en donde el chorro es perpendicular a la superficie a 90 grados y tangencial a la superficie a 0 grados.
6. 6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el ángulo de impacto está entre 90 y 40 grados, preferiblemente entre 75 y 55 grados.
7. 7. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la distancia entre la boquilla y la superficie en movimiento es de manera que permite una fase acuosa continua y un filamento húmedo uniforme.
8. 8. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el hilo de nanofibras se produce a una velocidad de al menos 500 m/min.
9. 9. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se añade un aditivo de polímero de alto peso molecular al hidrogel de nanocelulosa para reducir la presión de extrusión y prevenir la obstrucción de la boquilla.