ES3009596T3 - Moulded article comprising cellulose incorporated into elastane and method of manufacturing - Google Patents
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Abstract
Un método para producir un cuerpo moldeado que contiene celulosa (102), que comprende: i) proporcionar (78) un material de partida (110) que comprende celulosa y elastano, en particular donde el elastano está presente en el material de partida (110) por separado de la celulosa, siendo el material de partida (110) un sólido, y ii) producir (80) el cuerpo moldeado que contiene celulosa (102), en particular mediante un proceso de lyocell o un proceso de viscosa, a partir del material de partida (110), de modo que el cuerpo moldeado celulósico regenerado (112) comprenda al menos una parte del elastano del material de partida (110). Esta parte del elastano del material de partida (110) se incorpora al cuerpo moldeado celulósico regenerado (102). Además, un cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) que tiene elastano incorporado en la celulosa y que se produce mediante un proceso de lyocell o un proceso de viscosa. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Cuerpo moldeado que comprende celulosa incorporada en elastano y procedimiento de producción
La invención se refiere a un cuerpo moldeado celulósico regenerado, así como a un método para producir el cuerpo moldeado.
La invención se refiere al campo técnico de la reutilización (reciclado), en particular la reutilización de materiales de partida que presentan celulosa. Además, en especial, la invención se refiere a la reutilización de estos materiales de partida para producir un cuerpo moldeado que también contiene celulosa, en especial en donde la celulosa del cuerpo moldeado se presenta esencialmente en forma de fibras de Lyocell y/o fibras de viscosa.
Se denominan fibras de viscosa fibras químicas, o bien fibras regeneradas que se producen mediante un proceso de hilatura en húmedo llamado procesamiento de viscosa. La materia prima de partida del procedimiento de viscosa es celulosa, que se proporciona a base de madera. De esta materia prima de partida, madera, se obtiene celulosa altamente pura en forma de pulpa química. En sucesivas etapas del proceso, la pulpa química se trata primero con sosa cáustica, mediante lo cual se forma celulosa alcalina. En una reacción siguiente de esta celulosa alcalina con sulfuro de carbono se forma xantogenato de celulosa. A partir de este se genera la disolución de hilatura de viscosa mediante adición ulterior de sosa cáustica, que se bombea a través de orificios de toberas de hilatura en forma de ducha hacia un baño de hilatura. Allí se produce un filamento de viscosa mediante coagulación por orificio de tobera de hilatura. Los filamentos de viscosa así obtenidos se cortan a continuación en fibras discontinuas de viscosa.
Lyocell designa una especie de fibra regenerada que presenta celulosa y que se produce según un procedimiento de disolvente directo. La celulosa se extrae de la materia prima madera para el procedimiento de Lyocell. La pulpa química obtenida de esta manera puede disolverse a continuación en N-óxido de N-metilmorfolina (NMMO), un disolvente, mediante extracción de agua sin modificación química, filtrarse y prensarse a continuación a través de toberas de hilatura. Después de pasar por una ranura de aire, los filamentos así formados se precipitan en un baño con disolución acuosa de NMMO y a continuación se cortan en fibras discontinuas.
En el caso de uso de materiales como materias primas para la obtención de celulosa, surge a menudo el problema de la pureza de estos materiales de partida. Los materiales de partida suelen estar contaminados con materiales que no son típicos de la madera. En especial, por ejemplo, los actuales textiles usados (ropa usada y/o restos de la producción de ropa) están muy contaminados con plásticos sintéticos. Por un lado, porque están constituidos en gran parte por plástico. Por otro lado, porque hoy en día muchos textiles usados constituidos predominantemente por fibras naturales están cargados al menos parcialmente con fracciones de plástico. En el procesamiento de estos materiales reciclados (reciclaje textil), en el cierre de un ciclo de material, se producen diversas sustancias extrañas indeseables, como los plásticos sintéticos mencionados, que deben eliminarse durante la producción de una fibra para que las propiedades técnicas/físicas sean suficientemente similares a las de una fibra no reciclada. Normalmente, estas sustancias extrañas, especialmente poliuretanos, se eliminan lo más completamente posible. Para obtener una celulosa lo más pura posible es necesario un empobrecimiento de estos plásticos sintéticos. Sin embargo, en este caso, el empobrecimiento de poliuretanos (por ejemplo elastano de ropa deportiva elástica) es particularmente costoso.
Otro problema con el uso de materiales reciclados tales como textiles usados con respecto a un procedimiento de Lyocell y/o viscosa es que las celulosas recuperadas de textiles usados presentan típicamente longitudes de cadena relativamente cortas. Las fibras recicladas tienen propiedades diferentes a las de las fibras no recicladas, lo que no es deseable en el caso normal.
El documento CN 102154722 A describe un procedimiento para producir una fibra compuesta de viscosa elástica. A partir de material de celulosa natural (disolución de algodón, bambú y madera) se produce una disolución de viscosa, que se mezcla con una disolución de macromoléculas elásticas en una máquina emulsionadora. La proporción asciende en este caso a aproximadamente 40 a 99,56 % de disolución de viscosa y 0,44 a 60 % de macromolécula elástica, que puede ser un elastómero de poliuretano con un peso molecular entre 20.000 y 350.000. La mezcla se introduce después en un proceso de hilatura y se precipita en un baño de coagulación, que contiene, entre otros, H<2>SO<4>. De esta manera se obtiene una fibra compuesta elástica que presenta 50 a 95 % de viscosa y 5 a 50 % de macromolécula elástica.
Una tarea de la presente invención es producir productos de celulosa con propiedades específicas de manera que ahorre recursos y sostenible.
Esta tarea se resuelve mediante los objetos según las reivindicaciones de patente independientes. Las configuraciones preferentes resultan de las reivindicaciones de patente dependientes.
Según un aspecto de la presente invención, se crea un cuerpo moldeado celulósico regenerado, en especial producido según un procedimiento de Lyocell o un procedimiento de viscosa, que presenta elastano, en donde el elastano se incorpora al cuerpo moldeado, en donde el elastano procede al menos parcialmente de restos de la producción de ropa y/o ropa usada, y en donde el cuerpo moldeado celulósico regenerado presenta al menos otra sustancia extraña que procede de restos de la producción de ropa y/o ropa usada.
Según un aspecto adicional de la presente invención, se crea un procedimiento para producir un cuerpo moldeado que presenta celulosa, en donde el procedimiento presenta: i) proporcionar un material de partida que presenta celulosa y elastano, en especial en donde el elastano está presente en el material de partida por separado de la celulosa, en donde el material de partida es un cuerpo sólido, y en donde el material de partida presenta total o parcialmente restos de la producción de ropa y/o ropa usada, y ii) generar el cuerpo moldeado que presenta celulosa, en especial mediante un procedimiento de Lyocell o un procedimiento de viscosa, a base del material de partida de manera que el cuerpo moldeado celulósico regenerado presente al menos parte del elastano del material de partida incorporado en la celulosa. En este caso, la parte del elastano del material de partida se incorpora al cuerpo moldeado celulósico regenerado.
En el ámbito de esta solicitud, bajo el término "celulosa" se puede entender en especial un compuesto orgánico que es parte integrante de las paredes celulares de las plantas o que puede producirse sintéticamente. La celulosa es un polisacárido (es decir, un azúcar múltiple). La celulosa no está ramificada y normalmente tiene varios cientos a decenas de miles de moléculas de p-D-glucosa (enlace p-1,4-glucosídico), o bien unidades de celobiosa. Las fibras de celulosa se construyen a partir de moléculas de celulosa de forma controlada por las plantas. Con un proceso técnico se pueden ensamblar moléculas de celulosa para formar fibras regeneradas, por ejemplo como fibras resistentes al desgarro.
En el ámbito de esta solicitud, bajo el término "cuerpo moldeado" se puede entender en especial un cuerpo geométrico bidimensional o tridimensional que resulta de un procedimiento de producción, o bien recuperación de celulosa. En particular, por cuerpo moldeado se puede entender un objeto bidimensional o tridimensional, que presenta o está constituido por celulosa y se produce a partir de pulpa química disuelta. Los cuerpos moldeados pueden ser en especial cuerpos moldeados de Lyocell, cuerpos moldeados de viscosa o cuerpos moldeados modales. Los cuerpos moldeados típicos son filamentos, fibras, esponjas y/o películas. En principio, para los ejemplos de realización de la invención son adecuados todos los tipos de cuerpos moldeados de celulosa. En este caso, se debe entender por fibras tanto filamentos continuos como fibras discontinuas cortadas con dimensiones convencionales (por ejemplo 38 mm de longitud) y fibras cortas. Para la producción de fibras entran en consideración tanto procedimientos con dispositivos de extracción después de una o varias toberas de extrusión como otros procedimientos, como en especial procedimientos de fusión-soplado. Como alternativa a las fibras, también se puede producir como cuerpo moldeado una película que presenta celulosa, es decir, una película plana y esencialmente homogénea con o de celulosa. Las láminas se pueden producir en especial desencadenándose, mediante ajuste de los parámetros de proceso de un procedimiento de Lyocell, una coagulación al menos parcialmente después de la incidencia de los filamentos sobre un área receptora. Se entiende por láminas cuerpos moldeados de celulosa planos, en donde el grosor de estas láminas es ajustable (por ejemplo mediante selección de un número de barras de toberas dispuestas en serie). Otras formas de realización de un cuerpo moldeado son un tejido y un vellón de filamentos de celulosa, o bien fibras de celulosa, en especial un vellón hilado de filamentos de celulosa esencialmente continuos fundidos integralmente ("fusión") ("fusión por soplado"). En este caso, se puede entender por tejido en especial un género textil formado por al menos dos sistemas de hilos (o sistemas de fibras) cruzados (preferiblemente en ángulo recto o casi en ángulo recto), en donde hilos (o fibras) en dirección longitudinal se pueden denominar hilos de urdimbre e hilos (o fibras) en dirección transversal se pueden denominar hilos de trama. Un vellón o material no tejido se puede describir como una estructura desordenada (especialmente en una orientación irregular) de filamentos o fibras o hilados cortados de longitud limitada, que están ensamblados en una capa de fibras o una red de fibras y están conectados entre sí (en particular mediante arrastre por fricción). También se puede crear un cuerpo moldeado en forma de esfera. Como cuerpos moldeados también pueden estar previstas partículas que presentan celulosa, como en especial perlas (es decir, un granulado, o bien esferas) o escamas, que pueden procesarse posteriormente de esta forma. Posibles cuerpos moldeados de celulosa son también estructuras de partículas, como por ejemplo granulados, polvos esféricos o fibrados. Una conformación de un cuerpo moldeado se efectúa preferentemente mediante la extrusión de una disolución de hilatura que contiene celulosa a través de una tobera de extrusión, ya que de esta manera se pueden producir grandes cantidades de cuerpos moldeados de celulosa con una forma muy uniforme. Otro posible cuerpo con forma de celulosa es una esponja o, más generalmente, un cuerpo moldeado poroso. Según ejemplos de realización ejemplares, los cuerpos moldeados mencionados se pueden utilizar, por ejemplo, para la producción de hilados, textiles, geles o materiales compuestos.
En el ámbito de esta solicitud, bajo el término "fuente de celulosa" se puede entender en especial un medio (en particular un medio de cuerpo sólido) que proporciona el material de celulosa utilizado para este fin como base para producir un cuerpo moldeado que presenta celulosa durante un procedimiento de producción correspondiente. Un ejemplo es madera, o bien pulpa de madera.
En el ámbito de esta solicitud, bajo el término "procedimiento de Lyocell" se puede entender en especial un procedimiento para producir celulosa según un procedimiento de disolvente directo. La celulosa para el procedimiento de Lyocell se puede obtener a partir de un material de partida que contenga esta celulosa. En el procedimiento de Lyocell, el material de partida se puede disolver en un disolvente adecuado (en especial que presente óxidos de amina terciarios como por ejemplo N-óxido de N-metilmorfolina (NMMO) y/o líquidos iónicos, es decir, sales de bajo punto de fusión que están formadas por cationes y aniones). La disolución puede realizarse en particular mediante extracción de agua y/o sin modificación química. La disolución resultante, que también puede denominarse adhesivo humectante o disolución de hilatura, se puede prensar a través de una o más toberas de hilatura en el procedimiento de Lyocell. Los filamentos formados de este modo pueden precipitarse durante y/o después de su caída libre o controlada a través de una ranura de aire en un baño que contiene agua (en especial en un baño con disolución acuosa de NMMO) y/o en la humedad del aire presente en la ranura de aire.
En el ámbito de esta solicitud, bajo el término "procedimiento de viscosa" se puede entender en especial un procedimiento para producir celulosa según un procedimiento de hilatura en húmedo. La celulosa para el procedimiento de viscosa se puede obtener a partir de un material de partida (en especial madera o una pulpa de madera) que contenga esta celulosa. En el procedimiento de viscosa, el material de partida se puede tratar primero con una base (por ejemplo con sosa cáustica) en etapas de proceso sucesivas, mediante lo cual se forma celulosa alcalina. En una reacción siguiente de esta celulosa alcalina con sulfuro de carbono, se forma xantogenato de celulosa. A partir de este, mediante adición ulterior de una base (en especial de sosa cáustica) se puede generar una disolución de hilatura viscosa que se puede prensar a través de una o varias toberas de hilatura. Los filamentos de viscosa se producen mediante coagulación en un baño de hilatura.
En el ámbito de esta solicitud, bajo el término "restos de una producción de ropa" se puede entender en especial descartes y/o recortes de un textil o hilado que contiene o está constituido por en celulosa, en donde estos restos se producen durante un procedimiento para producir ropa. En la producción de ropa, por ejemplo, se produce como material de partida un tejido que contiene celulosa, del que se cortan después partes planas (por ejemplo en forma de media camiseta). Quedan residuos que, según un ejemplo de realización ejemplar, se pueden suministrar de nuevo a un procedimiento para producir un cuerpo moldeado que presenta celulosa. Por lo tanto, en el caso de restos de una producción de ropa se puede tratar de una materia prima que contenga o esté constituida por celulosa y que pueda usarse para recuperar celulosa antes de que un consumidor haya utilizado los restos como ropa o de otra manera. Los restos de una producción de ropa pueden formarse especialmente a partir de celulosa esencialmente pura, en especial sin cuerpos extraños separados y no celulósicos (como por ejemplo botones, estampados textiles o costuras).
En el ámbito de esta solicitud, bajo el término "ropa usada" se puede entender en especial ropa que contiene celulosa que ya ha sido usada (en particular llevada) por un consumidor en la recuperación de al menos parte de la celulosa. Por lo tanto, en el caso de ropas usadas se puede tratar de una materia prima que presenta celulosa, que puede (pero no necesariamente) contener cantidades significativas de sustancias extrañas y puede usarse para recuperar celulosa después de que un consumidor haya usado la ropa usada como ropa o de otra manera. La ropa usada puede estar formada en particular por una mezcla de celulosa y una o varias sustancias extrañas, en particular plástico sintético (como por ejemplo poliéster y/o elastano) (utilizado frecuentemente en especial en prendas de vestir) y/o cuerpos extraños separados y no celulósicos (como botones, estampados textiles o costuras). Por poliésteres se entiende en especial polímeros con funciones éster (R-[-CO-O-]-R) en su cadena principal. A los poliésteres pertenecen policarbonatos y tereftalato de polietileno. Por elastano se entiende en especial una fibra química extensible con alta elasticidad. Un copolímero en bloques a base de elastano puede contener una fracción másica de al menos 85 % de poliuretano.
En el ámbito de esta solicitud, bajo el término "plástico sintético" se entiende en especial una sustancia que está formada por macromoléculas y se produce sintéticamente. Las respectivas macromoléculas de un plástico son polímeros y, por tanto, están formadas por unidades básicas recurrentes (unidades recurrentes). El tamaño de las macromoléculas de un polímero puede variar entre unos miles hasta más de un millón de unidades básicas. Por ejemplo, el polímero polietileno (PE) está constituido por unidades de etileno recurrentes conectadas entre sí. En este caso, los polímeros pueden ser moléculas no ramificadas, ramificadas o reticuladas. En principio, los plásticos se pueden dividir en tres grupos según sus propiedades físicas: termoplásticos, duroplásticos y elastómeros. Además, estas propiedades pueden combinarse también en subgrupos, por ejemplo en el caso de elastómeros termoplásticos. Las características importantes de los plásticos son sus propiedades técnicas, como conformabilidad, dureza, elasticidad, resistencia a la rotura, estabilidad a temperatura, y termodimensional y estabilidad química, que se pueden variar dentro de amplios límites mediante la elección de macromoléculas, procedimientos de producción y, en general, mediante adición de aditivos. Las reacciones típicas para producir plástico sintético a partir de monómeros o prepolímeros son: polimerización en cadena, poliadición o policondensación. Ejemplos de plásticos sintéticos que se utilizan especialmente también en textiles son, por ejemplo, poliuretano (PUR), especialmente en elastano, poliéster (PE, por ejemplo, tereftalato de polietileno (PET)), poliamida (PA, por ejemplo nailon, perlón) y poliéter, especialmente polietilenglicol (PEG) como componente de elastano.
En el ámbito de esta solicitud, bajo el término “elastano” se puede entender en especial un plástico sintético que presenta propiedades termoplásticas y elásticas. Por lo tanto, el elastano puede denominarse elastómero termoplástico (TPE). El elastano puede presentarse como copolímero en bloques, que se caracteriza especialmente por los dos bloques siguientes: poliuretano (PUR) y éter de polietilenglicol (PEG). En este caso, los segmentos de PUR pueden formar secciones rígidas que se alternan con secciones blandas, elásticas (PEG). El PUR puede formar secciones rígidas estiradas que se adicionan longitudinalmente entre sí y permiten la cohesión, por ejemplo, de una fibra mediante el desarrollo de fuerzas de valencia secundarias. Los bloques de PEG de tipo goma (por ejemplo, en cada caso aproximadamente 40 a 50 unidades de monómero) pueden presentarse, sin embargo, en forma muy enredada, en donde, no obstante, también se pueden estirar. El elastano puede estar presente como una estructura rizada con una extensibilidad muy alta (varios 100 %, por ejemplo 700 %). La densidad puede estar por ejemplo entre 1,1 y 1,3 g/cm3 y la resistencia es, por ejemplo, 5 a 12 cN/tex. La elasticidad puede depender de la temperatura. Además, bajo el término "elastano" se puede entender tanto el propio elastano como los elastómeros termoplásticos relacionados (por ejemplo, Elastollan, Desmopan, Texin y Utechllan).
En el ámbito de esta solicitud, bajo el término "se presentan por separado" se puede entender en especial que una sustancia no está incorporada a otra sustancia. Por ejemplo, en un material de partida están presentes fibras de celulosa y también está presente elastano en el material de partida. En este caso, el elastano se puede incorporar a las fibras de celulosa. Además, el elastano también puede estar presente por separado de las fibras de celulosa. En este caso, el elastano es parte integrante de la materia prima, pero no está integrado en las fibras de celulosa.
Según un ejemplo de realización ejemplar de la invención se descubrió sorprendentemente que mediante un control específico de las concentraciones residuales en el ámbito de la reutilización (incluido el proceso de reciclaje, o bien el procesamiento del material de partida) se pueden conseguir nuevas propiedades en un cuerpo moldeado (de Lyocell) a producir, o bien sus productos derivados textiles. Esta funcionalización, obtenida de este modo, de componentes residuales del material de partida, que se basan en elastómeros termoplásticos como el elastano, permite sorprendentemente una compensación eficaz de cambios (negativos) en las propiedades, que pueden resultar en particular de la fracción de fibras de celulosa recicladas en un cuerpo moldeado (de Lyocell) a producir.
En especial, mediante una fracción selectiva de polímeros residuales, en especial elastano, se puede obtener una compensación de los valores de resistencia, que hasta ahora se habrían reducido significativamente mediante adición de celulosa (de cadena corta) reciclada. En este caso, la resistencia puede aumentarse posiblemente mediante una fracción más elevada de elastano y reducirse con una fracción más elevada de celulosa reciclada.
Sorprendentemente, el elastano no presenta incompatibilidades tampoco en concentraciones atípicamente altas en el procedimiento de Lyocell o viscosa. Por el contrario, en interacción con la celulosa se puede producir una gran afinidad de los segmentos hidrófilos de PEG del elastano con las estructuras hidrófilas de hidroxilo y éter de la celulosa. Esto se refuerza por una fuerte tendencia a la formación de puentes de hidrógeno entre los dos polímeros. Por consiguiente, el elastano, que se incorpora a las fibras de celulosa, no muestra incompatibilidades. De este modo, el elastano incorporado en las fibras de celulosa puede contribuir a la funcionalización del cuerpo moldeado a producir. Tal funcionalización de componentes residuales de plástico, especialmente en el procedimiento de Lyocell o viscosa, no se conoce hasta el momento. De este modo, se puede aumentar la extensibilidad, o bien la elasticidad de un cuerpo moldeado, en particular una fibra, mediante la incorporación de elastano.
Según un ejemplo de realización, el elastano es procesable y no tiene que separarse de manera costosa, o bien compleja, sino que puede procesarse sin esfuerzo adicional (por ejemplo en un procedimiento de Lyocell/viscosa) e incorporarse a fibras. En estas, el plástico no ocasiona propiedades negativas, sino incluso una mejor extensibilidad de fibra, o bien elasticidad.
En resumen, por lo tanto, se aprovecha la circunstancia de que las partes integrantes realmente indeseables de los materiales de partida sólidos, como por ejemplo plásticos sintéticos, especialmente elastano, no tienen que ser empobrecidos en el ámbito del reciclaje de celulosa, sino que por el contrario, como adición, incluso pueden proporcionar propiedades positivas y ventajas correspondientes como una extensibilidad, o bien elasticidad mejorada.
A continuación se describen ejemplos de realización ejemplares adicionales del cuerpo moldeado y del procedimiento.
Según un ejemplo de realización, el cuerpo moldeado celulósico regenerado presenta al menos 0,01 %, en especial al menos 0,1 %, en especial 1 % de poliuretano, en donde se asigna al menos 10 % de poliuretano a elastano. Esto tiene la ventaja de que ya no es necesario empobrecer el poliuretano de forma especialmente limpia, lo que puede ser un reto técnico.
En cambio, el poliuretano puede permanecer en el material de partida, mediante lo cual ya no son necesarios procesos de empobrecimiento complejos y costosos. Dado que al menos una parte del poliuretano se asigna a elastano, se pueden conseguir aún otras ventajas, como por ejemplo una mejora de la extensibilidad, de la elasticidad o de los valores de resistencia de las fibras a producir.
Según otro ejemplo de realización ejemplar, el cuerpo moldeado celulósico regenerado tiene 0,1 % a 5 % de elastano. Esto tiene la ventaja de que, en caso de reutilización de fibras de celulosa, se pueden compensar de forma especialmente eficiente reducciones de resistencia negativas que de otro modo serían inevitables.
Sorprendentemente, se determinó que hasta aproximadamente 5 % de contenido de elastano en cuerpos moldeados (de Lyocell) (por ejemplo fibras) no hay ningún cambio negativo significativo en las propiedades (de la fibra). En cambio, se pueden mejorar los valores de extensibilidad, elasticidad y resistencia, lo que puede ser absolutamente deseable.
Según otro ejemplo de realización, el cuerpo moldeado celulósico regenerado contiene además al menos otro plástico sintético, en especial menos de 2 %, del grupo que está constituido por poliéster, poliamida, poliuretano y poliéter. Esto tiene la ventaja de que se elimina al menos parcialmente el empobrecimiento técnicamente complejo y costoso de otro plástico. En su lugar, la presencia de al menos otro plástico sintético puede incluso influenciar, o bien controlar ventajosamente las propiedades de la fibra a producir. Una fracción de menos de 2 % puede ser especialmente ventajosa para garantizar una buena integración de otro plástico sintético en las fibras de celulosa.
Según otro ejemplo de realización, al menos una parte del otro plástico sintético presenta al menos una compatibilidad, que es al menos una del grupo que está constituido por compatibilidad con ásteres, compatibilidad con amidas y compatibilidad con éteres. Esto tiene la ventaja de que el al menos otro plástico sintético (por ejemplo uno o varios polímeros de fibra típicos, en particular fibra de poliáster) se puede utilizar directamente a partir de materiales de partida, como textiles, y se puede incorporar de manera eficiente.
Por compatibilidad se entiende en especial que dos grupos químicos (funcionales) sean compatibles entre sí. Por ejemplo, existe una gran afinidad entre segmentos de PEG hidrófilos de elastano con estructuras hidrófilas de hidroxilo y éter de celulosa. En este caso, el elastano presenta una compatibilidad con la celulosa y la celulosa presenta una compatibilidad con el éter. La compatibilidad también se puede describir como la integración de grupos químicos entre sí.
En el procedimiento de reciclaje se pueden procesar concomitantemente pequeñas fracciones (por ejemplo menos de 2 %) de poliamidas y poliésteres para conseguir una buena integración. Esta es una clara ventaja en un procedimiento de reciclaje, porque la eliminación al menos parcial de otros polímeros sintéticos puede ser desproporcionadamente costosa. Los otros plásticos sintéticos mencionados anteriormente pueden estar contenidos con mucha frecuencia y extensión en materiales de partida como los textiles. Por lo tanto, una aceptación de pequeñas cantidades residuales representa una simplificación masiva de un procedimiento de reciclaje.
Sin estar vinculado a una teoría determinada, el buen comportamiento de integración del otro plástico sintético puede describirse mediante una compatibilidad entre elastano, celulosa y el otro plástico sintético como poliamida o poliéster. La fracción de poliuretano (PUR) de elastano es de especial interés porque el PUR puede actuar como poliéster y poliamida al mismo tiempo. La unidad recurrente de PUR se puede escribir como R1-NH-CO-O-R2, por lo tanto presenta un enlace éster (CO-O-R2) y un enlace amida (R1 -NH-CO). Como ya se ha descrito anteriormente, la fracción de PEG en elastano es responsable, debido a su típica estructura de éter, de la buena compatibilidad con los enlaces éter de glicano de la celulosa. Por tanto, se produce una buena homogeneización/mezcla entre las sustancias. Según un ejemplo de realización, un proceso de integración correspondiente también puede depender en gran medida de la temperatura del procedimiento respectivo. Las compatibilidades descritas también se pueden aplicar, por ejemplo, a los ejemplos de realización descritos a continuación.
La compatibilidad con amida del elastano puede permitir incorporar poliamidas de fibra típicas (por ejemplo PA6, PA6.6 o PA6.10) a partir de materiales de partida como textiles.
Además, la compatibilidad con ésteres de elastano puede permitir incorporar fibras de poliéster típicas (por ejemplo, PET) a partir de materiales primas como textiles.
La estructura de éter de elastano puede conducir a un alto grado de homogeneización en una solución de hilatura antes de un procedimiento de Lyocell o viscosa y, por tanto, a un muy buen entremezclado. Esto es especialmente cierto a nivel químico, porque la compatibilidad de la estructura de éter de elastano es muy similar a la estructura de éter de celulosa.
Según otro ejemplo de realización, el otro plástico sintético está incorporado al menos parcialmente en la celulosa. Esto tiene la ventaja de que también el otro plástico sintético, junto con elastano, también puede actuar directamente dentro de la fibra para influir beneficiosamente en sus propiedades. Por ejemplo, de este modo se puede aumentar la resistencia de la fibra. Además, el efecto de fibrilación se puede reducir si el otro plástico sintético actúa también como adhesivo termofusible. Se puede entender por fibrilación en especial la escisión localizada de elementos fibrilares a lo largo del eje de la fibra. Esto es especialmente cierto en el caso de un efecto simultáneo de mecánica y humedad.
Según otro ejemplo de realización, el cuerpo moldeado celulósico regenerado presenta al menos una de las características descritas a continuación.
El cuerpo moldeado celulósico regenerado se selecciona a partir del grupo que comprende un filamento, fibras, una lámina, un tejido, un vellón, una (micro)esfera, perlas y una esponja.
El cuerpo moldeado celulósico regenerado presenta una extensibilidad de fibra que es al menos 10 %, en especial al menos 20 % más elevada que la extensibilidad de fibra de una fibra de Lyocell habitual. Con respecto a la extensibilidad de fibra del cuerpo moldeado celulósico regenerado, se encontró que ésta aumenta hasta 20 % (dependiendo del contenido de elastano) en comparación con una fibra de Lyocell estándar.
El cuerpo moldeado celulósico regenerado presenta valores de resistencia de una fibra de Lyocell habitual. Se pueden presentar datos de fibra promedio de una fibra de Lyocell habitual (por ejemplo TENCEL®) de la siguiente manera. Fuerza máxima de tracción condicionada (FFk): 40,2 cN/dtex; Fuerza máxima de tracción en húmedo (FFn): 37,5 cN/dtex, alargamiento máximo por fuerza de tracción condicionado (FDk): 13,0%, alargamiento máximo por fuerza de tracción en húmedo (FDn): 18,4% (Fuente: Informes Lenzinger 87 (2009) 98-105, Tabla 1). Por lo tanto, la fuerza máxima de tracción (FFk) puede estar en el intervalo de 35 a 45 cN/dtex, en particular de 38 a 42 cN/dtex, la fuerza de tracción en húmedo máxima (FFn) en el intervalo de 32 a 42 cN/dtex, en particular de 35 a 40 cN/dtex. El alargamiento máximo (FDk) puede estar en el intervalo de 10 a 15 % y la fuerza máxima de tracción en húmedo (FDn) en el intervalo de 16 a 20 %.
Según un ejemplo de realización, la fracción de plástico sintético (elastano, dado el caso con fracciones adicionales de, por ejemplo, PET, PUR y PA) puede estar presente en una determinada concentración. Esto puede conducir a una distribución especialmente homogénea en una disolución de hilatura, de modo que el plástico se almacena finamente distribuido uniformemente en el proceso de hilatura en el cuerpo moldeado (de Lyocell) a producir. De esta manera se pueden controlar, o bien influenciar en consecuencia propiedades de fibra específicas.
El cuerpo moldeado celulósico regenerado presenta además una tendencia reducida a la fibrilación en comparación con una fibra de Lyocell habitual. La tendencia sorprendentemente menor a la fibrilación conseguida de esta manera se puede explicar porque los plásticos residuales incorporados, como elastano, favorecen el deslizamiento de las hebras de celulosa cristalinas individuales en el sentido de una capa de deslizamiento separadora (al menos parcialmente amorfa) y controlan adicionalmente la adhesión transversal entre las hebras de celulosa. Esto puede provocar que se inhiba correspondientemente la deslaminación típica de la fibrilación.
Según otro ejemplo de realización, el cuerpo moldeado celulósico regenerado presenta una fracción de plástico sintético, que procede al menos en 0,1 % del material de partida. Esto tiene la ventaja de que el cuerpo moldeado puede producirse ahorrando especialmente recursos. El plástico sintético en el cuerpo moldeado puede proceder total o al menos parcialmente del material de partida. Por consiguiente, esencialmente no es necesaria una adición de otro plástico. Además, también es posible evitar al menos parcialmente la necesidad de un empobrecimiento costoso del plástico del material de partida.
El material de partida presenta total o parcialmente restos de la producción de ropa y/o ropa usada (por ejemplo textiles mixtos). En otras palabras, como al menos una parte del material de partida se pueden utilizar textiles, en especial restos de una producción de ropa y/o ropa usada. Es especialmente preferente recurrir a restos de la producción de ropa, ya que dichos recortes, o bien descartes, suelen tener una fracción de celulosa muy elevada y, por tanto, un grado de pureza elevado. En especial, tal textil preconsumo puede estar libre de cuerpos extraños como botones, costuras o estampados textiles. Por ejemplo, los restos de la producción de ropa pueden contener esencialmente celulosa tejida (y opcionalmente teñida), de modo que tales residuos, en caso necesario, se pueden transferirse directamente a una disolución para recuperar la celulosa de ellos mediante el procedimiento Lyocell. En el caso de ropa usada o textiles posconsumo, los cuerpos extraños más grandes, como botones, estampados y costuras, pueden separarse durante o después del triturado mecánico. Otras sustancias extrañas de los restos o de la ropa usada, como por ejemplo tintes y plásticos sintéticos (como poliéster y elastano), se pueden eliminar total o parcialmente antes de disolver un material de partida correspondiente para formar el adhesivo humectante, o bien la disolución de hilatura, pero también pueden permanecer total o parcialmente en la disolución de hilatura.
Según otro ejemplo de realización, el procedimiento presenta además: i) disolver el material de partida en un disolvente mediante un procedimiento de disolución directa, en especial en N-óxido de N-metilmorfolina, NMMO, para obtener una disolución de hilatura, y ii ) extruir la disolución de hilatura a través de las aberturas de toberas de hilatura, en especial a menos de 150 °C, de modo que sea posible una incorporación al menos parcial de plástico sintético, en especial elastano, en la celulosa. Esto tiene la ventaja de que mediante un proceso establecido se puede conseguir directamente una integración especialmente eficiente de plástico sintético en celulosa.
En principio, los plásticos se pueden utilizar para la mejora de la resistencia en fibras. Sin embargo, para fundir el plástico, en particular un termoplástico, son necesarias temperaturas de al menos 250 °C. Sin embargo, en el ámbito de un procedimiento de Lyocell o viscosa, durante la extrusión de la disolución de hilatura a través de las aberturas de la hilera se produce un estiramiento mecánico y una deformación muy fuerte en dirección longitudinal vinculada al mismo. La orientación longitudinal masiva lograda por el proceso de hilatura también se puede transferir a elastano y otros plásticos sintéticos que se encuentran en la disolución de hilatura. Las fracciones estiradas longitudinalmente, en particular la fracción de PEG de elastano, representan por lo tanto una buena base para la inserción de celulosa, que se encuentra asimismo en la disolución de hilatura y precipita esencialmente al mismo tiempo que el plástico sintético. De esta manera, los plásticos pueden integrarse de manera eficiente en las fibras a una temperatura inferior a 150°C (temperatura en el procedimiento de Lyocell). En este caso, el plástico sintético, en especial elastano, es procesable y no necesita ser separado de forma costosa/complicada, sino que puede procesarse sin más esfuerzo en un procedimiento de Lyocell e incorporarse a la fibra. En esta, el plástico no ocasiona propiedades negativas, sino incluso una mejor extensibilidad de fibra, o bien elasticidad.
Mediante un procesamiento controlado de material(es) de partida se puede garantizar que otros plásticos sintéticos como PUR, PA, PET, PE permanezcan en una concentración adecuada en un procedimiento de Lyocell o viscosa. A una concentración correspondientemente adecuada, las fracciones de plástico de la disolución de hilatura pueden comportarse de manera similar a un sistema compuesto de fibra-termoplástico.
Al mismo tiempo, en un intervalo de temperatura más elevado, se puede aprovechar el efecto termoplástico de elastano con un correspondiente contenido de elastano en la fibra de celulosa. En sentido figurado, esto conduce a una cierta pegajosidad controlable dentro de la fibra, que se puede usar correspondientemente para efectos adhesivos termoplásticos.
Según un ejemplo de realización adicional, el procedimiento comprende además: suministrar a la disolución de hilatura al menos una sustancia del grupo constituido por fibras de celulosa, materiales extraños, hemicelulosa, pulpa química y fibras de celulosa con longitud de cadena corta. Esto tiene la ventaja de que se pueden controlar o influenciar de forma selectiva las propiedades del cuerpo moldeado a producir.
En el ámbito de un procedimiento de Lyocell, se pueden producir fibras de Lyocell reforzadas con celulosa permaneciendo en la mezcla de NMMO-agua, además de la saturación con celulosa, aún un exceso de fibras de celulosa en la disolución de hilatura e hilándose estas conjuntamente. Esto puede proporcionar una mejora adicional de la fibra de Lyocell resultante mediante el efecto de "refuerzo de fibra en la fibra". De este modo se puede posibilitar compensar también otros efectos reductores de resistencia, que son causados por materiales de partida como textiles. De esta manera, por ejemplo
i) también se utilizan componentes extraños que son apenas solubles en NMMO y que ya están presentes como fibras en textiles usados;
ii) se incorporan otros azúcares que reducen la resistencia, como hemicelulosa; y
iii) se utilizan fracciones de fibra de celulosa con longitudes de cadena cortas en mayores cantidades.
De este modo se pueden incorporar fibras extrañas y materiales extraños a la fibra de Lyocell, que no poseen propiedades de refuerzo sino que más bien son reductores de resistencia.
Normalmente, por ejemplo, longitudes de cadena cortas conducen a una reducción de la resistencia. Mediante la compensación mencionada mediante elastano y opcionalmente otros plásticos sintéticos, se puede alcanzar una resistencia cercana a los valores de una fibra de celulosa no reciclada a pesar de una fracción elevada de celulosa con longitud de cadena corta. En especial, el paso múltiple por un ciclo de material provoca una reducción fundamental de las longitudes de cadena. En este caso, mediante influencias externas (sol, lavado, envejecimiento, productos químicos) en el ámbito del ciclo de producción, utilización y eliminación previo se rompen las correspondientes cadenas de celulosa, lo que generalmente puede conducir a longitudes de cadena más cortas en un cuerpo moldeado a producir.
En este caso, el término “hemicelulosa” se puede entender como un término colectivo para mezclas de polisacáridos (azúcares múltiples) en composición variable que se encuentran en la biomasa vegetal. Como monómeros presentes con mayor frecuencia (monosacáridos, azúcares simples) se pueden describir pentosas, por ejemplo xilosa y manosa.
Según otro ejemplo de realización, el material de partida presenta al menos otro plástico sintético del grupo que está constituido por poliéster, poliamida, poliuretano y poliéter. Esto tiene la ventaja de que se elimina al menos parcialmente el empobrecimiento técnicamente complejo y costoso de otro plástico. En su lugar, la presencia de al menos otro plástico sintético puede incluso influenciar, o bien controlar ventajosamente las propiedades de la fibra a producir.
Según otro ejemplo de realización, el método comprende además: mantener al menos parcialmente un primer plástico sintético adicional, en particular uno del grupo que está constituido por poliéster, poliamida y poliéter, del material de partida para generar el cuerpo moldeado que presenta celulosa de tal manera que el primer plástico sintético adicional esté contenido esencialmente en el cuerpo moldeado que presenta celulosa. Esto también asimismo la ventaja de que se elimina al menos parcialmente el empobrecimiento técnicamente complejo y costoso de otro plástico. En su lugar, la presencia de al menos otro plástico sintético puede incluso influenciar, o bien controlar ventajosamente las propiedades de la fibra a producir.
De manera adicional o alternativa, el procedimiento presenta además: eliminar, en especial eliminar completamente, además en especial eliminar selectivamente (empobrecer selectivamente) un segundo plástico sintético adicional, en especial uno del grupo que está constituido por poliéster, poliamida y poliéter, del material de partida, de tal manera que el segundo plástico sintético adicional esencialmente no esté contenido en el cuerpo moldeado que presenta celulosa. Esto tiene la ventaja de que se pueden ajustar (selectivamente) las proporciones deseadas de plásticos, por ejemplo PET y PUR, de modo especialmente conveniente. En este caso, el primer y segundo plástico sintético adicional pueden ser el mismo. Asimismo, el primer y segundo plástico sintético adicional pueden ser diferentes.
Un cuerpo moldeado reciclado (de Lyocell) producido correspondientemente puede tener propiedades muy similares a las de una fibra de celulosa no reciclada. En especial, las propiedades se pueden aproximar aún más a las de las fibras de Lyocell no recicladas mediante adición complementaria de tejido de Lyocell reciclado, de modo que apenas se pueda determinar ya una diferencia mediante la técnica de medición.
Según otro ejemplo de realización, el procedimiento presenta además: i) suministrar al menos otro material de partida que contiene celulosa y al menos un plástico sintético, en especial un plástico sintético del grupo que está constituido por elastano, poliéster, poliamida, poliéter y poliuretano, en donde la fracción de plástico sintético en el material de partida y el material de partida adicional es diferente, y ii) generar el cuerpo moldeado que presenta celulosa a base del material de partida y del material de partida adicional de tal manera que el cuerpo moldeado celulósico regenerado presente al menos una propiedad predeterminada. Esto tiene la ventaja de que las fracciones deseadas de plástico sintético se pueden ajustar, o bien influenciar correspondientemente en lo esencial sin uso adicional de procedimientos químicos.
En una forma de realización preferida, las cantidades residuales de plástico sintético contenidas en los materiales de partida se ajustan a una cantidad específica. El cuerpo moldeado celulósico regenerado producido después de la adición de varios materiales de partida específicos puede tener entonces concentraciones de plástico, o bien composiciones deseadas y propiedades químicas/físicas correspondientemente específicas. Estas pueden ser, por ejemplo, propiedades que corresponden a las de una fibra de Lyocell no reciclada.
En especial, mediante mezclado de diferentes composiciones de materiales de partida, como ropa usada y/o restos de la producción de ropa, se puede ajustar una propiedad específica, por ejemplo la concentración de elastano y opcionalmente al menos otro plástico sintético, y se puede controlar selectivamente el uso y/o la funcionalización posterior.
En otra forma de realización preferida se mezclan diferentes materiales de partida de diferente composición de tal manera que se ajusten las fracciones deseadas de los diferentes plásticos. Esta variante de realización reducida en productos químicos o sin productos químicos (que se consigue únicamente mediante mezclado de materiales de partida) puede considerarse especialmente ventajosa en términos de consumo de recursos y en base a aspectos ecológicos.
Según una forma de realización, el procedimiento puede presentar un procesamiento posterior de la celulosa precipitada para obtener el cuerpo moldeado a partir de la preforma del cuerpo moldeado. Tal procesamiento posterior opcional puede incluir, por ejemplo, un secado, una impregnación y/o transformación de los filamentos de celulosa obtenidos. Mediante un correspondiente procesamiento posterior, es posible concluir la producción del cuerpo moldeado al final del procedimiento de Lyocell en una aplicación específica.
Según un ejemplo de realización, las fibras del material de partida y/o las fibras del cuerpo moldeado pueden presentar un área exterior lisa redonda. Como se muestra en la Figura 3, las fibras de celulosa extraídas mediante el procedimiento de Lyocell se caracterizan por dicha forma y, por lo tanto, se destacan de otras formas de fibras como las que se encuentran en el algodón natural o se obtienen mediante un procedimiento de viscosa.
Los cuerpos moldeados producidos según la invención se pueden utilizar, por ejemplo, como material de embalaje, material de fibras, compuestos textiles, compuestos de fibras, vellones de fibras, fieltros punzonados, guata de tapicería, tejidos, géneros de punto, como textiles para el hogar, como ropa de cama, como prendas de vestir, como material de relleno, material flocado, textiles sanitarios, como compresas, pañales o colchones, como material para mantas térmicas, plantillas para zapatos, así como apósitos para heridas. Los ejemplos de realización de la invención pueden ser aplicables en una amplia variedad de áreas técnicas así como en medicina y en cosmética y bienestar. En medicina, por ejemplo, los materiales para el tratamiento de heridas y la cicatrización de heridas pueden estar compuestos por un soporte, que determina las propiedades mecánicas, y un material de revestimiento biocompatible, que sea especialmente compatible con la piel y la superficie de la herida. Son posibles muchas otras aplicaciones.
A continuación se describen en detalle ejemplos de realización de la presente invención con referencia a las siguientes figuras.
La Figura 1 muestra un diagrama de flujo de un procedimiento para producir un cuerpo moldeado celulósico regenerado según un ejemplo de realización ejemplar de la invención.
La Figura 2 muestra un aparato para producir un cuerpo moldeado celulósico regenerado usando un procedimiento de Lyocell según un ejemplo de realización ejemplar de la invención.
La Figura 3 muestra una fibra de celulosa producida mediante un procedimiento de Lyocell.
La Figura 4 muestra una fibra de celulosa producida mediante un procedimiento de viscosa.
La Figura 5 muestra una fibra de celulosa natural de una planta de algodón.
Componentes iguales o similares en diferentes figuras están provistos de los mismos números de referencia.
Antes de describir ejemplos de realización ejemplares con referencia a las figuras, se deben resumir algunas consideraciones básicas, en base a las cuales se han derivado ejemplos de realización de la invención.
Según un ejemplo de realización ejemplar de la invención, los polímeros residuales de los materiales de partida se usan como intensificadores de adhesión entre fibras de celulosa o como intensificadores de las propiedades termoplásticas dentro de un cuerpo moldeado de Lyocell. Permanecen esencialmente inertes hasta la finalización de un determinado paso del proceso de producción. Por consiguiente, en especial se puede conseguir un endurecimiento posterior de un tejido mediante calor (análogamente al adhesivo termofusible) (por ejemplo camisas que no necesitan planchado, plisados, etc.). Habitualmente se utiliza un procedimiento complejo para la producción de tejidos que tienen la propiedad de una estabilidad dimensional elevada (por ejemplo sin planchado). Esto puede ser, por ejemplo, una combinación de procedimientos químicos muy complejos, como un tratamiento con amoníaco líquido. Hace que la camisa parezca nueva durante mucho tiempo. También es posible la llamada “reticulación en húmedo”, en la que se construye un puente elástico entre las moléculas de celulosa de algodón. Este puente devuelve la forma a la tela después del lavado. Sin embargo, la reticulación en húmedo con “resinas sintéticas” requiere un modo de trabajo muy preciso.
Sin embargo, mediante el control selectivo de la fracción de polímeros residuales (por ejemplo poliuretanos de elastano de textiles usados), según un ejemplo de realización, se puede conseguir una cierta termoplasticidad en una fibra de Lyocell, que devuelve la fracción correspondiente de polímeros residuales de un material de partida mediante el proceso de empobrecimiento, según un ejemplo de realización ejemplar de la invención, de nuevo a un cuerpo moldeado de Lyocell a través de un procedimiento de Lyocell.
Según otro ejemplo de realización de la invención se aprovechan las propiedades termoplásticas del poliuretano residual, en especial del poliuretano termoplástico (TPU). Las diferentes propiedades conocidas de este grupo de sustancias en cuanto a fases duras y blandas, así como su diferente grado de cristalización, pueden incorporarse como factor adicional en la funcionalización de plásticos residuales mediante un control del tiempo de procesamiento y la temperatura de procesamiento (es decir, el tiempo de residencia en y temperatura de la disolución de hilatura). En este caso se pueden combinar las siguientes propiedades:
i) el TPU altamente cristalino y, por otro lado, el TPU transparente se complementan en los campos de aplicación para dar múltiples posibilidades de uso y elevada amplitud de variación del material;
ii) una fase blanda acoplada a isocianatos de metilendifenilo (MDI) está constituida, por un lado, por poliesterdioles con pesos moleculares entre 1000 y 2000 g/mol, a base de ácido adípico, o está constituida por policaprolactona pura. Por otro lado, son posibles polieterdioles obtenidos a partir de tetrahidrofurano o glicoles C2, C3.
Según el caso de aplicación, ahora se puede decidir qué fase blanda es apropiada. Dos aspectos importantes son la sensibilidad a la oxidación del éter y la propensión a la hidrólisis del éster-TPU.
Por la química orgánica se conoce la reacción de un éter con oxígeno para dar hidroperóxido y alcohol, lo que, en el caso de un polímero, conduce a la rotura de la cadena, es decir, a la reducción del peso molecular. Esto ocasiona la necesidad de estabilizar los tipos de poliéter con correspondientes agentes antienvejecimiento (por ejemplo fenoles con impedimento estérico) para aumentar razonablemente su vida útil. Si se compara el TPU de éter y éster en un envejecimiento al aire a 100 °C con el tiempo, se evidencia en gran medida la mejor estabilidad del poliéster.
Por el contrario, un TPU de éter se caracteriza por una buena resistencia a la degradación hidrolítica y microbiana. Por lo tanto, las aplicaciones extremas en exteriores son perfiles de uso apropiados para los tipos de poliéter. En el caso de una acción de la luz elevada, también se puede estabilizar contra los daños causados por la luz UV.
En base a lo discutido anteriormente, es posible avanzar hacia el ámbito del TPU blando sin plastificantes. Esto no se ha conseguido hasta ahora porque con la reducción de la fracción de fase dura, el TPU no solo se vuelve más blando, sino también más plástico, y recristaliza demasiado lentamente después del procesamiento termoplástico para poder producir piezas acabadas en un tiempo razonable. Además se puede observar otro efecto, que es la lenta cristalización de los bloques cortos de fase dura. Si se reduce significativamente la fracción de fase dura, los bloques de cristalización también se acortan notablemente. Esto reduce la temperatura de fusión, pero también la recristalización. Esta lenta cristalización también ocasiona un reendurecimiento paulatino del material después del procesamiento.
Dado que frecuentemente no se conocen los correspondientes parámetros de material en detalle para un material de partida suministrado de origen desconocido, mediante la adaptación dinámica de los parámetros de procesamiento descritos (tiempo y temperatura) en la disolución de hilatura se puede encontrar una universalidad para la mayoría del PUR reciclado, que conduce a las propiedades de material deseadas. Alternativamente, se puede lograr una adaptación de la estabilidad del proceso (en caso dado incluso adaptación dinámica en el ámbito de un proceso Conti) mediante correspondientes variaciones de fracción en diferentes variantes de PUR en el reciclado bruto sin afectar los parámetros del material del cuerpo moldeado de Lyocell resultante.
LaFigura 1muestra un diagrama de flujo 50 de un procedimiento para producir un cuerpo moldeado celulósico regenerado 102 (véase la Figura 2) según un ejemplo de realización ejemplar de la invención.
El material de partida 110 (véase la Figura 2) presenta celulosa y elastano, opcionalmente otros plásticos sintéticos, y se presenta en forma de ropa usada y/o restos de la producción de ropa.
Como se representa con el bloque 60, una materia prima 110 producida de este modo puede, en el caso de ropa usada, ser utilizada por un consumidor, por ejemplo como prenda de vestir. Si el consumidor desecha la prenda, esta se puede usar como material de partida postconsumo 110 para un posterior procedimiento de Lyocell o viscosa, en donde el primero se describe con más detalle a continuación.
Alternativa o adicionalmente también es posible utilizar un material de partida preconsumo 110 que presente celulosa, por ejemplo restos de recortes de la producción de prendas de vestir.
A continuación se describe cómo se pueden producir cuerpos moldeados 102 de celulosa según un ejemplo de realización de la invención a partir del material de partida 110 que presenta al menos parcialmente celulosa. Para este propósito, el material de partida 110 se suministra a un aparato 100 (véase la Figura 2) para llevar a cabo un procedimiento de Lyocell, véase signo de referencia 78.
En primer lugar puede realizarse una trituración mecánica 62 del material de partida 110 mediante desfibrado. De este modo, del material de partida 110 se pueden eliminar sobre todo materiales extraños grandes no celulósicos, por ejemplo botones, costuras y estampados de ropa usada que se utilizó al menos parcialmente para producir el material de partida 110. Mediante la trituración mecánica 62, por ejemplo, el material de partida 110 se puede separar en fibras individuales.
También es posible (véase el bloque 64) usar el material de partida 110 que presenta celulosa junto con otros materiales que presenten celulosa para el subsiguiente procedimiento de Lyocell. Por consiguiente, el material de partida 110 se puede mezclar con otro material de partida que presente celulosa y al menos un plástico sintético, véase el bloque 64. Este material de partida adicional suministrado presenta una fracción de plásticos sintéticos que es diferente de la proporción de plástico sintético en el material de partida 110. La generación del cuerpo moldeado celulósico regenerado se puede realizar ahora basándose en el material de partida 110 y el otro material de partida, de modo que el cuerpo moldeado celulósico regenerado 102 contenga una fracción predeterminada de plástico sintético. El otro material de partida puede contener, alternativa o adicionalmente, por ejemplo, también restos de la producción de ropa.
Inmediatamente después de la trituración mecánica 62, o bien inmediatamente después del mezclado 64, se puede efectuar una disolución directa 68 del material de partida 110 (puro, o bien mezclado) en otro disolvente 116 (por ejemplo óxidos de amina terciarios como N-óxido de N-metilmorfolina (NMMO)) ventajosamente sin tratamiento previo químico. Más exactamente, el material de partida 110 triturado mecánicamente (y opcionalmente mezclado) se puede convertir directamente en disolución, en particular sin purificación química y sin ajuste de la viscosidad. De esta manera, el procedimiento de producción, o bien reciclaje, se puede llevar a cabo de forma excepcionalmente sencilla y rápida, así como respetuosa con el medio ambiente. Sorprendentemente, se ha descubierto que después de la trituración mecánica 62 en el material de partida 110, el elastano como sustancia extraña residual (pero también otros plásticos sintéticos) no interfiere con el proceso de Lyocell y no influye negativamente en la calidad de la celulosa de Lyocell recuperada. Por el contrario, ciertas cantidades de elastano pueden permanecer en las fibras de celulosa producidas sin empeorar sus propiedades e incluso mejorar estas. Tampoco ciertas cantidades de poliéster residual interfieren con el producto obtenido.
Alternativamente, el procedimiento puede incluir una purificación química 66 opcional del material de partida 110 después de la trituración mecánica 62 (o después del mezclado 64) y antes de la disolución 68. Tal purificación 66 opcional puede presentar, por ejemplo, una eliminación al menos parcial de colorantes mediante blanqueo. De este modo es posible decolorar total o parcialmente el material de partida 110 antes de la subsiguiente disolución 68 del material de partida 110 en el disolvente 116, por ejemplo para producir cuerpos moldeados 102 blancos o grises. Alternativa o adicionalmente, también es posible que el material de partida 110 (antes o después de su disolución 68) se libere al menos parcialmente de agentes reticulantes que reticulan las fibras del material de partida 110 en el ámbito de la purificación química 66 opcional. En aplicaciones en las que tales reticulantes se presentan entre las fibras del material de partida 110, el material de partida 110 puede liberarse total o parcialmente de estos reticulantes, por ejemplo mediante un pretratamiento alcalino o ácido. Esto mejora aún más la solubilidad del material de partida 110. Por medio de la purificación 66, opcionalmente se puede eliminar al menos parte del plástico sintético si se desea. De esta manera se puede ajustar o influenciar, por ejemplo, la fracción de plástico sintético en el cuerpo moldeado 102 a producir.
Después de la disolución 68 del material de partida 110 en disolvente (preferiblemente NMMO), la disolución de hilatura de Lyocell 104 obtenida se puede prensar a través de una o más toberas de hilatura, mediante lo cual se producen hilos o filamentos de viscosidad similar a la de la miel (véase bloque 70, que se refiere a esta hilatura).
Durante y/o después de la caída de estos hilos, o bien filamentos, estos se ponen en conexión operativa con un entorno acuoso y se diluyen de este modo. De este modo se reduce la concentración del disolvente 116 de los hilos, o bien filamentos en una niebla acuosa, o bien en un baño de líquido acuoso en tal medida que la disolución de hilatura de Lyocell se convierte en una fase sólida de filamentos de celulosa. En otras palabras, se produce una precipitación, caída o coagulación de los filamentos de celulosa, véase el signo de referencia 72. De este modo se obtiene una preforma del cuerpo moldeado 102.
La generación 80 de la celulosa regenerada y, en el cuerpo moldeado 102 que contiene elastano incorporado en celulosa, en particular la disolución 68, la hilatura 70 y la subsiguiente precipitación 72, mediante un procedimiento de Lyocell se realiza por lo tanto a base de un material de partida 110, que a su vez presenta celulosa y elastano.
Además, el método puede presentar el procesamiento posterior 74 de la celulosa de Lyocell precipitada para obtener el cuerpo moldeado 102 a partir de la preforma del cuerpo moldeado 110. Dicho procesamiento posterior puede incluir, por ejemplo, un secado, una impregnación y/o una transformación de los filamentos resultantes en el cuerpo conformado 102 final. Por ejemplo, el cuerpo conformado 102 se puede procesar para dar fibras, una película, un tejido, un vellón, una esfera, una esponja porosa o perlas y suministrar después para usos posteriores (véase el signo de referencia 76).
Después del uso del cuerpo moldeado 102, su celulosa y elastano se pueden recuperar ventajosamente de nuevo llevando a cabo otro procedimiento correspondiente a las etapas de procedimiento entre los signos de referencia 78 y 74 (véase el bloque 80). Alternativamente, la celulosa, el elastano y opcionalmente otro plástico sintético de la pieza moldeada 102 se pueden recuperar en otro procedimiento (véase el otro bloque 80), por ejemplo un procedimiento de viscosa. Esta repetibilidad múltiple del reciclaje mediante etapas de procedimiento repetidas es posible gracias al conocimiento de que sorprendentemente es posible una mejora de las propiedades de las fibras, en particular la resistencia, mediante el reciclaje de materiales de partida de celulosa que contienen elastano.
LaFigura 2muestra un aparato 100 para la producción de un cuerpo moldeado celulósico regenerado 102 mediante un procedimiento de Lyocell basado en un material de partida que presenta celulosa y elastano, según un ejemplo de realización de la invención, que se describió con referencia a la Figura 1.
Por lo tanto, la Figura 2 muestra un aparato 100 según un ejemplo de realización de la invención para producir un cuerpo moldeado 102 que presenta celulosa, que se produce, por ejemplo, en forma de un vellón (material no tejido), como fibra, película, esfera, tejido textil, esponja o en forma de perlas o escamas. Según la Figura 2, el cuerpo moldeado 102 se produce directamente a partir de una disolución de hilatura 104. Esta último se transforma mediante un fluido de coagulación 106 (en particular a partir de la humedad del aire) y/o un baño de coagulación 191 (por ejemplo un baño de agua que contiene opcionalmente óxidos de amina terciarios como N-óxido de N-metilmorfolina (NMMO)) en fibras de celulosa 108 como cuerpo moldeado 102. Se puede llevar a cabo un procedimiento de Lyocell mediante el aparato 100. De esta manera, por ejemplo, se pueden producir filamentos o fibras 108 esencialmente continuas o mezclas de filamentos y fibras 108 esencialmente continuas de longitud discreta como cuerpos moldeados 102. Se proporciona una pluralidad de toberas, que tienen respectivamente una o más aberturas 126 (que también pueden denominarse orificios de hilatura), para expulsar la disolución de hilatura de Lyocell 104.
Como se puede extraer de la Figura 2, se puede suministrar un material de partida 110 a base de celulosa a un tanque de almacenamiento 114 a través de un dispositivo dosificador 113.
Según un ejemplo de realización, se puede efectuar una introducción de agua en el material de partida 110 a base de celulosa mediante un disolvente 116 (en particular NMMO) descrito con más detalle a continuación. El propio material de partida 110 a base de celulosa puede contener ya una cierta humedad residual (la celulosa seca, por ejemplo, tiene frecuentemente una humedad residual de 5 por ciento a 8 por ciento en peso). En especial, según el ejemplo de realización descrito, el material de partida 110 se puede añadir directamente a una mezcla de agua y disolvente 116 sin humectación previa. Entonces se puede omitir un recipiente de agua 112 opcional mostrado en la Figura 2.
Según un ejemplo de realización alternativo, el material de partida 110 que presenta celulosa se puede humedecer adicionalmente para proporcionar de ese modo celulosa húmeda. Para ello, se puede suministrar agua desde un recipiente de agua 112 opcional al tanque de almacenamiento 114 a través del dispositivo dosificador 113. Por lo tanto, el dispositivo dosificador 113, controlado por medio de un dispositivo de control 140, puede suministrar al tanque de almacenamiento 114 cantidades relativas ajustables de agua y material de partida 110.
Un disolvente apropiado 116, preferiblemente óxidos de amina terciarios como N-óxido de N-metilmorfolina (NMMO), o bien una mezcla acuosa del disolvente 116, por ejemplo una disolución al 76 % de NMMO en agua, está contenido en un recipiente de disolvente. La concentración del disolvente 116 se puede ajustar en un dispositivo de concentración 118 mediante adición de disolvente puro o agua. A continuación, el disolvente 116 se puede mezclar con el material de partida 110 en cantidades relativas definibles en una unidad de mezclado 119. También la unidad de mezclado 119 se puede controlar por medio de la unidad de control 140. De este modo, el material de partida 110 que presenta celulosa se disuelve en el disolvente concentrado 116 en un dispositivo de disolución 120 con cantidades relativas ajustables, mediante lo cual se obtiene la disolución de hilatura de Lyocell 104. Los intervalos de concentración relativos (también denominados ventanas de hilatura) de los componentes material de partida 110, agua y disolvente 116 en la solución de hilatura 104 para la producción de cuerpos moldeados regenerados celulósicos según el procedimiento de Lyocell puede ajustarse apropiadamente, como es conocido por el especialista.
La disolución de hilatura de Lyocell 104 se suministra a un dispositivo de generación de fibra 124 (que puede estar formado con un número de barras de hilatura o chorros 122).
Cuando la disolución de hilatura de Lyocell 104 se conduce a través de las aberturas 126 de los chorros 122, esta se divide en una pluralidad de hilos paralelos de disolución de hilatura de Lyocell 104. El control del proceso descrito transforma la disolución de hilatura de Lyocell 104 en hilos cada vez más largos y finos, cuyas propiedades se pueden ajustar mediante correspondiente ajuste de las condiciones del proceso, controladas por la unidad de control 140. Opcionalmente, un flujo de gas puede acelerar la disolución de hilatura de Lyocell 104 en su camino desde las aberturas 126 hasta una unidad receptora de fibra 132.
Después de que la disolución de hilatura de Lyocell 104 se mueve a través de los chorros 122 y más hacia abajo, los hilos largos y finos de la disolución de hilatura de Lyocell 104 interaccionan con el fluido de coagulación 106.
En la interacción con el fluido de coagulación 106 (por ejemplo agua), la concentración de disolvente de la disolución de hilatura de Lyocell 104 se reduce de modo que la celulosa del material de partida 110 se coagula, o bien precipita al menos parcialmente como fibras de celulosa largas y finas 108 (que todavía pueden contener restos de disolvente y agua).
Durante o después de la formación inicial de las fibras de celulosa 108 individuales a partir de la disolución de hilatura de Lyocell extruida 104, las fibras de celulosa 108 se recogen en la unidad receptora de fibras 132. Las fibras de celulosa 108 pueden sumergirse en el baño de coagulación 191 representado en la Figura 2 (por ejemplo un baño de agua, que presenta opcionalmente un disolvente como NMMO) y pueden completar su precipitación tras la interacción con el líquido del baño de coagulación 191. Dependiendo del ajuste del proceso de coagulación, la celulosa puede formar fibras de celulosa 108 (como se muestra, en donde las fibras de celulosa 108 se pueden fundir entre sí en una sustancia, o bien integralmente (“fusión”) o se pueden presentar como fibras de celulosa 108 separadas) o se puede formar una lámina, o bien una película de celulosa sobre la unidad receptora de fibra 132 (no representada en la Figura 2).
Por lo tanto, las fibras de celulosa 108 se extruyen de las toberas de hilatura del chorro 122 y se conducen a través del baño de hilatura, o bien baño de coagulación 191 (que contiene, por ejemplo, agua y NMMO en baja concentración para la precipitación/coagulación), en donde las fibras de celulosa 108 se conducen alrededor un respectivo rodillo de desvío 193 en el baño de coagulación 191 y se suministran fuera del baño de coagulación 191 a un godet de extracción 195. El godet de extracción 195 asegura un transporte adicional y un estiramiento posterior de las fibras de celulosa 108 para obtener un título deseado. Después del godet de extracción 195 se lava el haz de fibras formado por las fibras de celulosa 108 en una unidad de lavado 180, en caso dado se opcionalmente se aviva y finalmente se corta (no mostrado).
Aunque esto no se muestra en la Figura 2, el disolvente 116 de la disolución de hilatura de Lyocell 104, que se ha eliminado de las fibras de celulosa 108 en la coagulación y en un subsiguiente lavado en la unidad de lavado 180, se puede recuperar, o bien reciclar al menos parcialmente en un subsiguiente lavado y transferir de nuevo al tanque de almacenamiento 114.
Durante el transporte a lo largo de la unidad receptora de fibras 132, el cuerpo moldeado 102 (aquí en forma de fibras de celulosa 108) se puede lavar por medio de la unidad de lavado 180, suministrando esta última un líquido de lavado para eliminar restos de disolvente. A continuación se puede secar el cuerpo moldeado 102.
El cuerpo moldeado 102 se puede someter además a un tratamiento posterior, véase la unidad de tratamiento posterior 134 representada esquemáticamente. Por ejemplo, tal tratamiento posterior puede incluir un hidroentrelazamiento, un tratamiento con agujas, una impregnación, un tratamiento con vapor con un vapor suministrado bajo presión y/o calandrado, etc.
La unidad receptora de fibras 132 puede alimentar el cuerpo moldeado 102 a un dispositivo de bobinado 136, en el que se puede enrollar el cuerpo moldeado 102. El cuerpo moldeado 102 se puede suministrar entonces como producto en rollo a una entidad que produce productos como toallitas o textiles basados en el cuerpo moldeado 102.
LaFigura 3muestra una fibra de celulosa 200 producida por medio del procedimiento de Lyocell en sección transversal. La fibra de celulosa 200 producida por medio del procedimiento de Lyocell tiene una área exterior 202 lisa redonda y está rellena con material de celulosa de manera homogénea y libre de agujeros macroscópicos. Por lo tanto, un especialista puede diferenciar claramente esta de fibras de celulosa producidas por medio de un procedimiento de viscosa (véase signo de referencia 204 en la Figura 4) y de fibras de celulosa de plantas de algodón (véase signo de referencia 206 en la Figura 5).
LaFigura 4muestra una sección transversal de una fibra de celulosa 204 producida por medio de un procedimiento de viscosa. La fibra de celulosa 204 tiene forma de nube y presenta una pluralidad de estructuras arqueadas 208 a lo largo de su circunferencia exterior.
LaFigura 5muestra una fibra de celulosa natural 206 de una planta de algodón en sección transversal. La fibra de celulosa 206 tiene forma de riñón y presenta en el interior un lumen libre de material 210 como cavidad completamente rodeada.
Basándose en las importantes diferencias geométricas, o bien estructurales de las fibras según la Figura 3 a la Figura 5, para un especialista es posible determinar inequívocamente, por ejemplo bajo un microscopio, si una fibra de celulosa se formó por medio del procedimiento de Lyocell, por medio del procedimiento de viscosa o de forma natural en una planta de algodón.
Además, cabe señalar que “presentando” no excluye otros elementos o etapas y “un” o “una” no excluye una pluralidad. Además, cabe señalar que las características o etapas que se han descrito con referencia a uno de los ejemplos de realización descritos anteriormente también se pueden usar en combinación con otras características o etapas de otras realizaciones descritas anteriormente. Los signos de referencia en las reivindicaciones no deben considerarse una limitación.
Claims (14)
1. Cuerpo moldeado celulósico regenerado (102), en particular fabricado según un procedimiento de Lyocell o un procedimiento de viscosa, que presenta elastano,
en donde el elastano está incorporado en el cuerpo moldeado (102),
en donde el elastano procede al menos parcialmente de restos de la fabricación de ropa y/o de ropa usada, en donde el cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) comprende al menos una sustancia extraña adicional, que procede de residuos de la producción de ropa y/o ropa usada.
2. El cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) según la reivindicación 1,
en donde el cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) comprende al menos 0,1 % de poliuretano, en donde al menos 10 % de poliuretano se asigna a elastano, y
en donde el elastano es un copolímero en bloques, que comprende los bloques poliuretano, PUR y éter de polietilenglicol, PEG.
3. El cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) según la reivindicación 1 o 2, en donde el cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) presenta 0,1% a 5 % de elastano.
4. El cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) según una de las reivindicaciones anteriores,
en donde la sustancia extraña comprende al menos otro plástico sintético.
5. El cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) según la reivindicación 4, en donde el otro plástico sintético presenta al menos una compatibilidad que es al menos una del grupo que consiste en compatibilidad con ésteres, compatibilidad con amidas y compatibilidad con éteres,
en donde la compatibilidad describe la integración de grupos químicos entre sí.
6. El cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) según la reivindicación 4 o 5, en donde el otro plástico sintético está incorporado al menos parcialmente en la celulosa.
7. El cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) presenta al menos una de las siguientes características:
el cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) se selecciona a partir del grupo que comprende una fibra, una lámina, una esfera o una esponja;
el cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) presenta una extensibilidad de fibra que es al menos 10 %, en particular al menos 20 %, más elevada que la extensibilidad de fibra de una fibra de Lyocell habitual;
el cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) presenta valores de resistencia de una fibra de Lyocell habitual; el cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) presenta una tendencia reducida a la fibrilación en comparación con una fibra de Lyocell habitual;
en donde una fibra de Lyocell habitual presenta al menos una de las siguientes propiedades:
la fuerza máxima de tracción, FFk, está en el intervalo de 35 a 45 cN/dtex,
la fuerza máxima de tracción en húmedo, FFn, está en el intervalo de 32 a 42 cN/dtex,
el alargamiento máximo, FDk, está en el intervalo de 10 a 15 %,
la fuerza máxima de tracción en húmedo, FDn, está en el intervalo de 16 a 20 %.
8. Procedimiento para producir un cuerpo moldeado celulósico regenerado (102), en donde el procedimiento presenta: proporcionar (78) un material de partida (110), que presenta celulosa y elastano, en especial en donde el elastano está presente en el material de partida (110) por separado de la celulosa,
en donde el material de partida (110) es un cuerpo sólido, y
en donde el material de partida (110) presenta total o parcialmente restos de la producción de ropa y/o ropa usada; y
generar (80) el cuerpo moldeado (102) que presenta celulosa, en especial por medio de un procedimiento de Lyocell o un procedimiento de viscosa, a base del material de partida (110), de tal manera que el cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) comprenda al menos una parte del elastano del material de partida (110), en donde la parte de elastano del material de partida (110) está incorporada en el cuerpo moldeado celulósico regenerado (102).
9. Procedimiento según la reivindicación 8,en donde el cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) presenta una fracción de plástico sintético, que procede al menos en una medida de 0,1 % del material de partida (110).
10. El procedimiento según la reivindicación 8 o 9, que presenta además:
disolver (68) el material de partida (110) en un disolvente (116) por medio de un procedimiento de disolución directa, en especial en N-óxido de N-metilmorfolina, NMMO, para obtener una disolución de hilatura (104); extruir (70) la disolución de hilatura (104) a través de boquillas de hilatura a menos de 150°C, de tal manera que sea posible una incorporación al menos parcial de plástico sintético, en especial elastano, en la celulosa.
11. El procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 10, que presenta además:
suministrar (64) a la disolución de hilatura (104) al menos una sustancia del grupo que está constituido por fibras de celulosa, materiales extraños, pulpa química, hemicelulosa y fibras de celulosa con longitud de cadena corta.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 11,
en donde el material de partida (110) presenta al menos otro plástico sintético del grupo que está constituido por poliéster, poliamida, poliuretano y poliéter.
13. Procedimiento según la reivindicación 12, que presenta además:
mantener un primer plástico sintético adicional,
en particular uno del grupo que está constituido por poliéster, poliamida y poliéter,
a partir del material de partida (110) para generar el cuerpo moldeado celulósico regenerado (102),
de tal manera que el primer plástico sintético adicional esté esencialmente contenido en el cuerpo moldeado celulósico regenerado (102);
y/o
eliminar, en especial eliminar por completo, un segundo plástico sintético adicional,
en especial uno del grupo que está constituido por poliéster, poliamida y poliéter,
a partir del material de partida,
de tal manera que el segundo plástico sintético adicional no esté contenido esencialmente en el cuerpo moldeado celulósico regenerado (102),
en especial en donde el primer plástico sintético adicional es diferente del segundo plástico sintético adicional.
14. El procedimiento según una de las reivindicaciones 12 o 13, que presenta además:
suministrar (64) al menos otro material de partida, que presenta celulosa y al menos un plástico sintético, en especial un plástico sintético del grupo que está constituido por elastano, poliéster, poliamida, poliéter y poliuretano,
en donde la fracción de plástico sintético en el material de partida (110) y el otro material de partida es diferente; y generar el cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) a base del material de partida (110) y del otro material de partida,
de tal manera que el cuerpo moldeado celulósico regenerado (102) presente al menos una propiedad predeterminada,
en donde la propiedad predeterminada presenta la concentración de elastano.
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