ES3036050T3 - Moulded article comprising cellulose incorporated into elastane and method of manufacturing - Google Patents

Abstract

Un método para producir un cuerpo moldeado con 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 con celulosa (102) mediante un proceso de lyocell 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) con elastano incorporado en la celulosa se produce mediante un proceso de lyocell. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Cuerpo moldeado que comprende celulosa incorporada en elastano y método de fabricación

La invención se refiere a un cuerpo moldeado celulósico regenerado y a un método para producir el cuerpo moldeado.

La invención se refiere al campo técnico de la reutilización (reciclaje), en particular a la reutilización de materiales de partida que contienen celulosa. Además, la invención se refiere en particular a la reutilización de estos materiales de partida para producir un cuerpo moldeado que también contiene celulosa, en particular presentándose la celulosa del cuerpo moldeado esencialmente en forma de fibras de lyocell y/o fibras de viscosa.

Las fibras de viscosa son fibras sintéticas o regeneradas producidas mediante un proceso de hilado en húmedo conocido como proceso viscosa. El material de partida inicial para el proceso viscosa es la celulosa, obtenida de la madera. A partir de este material de partida, la madera, se obtiene celulosa de alta pureza en forma de pulpa química. En etapas sucesivas del proceso, la pulpa se trata primero con hidróxido de sodio, formando celulosa alcalina. La reacción posterior de esta celulosa alcalina con disulfuro de carbono forma xantato de celulosa. A partir de esto, la adición de hidróxido de sodio produce la solución de hilado de viscosa, que se bombea a través de orificios en boquillas de hilado tipo ducha hacia un baño de hilado. Allí, la coagulación produce un filamento de viscosa por orificio de la boquilla de hilado. Los filamentos de viscosa producidos de esta manera se cortan en fibras discontinuas de viscosa.

El lyocell es un tipo de fibra regenerada con celulosa, producida mediante un proceso directo con disolventes. La celulosa para el proceso de lyocell se extrae de la madera como material de partida. La pulpa resultante se disuelve en N-óxido de N-metilmorfolina (NMMO), un disolvente, eliminando el agua sin modificación química, se filtra y se prensa a través de boquillas de hilado. Los filamentos resultantes se precipitan en un baño con una solución acuosa de NMMO tras pasar por un espacio de aire y, posteriormente, se cortan en fibras discontinuas.

Al utilizar materiales como materias primas para la producción de celulosa, suele surgir el problema de la pureza de estos materiales de partida. Estos materiales de partida suelen estar contaminadas con materiales no típicos de la madera. En particular, los textiles usados actuales (ropa usada o restos de la producción textil) están altamente contaminados con plásticos sintéticos. Por un lado, esto se debe a que se componen principalmente de plásticos. Por otro lado, muchos textiles usados actuales, compuestos principalmente de fibras naturales, también están, al menos parcialmente, contaminados con plásticos. Durante el procesamiento de estos materiales reciclados (reciclaje textil), al cerrar el ciclo del material, surgen diversas sustancias extrañas indeseables, como los plásticos sintéticos mencionados anteriormente, que deben eliminarse durante la producción de fibra para garantizar que las propiedades técnicas y físicas sean lo suficientemente similares a las de una fibra no reciclada. Normalmente, estas sustancias extrañas, especialmente los poliuretanos, se eliminan lo más completamente posible. Para obtener la celulosa más pura posible, es necesario agotar la cantidad de estos plásticos sintéticos. Sin embargo, el agotamiento de los poliuretanos (por ejemplo, el elastano de la ropa deportiva elástica) es especialmente complejo.

Otro problema con el uso de materiales reciclados, como textiles usados, en procesos de lyocell o viscosa es que las celulosas recuperadas de los textiles usados suelen tener longitudes de cadena relativamente cortas. Por lo tanto, las fibras recicladas presentan propiedades diferentes a las de las fibras no recicladas, lo cual suele ser indeseable.

El documento WO 2015/049040 A1 describe la producción de una solución de hilado de lyocell, en el que se pueden añadir elastómeros termoplásticos (TPE) a la solución de hilado para producir las denominadas fibras híbridas.

Un objetivo de la presente invención es producir productos de celulosa con propiedades específicas de una manera sostenible y ahorrando recursos.

Este objetivo se logra mediante el objeto de las reivindicaciones independientes de la patente. Las configuraciones preferidas se exponen en las reivindicaciones dependientes de la patente.

Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un cuerpo moldeado celulósico regenerado que tiene elastano incorporado en la celulosa y que se produce mediante un proceso de lyocell o un proceso de viscosa.

Según un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un método para producir un cuerpo moldeado que contiene celulosa, comprendiendo el método: i) proporcionar un material de partida compuesto por celulosa y elastano, en particular estando el elastano presente en el material de partida por separado de la celulosa, siendo el material de partida un sólido; y ii) producir el cuerpo moldeado que contiene celulosa, en particular mediante un proceso de lyocell o un proceso de viscosa, a partir del material de partida, de modo que el cuerpo moldeado celulósico regenerado tenga al menos una parte del elastano del material de partida incorporado a la celulosa. En este caso, la parte del elastano del material de partida se incorpora al cuerpo moldeado celulósico regenerado.

A los efectos de esta solicitud, el término "celulosa" se entiende, en particular, como un compuesto orgánico que forma parte de las paredes celulares de las plantas o que puede producirse sintéticamente. La celulosa es un polisacárido (es decir, un azúcar complejo). No está ramificada y suele contener de varios cientos a decenas de miles de moléculas de p-D-glucosa (enlaces p-1,4-glucosídicos) o unidades de celobiosa. Las plantas sintetizan fibras de celulosa a partir de moléculas de celulosa de forma controlada. Mediante un proceso técnico, las moléculas de celulosa pueden combinarse para formar fibras regeneradas, por ejemplo, fibras resistentes al desgarro.

En el contexto de esta solicitud, el término "cuerpo moldeado" se refiere, en particular, a un cuerpo geométrico bidimensional o tridimensional resultante de un proceso de producción o recuperación de celulosa. En particular, un cuerpo moldeado se refiere a un objeto bidimensional o tridimensional que comprende o consiste en celulosa y se produce a partir de pulpa disuelta. Los cuerpos moldeados pueden ser, en particular, cuerpos moldeados de lyocell, cuerpos moldeados de viscosa o cuerpos moldeados de modal. Los cuerpos moldeados típicos son filamentos, fibras, esponjas y/o películas. En principio, todos los tipos de cuerpos moldeados de celulosa son adecuados para los ejemplos de realización de la invención. Se entiende por fibras tanto filamentos continuos como fibras cortas cortadas con dimensiones convencionales (por ejemplo, 38 mm de longitud), así como fibras cortas. Para la producción de fibras, son adecuados tanto los procesos con dispositivos de extracción posteriores a una o más boquillas de extrusión como otros procesos, como, en particular, los procesos de soplado en fusión. Como alternativa a las fibras, una película que contiene celulosa también puede producirse como un cuerpo moldeado, es decir, una película plana y esencialmente homogénea con o hecha de celulosa. Las películas pueden producirse, en particular, ajustando los parámetros del proceso de lyocell de modo que la coagulación se active, al menos parcialmente, solo después de que los filamentos hayan impactado en una superficie receptora. Las películas pueden entenderse como cuerpos moldeados planos de celulosa, pudiendo adaptarse el espesor de las películas (por ejemplo, seleccionando un número de barras de boquillas dispuestas en serie). Otras formas de realización de un cuerpo moldeado son una tela tejida y una tela no tejida hecha de filamentos de celulosa o fibras de celulosa, en particular una tela hilada hecha de filamentos de celulosa fusionados integralmente ("merging"),esencialmente continuos( 'melt blown").En este contexto, se entiende por tejido, en particular, un tejido textil compuesto por al menos dos sistemas de hilos (o fibras) cruzados (preferiblemente en ángulo recto o casi recto), denominándose los hilos (o fibras) en dirección longitudinal hilos de urdimbre y los hilos (o fibras) en dirección transversal, hilos de trama. Un fieltro o tela no tejida se define como una estructura desordenada (en particular, dispuesta aleatoriamente) compuesta por filamentos, fibras o hilos cortados de longitud limitada, unidos entre sí para formar una capa o red de fibras (en particular, por fricción). También se puede crear un cuerpo moldeado con forma esférica. Las partículas que contienen celulosa, en particular perlas (es decir, gránulos o microesferas) o escamas, se pueden proporcionar como cuerpos moldeados y procesarse posteriormente de esta forma. Por lo tanto, entre los posibles cuerpos moldeados de celulosa también se incluyen estructuras particuladas como gránulos, polvos esféricos o fibridas. Un cuerpo moldeado se forma preferiblemente extruyendo una solución de hilado que contiene celulosa a través de una boquilla de extrusión, ya que esto permite producir grandes cantidades de cuerpos moldeados de celulosa con una forma altamente uniforme. Otro posible cuerpo moldeado celulósico es una esponja o, de forma más general, un cuerpo moldeado poroso. Según ejemplos de realización ejemplar, estos cuerpos moldeados pueden utilizarse, por ejemplo, para la producción de hilos, textiles, geles o materiales compuestos.

En el contexto de esta solicitud, el término "fuente de celulosa" se refiere, en particular, a un medio (especialmente un medio sólido) que proporciona el material celulósico utilizado como base para producir un cuerpo moldeado que contiene celulosa durante el proceso de fabricación correspondiente. Un ejemplo es la madera o la pulpa de madera.

En el contexto de esta solicitud, el término "proceso Lyocell" se entiende, en particular, como un proceso para la producción de celulosa mediante un proceso directo con disolventes. La celulosa para el proceso Lyocell se obtiene a partir de un material de partida que contiene celulosa. En el proceso Lyocell, el material de partida se disuelve en un disolvente adecuado (en particular, que contenga óxidos de amina terciaria, como el N-óxido de N-metilmorfolina (NMMO) o líquidos iónicos, es decir, sales de bajo punto de fusión compuestas de cationes y aniones). La disolución puede producirse, en particular, mediante la eliminación de agua o sin modificación química. La solución resultante, también denominada dilución o solución de hilado, se introduce a través de una o más boquillas de hilado en el proceso Lyocell. Los filamentos así formados se precipitan durante o después de su caída libre o controlada a través de un espacio de aire en un baño con agua (en particular, en un baño con solución acuosa de NMMO) o de la humedad atmosférica presente en dicho espacio de aire.

En el contexto de esta solicitud, el término "proceso de viscosa" se entiende, en particular, como un proceso para producir celulosa mediante hilado en húmedo. La celulosa para el proceso de viscosa se obtiene a partir de un material de partida (especialmente madera o pulpa de madera) que contiene celulosa. En etapas sucesivas del proceso, el material de partida del proceso de viscosa se trata primero con una base (por ejemplo, una solución de hidróxido de sodio), que forma celulosa alcalina. La reacción posterior de esta celulosa alcalina con disulfuro de carbono forma xantato de celulosa. A partir de esto, se puede producir una solución de hilado de viscosa mediante la adición de una base (especialmente una solución de hidróxido de sodio), que se introduce a través de una o más boquillas de hilado. Los filamentos de viscosa se forman por coagulación en un baño de hilado.

En el contexto de esta solicitud, el término "restos de la producción de prendas de vestir" se entiende, en particular, como desechos y/o recortes de un textil o hilo que contiene o está compuesto de celulosa, generándose estos restos durante un proceso de fabricación de prendas de vestir. En la fabricación de prendas de vestir, por ejemplo, se produce un textil que contiene celulosa como material de partida, del cual se cortan piezas planas (por ejemplo, la mitad de una camiseta). Estos restos, según un ejemplo de realización ejemplar, pueden reintroducirse en un proceso de fabricación de un cuerpo moldeado que contiene celulosa. Por lo tanto, los restos de la producción de prendas de vestir pueden ser un material de partida que contiene o está compuesto de celulosa, que puede utilizarse para recuperar celulosa antes de que el consumidor los utilice como prenda o de otro modo. Los restos de la producción de prendas de vestir pueden estar formados, en particular, por celulosa esencialmente pura, en particular sin cuerpos extraños separados que no contengan celulosa (como botones, estampados textiles o costuras).

En el contexto de esta solicitud, el término "ropa usada" se refiere, en particular, a prendas que contienen celulosa y que ya han sido usadas (en particular, puestas) por un consumidor tras la recuperación de al menos una parte de la celulosa. Por lo tanto, la ropa usada puede ser un material de partida que contiene celulosa y que puede (aunque no necesariamente) contener cantidades significativas de sustancias extrañas, y puede utilizarse para recuperar celulosa después de que un consumidor la haya usado como prenda de vestir o de otro modo. La ropa usada puede, en particular, estar formada por una mezcla de celulosa y una o más sustancias extrañas, en particular plástico sintético (como poliéster y/o elastano, de uso especialmente frecuente en la confección) y/o cuerpos extraños independientes que no contienen celulosa (como botones, estampados textiles o costuras). Por poliésteres se entiende, en particular, polímeros con funciones éster (R-[-CO-O-]-R) en su cadena principal. Los poliésteres incluyen policarbonatos y tereftalato de polietileno. Se entiende por elastano, en particular, una fibra química estirable con alta elasticidad. Un copolímero en bloque a base de elastano puede contener una fracción másica de al menos el 85 % de poliuretano.

A los efectos de esta solicitud, el término "plástico sintético" se entiende, en particular, como una sustancia compuesta de macromoléculas y producida sintéticamente. Las macromoléculas de un plástico son polímeros y, por lo tanto, están compuestas por unidades básicas repetitivas (unidades de repetición). El tamaño de las macromoléculas de un polímero puede variar desde unos pocos miles hasta más de un millón de unidades básicas. Por ejemplo, el polímero polietileno (PE) está compuesto por unidades de etileno interconectadas que se repiten repetidamente. Estos polímeros pueden ser moléculas no ramificadas, ramificadas o reticuladas. Los plásticos se dividen básicamente en tres grupos según sus propiedades físicas: termoplásticos, termoestables y elastómeros. Además, estas propiedades también pueden agruparse en subgrupos, por ejemplo, en elastómeros termoplásticos. Las características importantes de los plásticos son sus propiedades técnicas, como la conformabilidad, la dureza, la elasticidad, la resistencia a la fractura, la resistencia a la temperatura, la resistencia al calor y la resistencia química, que pueden variar dentro de amplios límites mediante la elección de macromoléculas, los procesos de fabricación y, generalmente, la adición de aditivos. Las reacciones típicas para la producción de plástico sintético a partir de monómeros o prepolímeros son la polimerización en cadena, la poliadición o la policondensación.

Ejemplos de plásticos sintéticos, que también se utilizan en textiles, son el poliuretano (PUR), especialmente en elastano, el poliéster (PE, por ejemplo, tereftalato de polietileno (PET)), la poliamida (PA, por ejemplo, nailon, Perlon) y el poliéter, especialmente polietilenglicol (PEG) como componente del elastano.

En el contexto de esta solicitud, el término "elastano" se refiere, en particular, a un plástico sintético con propiedades termoplásticas y elásticas. Por lo tanto, el elastano se puede denominar elastómero termoplástico (TPE). El elastano puede presentarse como un copolímero en bloque, caracterizado en particular por los dos bloques siguientes: poliuretano (PUR) y éter de polietilenglicol (PEG). Los segmentos de PUR pueden formar secciones rígidas que se alternan con secciones blandas y elásticas (PEG). El PUR puede formar secciones rígidas y estiradas dispuestas longitudinalmente entre sí y, mediante el desarrollo de fuerzas de valencia secundarias, permite la cohesión de, por ejemplo, una fibra. Por otro lado, los bloques de PEG, similares al caucho (por ejemplo, cada uno con aproximadamente 40 a 50 unidades monoméricas), pueden enrollarse firmemente, aunque también pueden estirarse. El elastano puede presentarse como una estructura ondulada con una extensibilidad muy alta (varias veces superior al 100 %, por ejemplo, 700 %). La densidad puede estar, por ejemplo, entre 1,1 y 1,3 g/cm3, y la resistencia, por ejemplo, entre 5 y 12 cN/tex. La elasticidad puede depender de la temperatura. Además, el término "elastano" puede referirse tanto al elastano mismo como a elastómeros termoplásticos relacionados (por ejemplo, Elastollan, Desmopan, Texin y Utechllan).

En el contexto de esta solicitud, el término "presente por separado" puede entenderse, en particular, como que una sustancia no está incorporada a otra. Por ejemplo, las fibras de celulosa están presentes en un material de partida, y el elastano también está presente en dicho material. En este caso, el elastano puede incorporarse 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 un componente del material de partida, pero no está integrado en las fibras de celulosa.

Según un ejemplo de realización ejemplar de la invención, se descubrió sorprendentemente que, mediante el control selectivo de las concentraciones residuales durante la reutilización (incluido el proceso de reciclaje o el procesamiento del material de partida), se pueden lograr nuevas propiedades en un cuerpo moldeado (de lyocell) que se va a producir o en sus derivados textiles. Esta funcionalización de los componentes residuales del material de partida, basados en elastómeros termoplásticos como el elastano, permite compensar de manera sorprendentemente eficaz los cambios (negativos) en las propiedades que pueden surgir, en particular, de la proporción de fibras de celulosa recicladas en un cuerpo moldeado (de lyocell) que se va a producir.

En particular, una proporción específica de polímeros residuales, especialmente elastano, puede compensar los valores de resistencia que previamente se habrían reducido significativamente con la adición de celulosa reciclada (de cadena corta). Es posible aumentar la resistencia incrementando la proporción de elastano y disminuirla incrementando la proporción de celulosa reciclada.

Sorprendentemente, el elastano no presenta incompatibilidades, incluso en concentraciones atípicamente altas, en procesos de lyocell o viscosa. Por el contrario, al interactuar con la celulosa, se puede generar una fuerte afinidad entre los segmentos hidrofílicos de PEG del elastano y las estructuras hidrofílicas de hidroxilo y éter de la celulosa. Esto se ve reforzado por una fuerte tendencia a formar enlaces de hidrógeno entre ambos polímeros. Por lo tanto, el elastano incorporado a las fibras de celulosa no presenta incompatibilidades. El elastano incorporado a las fibras de celulosa puede contribuir así a la funcionalización del cuerpo moldeado que se va a producir. Dicha funcionalización de componentes plásticos residuales, especialmente en procesos de lyocell o viscosa, es desconocida hasta la fecha. Por lo tanto, la extensibilidad o elasticidad de un cuerpo moldeado, en particular de una fibra, puede aumentarse mediante la incorporación de elastano.

Según un ejemplo de realización, el elastano es procesable y no requiere una separación costosa ni laboriosa; más bien, puede procesarse sin esfuerzo adicional (por ejemplo, en un proceso de lyocell/viscosa) e incorporarse a las fibras. En este caso, el plástico no presenta propiedades negativas, sino que mejora la extensibilidad o elasticidad de las fibras.

En resumen, se aprovecha el hecho de que los componentes realmente indeseables de los materiales de partida sólidos como los plásticos sintéticos, especialmente el elastano, no tienen que eliminarse laboriosamente en el contexto del reciclaje de celulosa, sino que, por el contrario, como aditivo, pueden incluso proporcionar propiedades positivas y ventajas correspondientes como una mejor extensibilidad o elasticidad.

A continuación, se describen ejemplos de realización adicionales del cuerpo moldeado y del método.

Según un ejemplo de realización, el cuerpo moldeado celulósico regenerado comprende al menos un 0,01 %, en particular un 0,1 %, y más particularmente un 1 %, de poliuretano, siendo al menos un 10 % del poliuretano elastano. Esto ofrece la ventaja de que ya no es necesario agotar el poliuretano de manera particularmente limpia, lo cual puede resultar bastante complejo desde un punto de vista técnico.

En cambio, el poliuretano puede permanecer en el material de partida, eliminando así la necesidad de procesos de desecho complejos y costosos. Al asignar al menos una parte del poliuretano al elastano, se pueden lograr ventajas adicionales, como una mejor elasticidad, elasticidad o resistencia de las fibras producidas.

Según otro ejemplo de realización, el cuerpo moldeado celulósico regenerado contiene entre un 0,1 % y un 5 % de elastano. Esto ofrece la ventaja de que las inevitables y negativas reducciones de resistencia al reutilizar las fibras de celulosa se pueden compensar de forma especialmente eficiente.

Sorprendentemente, se ha descubierto que con un contenido de elastano de hasta aproximadamente el 5 % en cuerpos moldeados (por ejemplo, fibras) de lyocell, no se observan cambios negativos significativos en las propiedades de las fibras. En cambio, se pueden mejorar los valores de extensibilidad, elasticidad y resistencia, lo cual resulta muy deseable.

Según otro ejemplo de realización, el cuerpo moldeado celulósico regenerado comprende además al menos otro plástico sintético, en particular menos del 2 %, de entre el grupo compuesto por poliéster, poliamida, poliuretano y poliéter. Esto tiene la ventaja de eliminar, al menos parcialmente, la necesidad técnicamente compleja y costosa de utilizar otro plástico. En cambio, la presencia de al menos otro plástico sintético puede incluso influir o controlar ventajosamente las propiedades de la fibra que se va a producir. Una proporción inferior al 2 % puede ser especialmente ventajosa en este caso para garantizar una buena integración de otro plástico sintético en las fibras de celulosa.

Según otro ejemplo de realización, al menos una parte del plástico sintético adicional presenta al menos una compatibilidad, que puede ser al menos una de entre el grupo que consiste en compatibilidad con ésteres, compatibilidad con amidas y compatibilidad con éteres. Esto ofrece la ventaja de que dicho plástico sintético adicional (por ejemplo, uno o más polímeros fibrosos típicos, en particular poliésteres fibrosos) puede utilizarse directamente a partir de materiales de partida, como textiles, e incorporarse eficazmente.

La compatibilidad puede entenderse, en particular, como la compatibilidad de dos grupos químicos (funcionales) entre sí. Por ejemplo, existe una fuerte afinidad entre los segmentos hidrofílicos de PEG del elastano y las estructuras hidrofílicas de hidroxilo y éter de la celulosa. En este caso, el elastano exhibe compatibilidad con la celulosa, y la celulosa exhibe compatibilidad con el éter. La compatibilidad también puede describirse como la integración de grupos químicos entre sí.

Se pueden incorporar pequeñas cantidades (por ejemplo, menos del 2 %) de poliamidas y poliésteres al proceso de reciclaje para lograr una buena integración. Esto supone una ventaja significativa en un proceso de reciclaje, ya que la eliminación, al menos parcial, de otros polímeros sintéticos puede ser desproporcionadamente compleja. Los demás plásticos sintéticos mencionados anteriormente pueden ser muy comunes y estar ampliamente presentes en materiales de partida como los textiles. Por lo tanto, la aceptación de pequeñas cantidades residuales representa una simplificación significativa del proceso de reciclaje.

Sin limitarse a una teoría específica, la buena capacidad de incorporación de otros plásticos sintéticos puede describirse mediante la compatibilidad entre el elastano, la celulosa y otros plásticos sintéticos como la poliamida o el poliéster. La porción de poliuretano (PUR) del elastano es de especial interés en este caso, ya que el PUR puede actuar simultáneamente como poliéster y poliamida. La unidad repetitiva del PUR puede escribirse como R1-NH-CO-O-R2, es decir, presenta un enlace éster (CO-O-R2) y un enlace amida (R1-NH-CO). Como ya se describió, la porción de PEG del elastano, debido a su típica estructura de éter, es responsable de la buena compatibilidad con los enlaces éter de glicano de la celulosa. De este modo, se produce una buena homogeneización/mezcla entre las sustancias. Según un ejemplo de realización, el proceso de incorporación correspondiente también puede depender en gran medida de la temperatura del proceso respectivo. Las compatibilidades descritas también pueden aplicarse, por ejemplo, a los ejemplos de realización que se describen a continuación.

La compatibilidad de amidas del elastano puede hacer posible la incorporación de poliamidas de fibras típicas (por ejemplo, PA6, PA6.6 o PA6.10) a partir de materiales de partida como textiles.

Además, la compatibilidad de ésteres del elastano puede hacer posible la incorporación de poliésteres de fibras típicas (por ejemplo, PET) a partir de materias primas como textiles.

La estructura de éter del elastano permite un alto grado de homogeneización en una solución de hilado antes de un proceso de hilado en un proceso de lyocell o viscosa, lo que resulta en una excelente mezcla. Esto es especialmente cierto a nivel químico, ya que la compatibilidad de la estructura de éter del elastano es muy similar a la de la estructura de éter de la celulosa.

Según otro ejemplo de realización, el plástico sintético adicional se incorpora al menos parcialmente a la celulosa. Esto ofrece la ventaja de que, junto con el elastano, el plástico sintético adicional puede actuar directamente en la fibra e influir ventajosamente en sus propiedades. Por ejemplo, se puede aumentar la resistencia de la fibra. Además, se puede reducir el efecto de fibrilación si el plástico sintético adicional actúa también como adhesivo termofusible. La fibrilación se define, en particular, como la separación localmente limitada de los elementos fibrilares a lo largo del eje de la fibra. Esto es especialmente cierto cuando la fibra se expone simultáneamente a tensión mecánica y humedad.

Según otro ejemplo de realización, el cuerpo moldeado celulósico regenerado tiene al menos una de las características descritas a continuación.

El cuerpo moldeado celulósico regenerado se selecciona de entre el grupo que comprende un filamento, fibras, una película, una tela, un material no tejido, una (micro)esfera, perlas y una esponja.

El cuerpo moldeado celulósico regenerado presenta una extensibilidad de fibra al menos un 10 %, en particular al menos un 20 %, superior a la extensibilidad de una fibra de lyocell convencional. En cuanto a la extensibilidad de la fibra del cuerpo moldeado celulósico regenerado, se observó que aumenta hasta un 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 convencional. Datos promedio de una fibra de lyocell convencional (por ejemplo, TENCEL®) puede ser como sigue: Resistencia máxima a la tracción acondicionada (FFk): 40,2 cN/dtex; Resistencia máxima a la tracción en húmedo (FFn): 37,5 cN/dtex, Alargamiento máximo a la tracción acondicionado (FDk): 13,0 %, Alargamiento máximo a la tracción en húmedo (FDn): 18,4 % (Fuente: Informes Lenzinger 87 (2009) 98-105, Tabla 1). Por lo tanto, la resistencia máxima a la tracción (FFk) puede estar comprendida entre 35 y 45 cN/dtex, en particular entre 38 y 42 cN/dtex, y la resistencia máxima a la tracción en húmedo (FFn) entre 32 y 42 cN/dtex, en particular entre 35 y 40 cN/dtex. El alargamiento máximo a la tracción (FDk) puede estar comprendido entre el 10 y el 15 %, y la resistencia máxima a la tracción en húmedo (FDn) entre el 16 y el 20 %.

Según un ejemplo de realización, la proporción de plástico sintético (elastano, opcionalmente con proporciones adicionales de, por ejemplo, PET, PUR y PA) puede estar presente en una concentración específica. Esto puede conducir a una distribución particularmente homogénea en una solución de hilado, de modo que el plástico se distribuya uniformemente en el cuerpo moldeado (lyocell) que se producirá durante el proceso de hilado. De esta manera, se pueden controlar o influir en las propiedades específicas de la fibra.

El cuerpo moldeado celulósico regenerado también presenta una menor tendencia a la fibrilación en comparación con una fibra de lyocell convencional. Esta sorprendentemente baja tendencia a la fibrilación se explica por el hecho de que los plásticos residuales incorporados, como el elastano, que actúan como una capa deslizante separadora (al menos parcialmente amorfa), favorecen el deslizamiento de las hebras individuales de celulosa cristalina y controlan la adhesión transversal entre las hebras de celulosa. Esto puede inhibir la delaminación típica de la fibrilación.

Según otro ejemplo de realización, el cuerpo moldeado celulósico regenerado contiene una proporción de plástico sintético, del cual al menos el 0,1 % proviene del material de partida. Esto ofrece la ventaja de que el cuerpo moldeado puede producirse con un uso especialmente eficiente de los recursos. El plástico sintético del cuerpo moldeado puede provenir total o parcialmente del material de partida. Por lo tanto, prácticamente no es necesario añadir más plástico. Además, se puede prescindir, al menos parcialmente, de un complejo proceso de agotamiento del plástico del material de partida.

Según otro ejemplo de realización, el material de partida puede comprender, total o parcialmente, residuos de la producción textil y/o ropa usada (por ejemplo, textiles mezclados). En otras palabras, los textiles, en particular los residuos de la producción textil y/o ropa usada, pueden utilizarse como al menos una parte del material de partida. Se da especial preferencia al uso de residuos de la producción textil, ya que estos recortes o rechazos suelen tener un alto contenido de celulosa y, por lo tanto, un alto grado de pureza. En particular, este textil preconsumo puede estar libre de cuerpos extraños como botones, costuras o estampados. Por ejemplo, los residuos de la producción textil pueden comprender esencialmente celulosa tejida (y opcionalmente teñida), de modo que, si es necesario, estos residuos también pueden disolverse directamente para recuperar la celulosa mediante el proceso Lyocell. En el caso de la ropa usada o los textiles posconsumo, los cuerpos extraños de mayor tamaño, como botones, estampados y costuras, pueden eliminarse durante o después de la trituración mecánica. Otras sustancias extrañas en los restos o ropa usada, como tintes y plásticos sintéticos (como poliéster y elastano), pueden eliminarse total o parcialmente antes de disolver un material de partida correspondiente para formar la solución de hilado o de hilatura, pero también pueden permanecer total o parcialmente en la solución de hilado.

Según otro ejemplo de realización, el método comprende, además: i) disolver el material de partida en un disolvente mediante un proceso de disolución directa, en particular en N-óxido de N-metilmorfolina, NMMO, para obtener una solución de hilado, y ii) extruir la solución de hilado a través de los orificios de la boquilla de hilado, en particular a menos de 150 °C, de modo que se permita la incorporación, al menos parcial, de plástico sintético, en particular elastano, en la celulosa. Esto ofrece la ventaja de que un proceso probado y consolidado puede aplicarse directamente para lograr una incorporación especialmente eficiente de plástico sintético en la celulosa.

En principio, los plásticos pueden utilizarse para mejorar la resistencia de las fibras. Sin embargo, se requieren temperaturas de al menos 250 °C para fundir el plástico, especialmente un termoplástico. En un proceso de lyocell o viscosa, sin embargo, se produce un estiramiento mecánico durante la extrusión de la solución de hilado a través de las aperturas de la boquilla de hilado, lo que resulta en una deformación longitudinal muy pronunciada. La orientación longitudinal masiva lograda por el proceso de hilado también puede transferirse al elastano y a otros plásticos sintéticos presentes en la solución de hilado. Los componentes alargados, en particular el componente PEG del elastano, representan una buena base para la inclusión de celulosa, que también está presente en la solución de hilado y precipita prácticamente al mismo tiempo que el plástico sintético. De esta manera, los plásticos pueden incorporarse eficientemente a las fibras a temperaturas inferiores a 150 °C (temperatura en el proceso de lyocell). El plástico sintético, especialmente el elastano, es procesable y no requiere una separación costosa ni compleja. En cambio, puede procesarse sin esfuerzo adicional mediante un proceso de lyocell e incorporarse a la fibra. Allí, el plástico no aporta ninguna propiedad negativa, sino que mejora la extensibilidad y la elasticidad de la fibra.

El procesamiento controlado de los materiales de partida puede garantizar que otros plásticos sintéticos, como PUR, PA, PET y PE, se mantengan en una concentración adecuada en un proceso de lyocell o viscosa. Con una concentración adecuada, los componentes plásticos de la solución de hilado pueden comportarse de forma similar a un sistema compuesto de fibra y termoplástico.

A temperaturas más altas, se puede aprovechar el efecto termoplástico del elastano, siempre que la fibra de celulosa contenga el contenido adecuado de elastano. Esto produce, en sentido figurado, una cierta adherencia controlable dentro de la fibra, que puede aprovecharse para lograr efectos adhesivos termoplásticos.

Según otro ejemplo de realización, el método comprende además la introducción en la solución de hilado de al menos una sustancia de entre el grupo que consiste en fibras de celulosa, materiales extraños, hemicelulosa, pulpa y fibras de celulosa de cadena corta. Esto ofrece la ventaja de que las propiedades del cuerpo moldeado que se va a producir se pueden controlar o influir específicamente.

En un proceso de lyocell, se pueden producir fibras de lyocell reforzadas con celulosa dejando un exceso de fibras de celulosa en la solución de hilado de la mezcla de NMMO y agua, además de la saturación de celulosa, e hilarlas juntas. Esto puede mejorar aún más la resistencia de la fibra de lyocell resultante mediante el efecto de "refuerzo de fibra dentro de la fibra". Esto también permite compensar otros efectos de reducción de resistencia causados por materias primas como los textiles. De esta manera, por ejemplo,

i) se utilizan impurezas que son difícilmente solubles en NMMO y que ya están presentes como fibras en los textiles usados;

ii) se incorporan azúcares reductores de fuerza como la hemicelulosa; y

iii) los componentes de fibra de celulosa con longitudes de cadena cortas se utilizan en mayores cantidades.

Esto también permite que se incorporen fibras y materiales extraños a la fibra de lyocell, que no tienen propiedades de refuerzo, sino que reducen la resistencia.

Por ejemplo, las longitudes de cadena cortas suelen conllevar una reducción de la resistencia. Mediante la compensación mencionada con elastómeros y, opcionalmente, otros polímeros sintéticos, se puede lograr una resistencia similar a la de una fibra de celulosa no reciclada a pesar de una alta proporción de celulosa de cadena corta. En particular, el paso múltiple por un ciclo de material resulta en una reducción sustancial de la longitud de la cadena. Las influencias externas (luz solar, lavado, envejecimiento, productos químicos) durante el ciclo previo de producción, uso y eliminación rompen las cadenas de celulosa correspondientes, lo que generalmente puede resultar en longitudes de cadena más cortas en un cuerpo moldeado que se debe producir.

El término "hemicelulosa" puede entenderse como un término colectivo para las mezclas de polisacáridos (azúcares complejos) de composición variable presentes en la biomasa vegetal. Los monómeros más comunes (monosacáridos, azúcares simples) son las pentosas, como la xilosa y la manosa.

Según otro ejemplo de realización, el material de partida comprende al menos un plástico sintético adicional de entre el grupo compuesto por poliéster, poliamida, poliuretano y poliéter. Esto ofrece la ventaja de eliminar, al menos parcialmente, la costosa y compleja eliminación de un plástico adicional. En cambio, la presencia de al menos un plástico sintético adicional puede incluso influir o controlar ventajosamente las propiedades de la fibra que se va a producir.

Según otro ejemplo de realización, el método comprende, además: retener al menos parcialmente un primer plástico sintético adicional, en particular uno de entre el grupo compuesto por poliéster, poliamida y poliéter, del material de partida para producir el cuerpo moldeado que contiene celulosa, de modo que dicho primer plástico sintético adicional esté sustancialmente contenido en dicho cuerpo moldeado que contiene celulosa. Esto también tiene la ventaja de eliminar al menos parcialmente la necesidad técnicamente compleja y costosa de utilizar otro plástico. En cambio, la presencia de al menos otro plástico sintético puede incluso influir o controlar ventajosamente las propiedades de la fibra que se va a producir.

Adicional o alternativamente, el método comprende además la eliminación, en particular la eliminación completa, y en particular la eliminación selectiva (agotamiento selectivo), de un segundo plástico sintético adicional, en particular uno de entre el grupo compuesto por poliéster, poliamida y poliéter, del material de partida, de tal manera que dicho segundo plástico sintético adicional prácticamente no esté contenido en el cuerpo moldeado que contiene celulosa. Esto tiene la ventaja de que las proporciones deseadas de plásticos, por ejemplo, PET y PUR, se pueden ajustar de forma especialmente precisa. En este caso, el primer y el segundo plástico sintético adicional pueden ser iguales. Asimismo, el primer y el segundo plástico sintético adicional pueden ser diferentes.

Un cuerpo moldeado de lyocell reciclado producido de esta manera puede presentar propiedades muy similares a las de una fibra de celulosa no reciclada. En particular, al añadir tejido de lyocell reciclado, las propiedades se pueden aproximar aún más a las de las fibras de lyocell no recicladas, de modo que la diferencia sea prácticamente imperceptible mediante medición.

Según otro ejemplo de realización, el método comprende además: i) suministrar al menos un material de partida adicional compuesto por celulosa y al menos un plástico sintético, en particular un plástico sintético de entre el grupo compuesto por elastano, poliéster, poliamida, poliéter y poliuretano, siendo la proporción de plástico sintético en el material de partida y el material de partida adicional diferente, y ii) producir el cuerpo moldeado que contiene celulosa a partir del material de partida y del material de partida adicional, de modo que el cuerpo moldeado celulósico regenerado presente al menos una propiedad predeterminada. Esto tiene la ventaja de que las proporciones deseadas de plástico sintético se pueden ajustar o modificar en consecuencia, prácticamente sin necesidad de procesos químicos adicionales.

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 tras la adición de varios materiales de partida específicos, puede presentar las concentraciones o composiciones de plástico deseadas y, en consecuencia, las propiedades químico-físicas específicas. Estas pueden ser, por ejemplo, propiedades que correspondan a las de una fibra de lyocell no reciclada.

En particular, mediante la mezcla de diferentes composiciones de materiales de partida como ropa usada y/o restos de la producción textil, se puede ajustar una propiedad específica, por ejemplo, la concentración de elastano y opcionalmente al menos otro plástico sintético, y de este modo se puede controlar específicamente el uso y/o funcionalización posteriores.

En otra forma de realización preferida, se mezclan diversos materiales de partida de diferentes composiciones para lograr las proporciones deseadas de los distintos plásticos. Esta versión con reducción o ausencia de sustancias químicas (que se logra únicamente mezclando los materiales de partida) puede considerarse especialmente ventajosa en términos de consumo de recursos y aspectos ecológicos.

Según un ejemplo de realización, el proceso puede incluir el posprocesamiento de la celulosa precipitada para obtener el cuerpo moldeado a partir de la preforma del cuerpo moldeado. Este posprocesamiento opcional puede incluir, por ejemplo, el secado, la impregnación o la remodelación de los filamentos de celulosa resultantes. Un posprocesamiento adecuado permite completar la producción del cuerpo moldeado al final del proceso de lyocell de forma específica para cada aplicación.

Según un ejemplo de realización, las fibras del material de partida y/o las fibras del cuerpo moldeado pueden tener una superficie exterior lisa y redondeada. Como se muestra en la Figura 3, las fibras de celulosa extraídas mediante el proceso de lyocell se caracterizan por esta forma y, por lo tanto, se distinguen de otras formas de fibra, como las presentes en el algodón natural o las obtenidas mediante un proceso de viscosa.

Los cuerpos moldeados producidos según la invención pueden utilizarse, por ejemplo, como material de embalaje, material de fibra, compuestos textiles, compuestos de fibra, materiales no tejidos, fieltros punzonados, guata para tapicería, tejidos, tejidos de punto, textiles para el hogar (como ropa de cama), prendas de vestir, relleno, flocado, textiles hospitalarios (como empapadores, pañales o colchones), mantas térmicas, plantillas y apósitos. Los ejemplos de realización de la invención pueden emplearse en una amplia variedad de campos técnicos, así como en medicina, cosmética y bienestar. En medicina, por ejemplo, los materiales para el tratamiento y la cicatrización de heridas pueden estar compuestos por un soporte que determina las propiedades mecánicas y un material de recubrimiento biocompatible, especialmente compatible con la piel y la superficie de la herida. Son posibles numerosas otras aplicaciones.

A continuación, se describen en detalle ejemplos de realización ejemplares de la presente invención con referencia a las siguientes figuras.

La Figura 1 muestra un diagrama de flujo de un método 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 mediante un proceso de lyocell según un ejemplo de realización ejemplar de la invención.

La Figura 3 muestra una fibra de celulosa producida mediante un proceso de lyocell.

La Figura 4 muestra una fibra de celulosa producida mediante un proceso de viscosa.

La Figura 5 muestra una fibra de celulosa natural de una planta de algodón.

Los mismos componentes o componentes similares en diferentes figuras se designan con los mismos signos de referencia.

Antes de describir ejemplos de realización ejemplares con referencia a las figuras, se resumirán algunas consideraciones básicas en base a las cuales se han derivado ejemplos de realización ejemplares de la invención.

Según un ejemplo de realización ejemplar de la invención, los polímeros residuales de los materiales de partida se utilizan como promotores de adhesión entre fibras de celulosa o como potenciadores de propiedades termoplásticas en un cuerpo moldeado de lyocell. Permanecen prácticamente inertes hasta que se completa una etapa específica del proceso de producción. En particular, se puede lograr la rigidización posterior de un tejido mediante calor (similar al adhesivo termofusible) (por ejemplo, camisas que no requieren planchado, plisado, etc.). Para producir tejidos con la propiedad de una alta estabilidad dimensional (por ejemplo, que no requieren planchado), se suele emplear un proceso complejo. Este puede ser, por ejemplo, una combinación de procesos químicos muy complejos, como el tratamiento con amoníaco líquido. Esto mantiene la camisa como nueva durante mucho tiempo. También es posible la denominada “reticulación en húmedo”, en donde se crea un puente elástico entre las moléculas de celulosa del algodón. Este puente devuelve la forma al tejido tras el lavado. Sin embargo, la reticulación en húmedo con “resinas sintéticas” requiere un procesamiento muy preciso.

Sin embargo, controlando específicamente la proporción de polímeros residuales (por ejemplo, poliuretanos de elastano de textiles usados), según un ejemplo de realización, se puede lograr una cierta termoplasticidad en una fibra de lyocell, que devuelve la proporción correspondiente de polímeros residuales de un material de partida a través del proceso de agotamiento, según un ejemplo de realización de la invención, mediante un proceso de lyocell, de nuevo a un cuerpo moldeado de lyocell.

Según otro ejemplo de realización ejemplar de la invención, se aprovechan las propiedades termoplásticas del poliuretano residual, en particular del poliuretano termoplástico (TPU). Las diferentes propiedades de este grupo de materiales en cuanto a las fases duras y blandas, así como sus diversos grados de cristalización, pueden incorporarse como factor adicional en la funcionalización de plásticos residuales controlando el tiempo de procesamiento y la temperatura de procesamiento (es decir, el tiempo de residencia y la temperatura en la solución de hilado). Se pueden combinar las siguientes propiedades:

i) los TPU altamente cristalinos y, por otro lado, transparentes se complementan entre sí en los campos de aplicación, dando como resultado una amplia gama de posibles usos y un alto grado de variación del material;

ii) una fase blanda acoplada a isocianato de metilendifenilo (MDI) consiste, por un lado, en poliesterdioles con pesos moleculares entre 1000 y 2000 g/mol basados en ácido adípico, o en policaprolactona pura. Por otro lado, son posibles poliéterdioles compuestos de tetrahidrofurano o glicoles C2 y C3.

Dependiendo de la aplicación, se puede decidir qué fase blanda es la adecuada. Dos aspectos clave son la sensibilidad a la oxidación del TPU de éter y la susceptibilidad a la hidrólisis del TPU de éster.

En química orgánica, se conoce la reacción de un éter con oxígeno para formar hidroperóxido y alcohol que, en el caso de los polímeros, provoca la ruptura de la cadena, es decir, una reducción del peso molecular. Esto requiere la estabilización de los tipos de poliéteres con agentes antienvejecimiento adecuados (por ejemplo, fenoles impedidos) para aumentar significativamente su vida útil. Al comparar los TPU de éter y éster envejecidos al aire a 100 °C a lo largo del tiempo, resulta evidente la mayor resistencia del poliéster. Se midió la disminución de la resistencia a la tracción con el tiempo de almacenamiento.

En cambio, un TPU de éter se caracteriza por una buena resistencia a la degradación hidrolítica y microbiana. Por lo tanto, los tipos de poliéter son adecuados para aplicaciones en exteriores extremas. En zonas expuestas a altos niveles de luz, es posible una estabilización adicional contra los daños causados por la luz UV.

Con base en lo anterior, es posible avanzar en el campo del TPU blando sin plastificantes. Esto no se ha logrado con éxito hasta la fecha, ya que la reducción del contenido de fase dura no solo hace que el TPU sea más blando, sino también más plástico y, tras el procesamiento termoplástico, su recristalización es demasiado lenta para producir piezas terminadas en un tiempo razonable. Otro efecto notable es la lenta cristalización de los bloques cortos de fase dura. Si el contenido de fase dura se reduce significativamente, los bloques que cristalizan también se acortan notablemente. Esto reduce la temperatura de fusión, pero también la velocidad de recristalización. Esta lenta cristalización también provoca un posendurecimiento gradual del material tras el procesamiento.

Dado que los parámetros del material detallados correspondientes a un material de partida suministrado de origen desconocido suelen ser desconocidos, se puede lograr una universalidad para la mayoría del PUR reciclado ajustando dinámicamente los parámetros de procesamiento descritos (tiempo y temperatura) en la solución de hilado, lo que resulta en las propiedades deseadas del material. Como alternativa, variando las proporciones según corresponda, se puede ajustar la estabilidad del proceso (posiblemente incluso dinámicamente dentro de un proceso continuo) para diferentes variantes de PUR en el reciclado crudo sin comprometer los parámetros del material del cuerpo moldeado de lyocell resultante.

La Figura 1 muestra un diagrama 50 de flujo de un método para producir un cuerpo 102 moldeado celulósico regenerado (véase la Figura 2) según un ejemplo de realización ejemplar de la invención.

El material 110 de partida (véase la Figura 2) contiene celulosa y elastano, opcionalmente otros plásticos sintéticos, y se presenta en forma de ropa usada y/o residuos de la producción textil.

Como se ilustra en el bloque 60, un material 110 de partida producido de esta manera, en el caso de ropa usada, puede ser utilizado por un consumidor, por ejemplo, como prenda de vestir. Si el consumidor desecha la prenda, puede utilizarse como material 110 de partida posconsumo para un proceso posterior de lyocell o viscosa, el primero de los cuales se describirá con más detalle más adelante.

Alternativa o adicionalmente, también es posible utilizar un material 110 de partida preconsumo que contenga celulosa, por ejemplo, retales de la producción textil.

A continuación, se describe cómo se pueden producir los cuerpos 102 moldeados de celulosa, según una forma de realización de la invención, a partir del material 110 de partida, que comprende al menos parcialmente celulosa. Para ello, el material 110 de partida se introduce en un aparato 100 (véase la Figura 2) para llevar a cabo un proceso de lyocell (véase el signo de referencia 78).

Allí, el material 110 de partida se somete a trituración 62 mecánica. Esto permite eliminar del material 110 de partida contaminantes no celulósicos de gran tamaño, como botones, costuras y estampados de ropa usada que se utilizaron al menos parcialmente para producir el material 110 de partida. Por ejemplo, la trituración 62 mecánica puede separar el material 110 de partida en fibras individuales.

También es posible (véase el bloque 64) utilizar el material 110 de partida celulósico junto con otros materiales celulósicos para el posterior proceso de lyocell. De este modo, el material 110 de partida puede mezclarse con otro material de partida compuesto por celulosa y al menos un plástico sintético (véase el bloque 64). Este material de partida adicional contiene una proporción de plástico sintético diferente a la del material 110 de partida. La producción del cuerpo moldeado celulósico regenerado puede llevarse a cabo ahora a partir del material 110 de partida y el material de partida adicional, de modo que el cuerpo 102 moldeado celulósico regenerado contenga una proporción predeterminada de plástico sintético. Alternativa o adicionalmente, el material de partida adicional también puede contener, por ejemplo, residuos de la producción de prendas de vestir.

Inmediatamente después de la trituración 62 mecánica o de la mezcla 64, se puede realizar la disolución 68 directa del material 110 de partida (puro o mixto) en otro disolvente 116 (por ejemplo, óxidos de amina terciaria como el N-óxido de N-metilmorfolina o NMMO) sin pretratamiento químico. Más precisamente, el material 110 de partida triturado mecánicamente (y opcionalmente mezclado) se puede disolver directamente, en particular sin limpieza química ni ajuste de la viscosidad. De esta manera, el proceso de fabricación o reciclaje se puede llevar a cabo de forma excepcionalmente sencilla, rápida y respetuosa con el medio ambiente. Sorprendentemente, se ha descubierto que, tras la trituración 62 mecánica, el elastano, como sustancia extraña restante en el material 110 de partida (así como otros plásticos sintéticos), no interfiere con el proceso de lyocell ni afecta negativamente a la calidad de la celulosa de lyocell recuperada. Por el contrario, ciertas cantidades de elastano pueden permanecer en las fibras de celulosa producidas sin afectar sus propiedades, e incluso pueden mejorarlas. Ciertas cantidades de poliéster remanente tampoco afectan al producto resultante.

Como alternativa, el método puede incluir una limpieza 66 química opcional del material 110 de partida después de la trituración 62 mecánica (o después de la mezcla 64) y antes de la disolución 68. Dicha limpieza 66 opcional puede incluir, por ejemplo, la eliminación al menos parcial de tintes mediante blanqueo. Esto permite decolorar total o parcialmente el material 110 de partida antes de su posterior disolución 68 en el disolvente 116, por ejemplo, para producir cuerpos 102 moldeados blancos o grises. Alternativamente o adicionalmente, también es posible que, como parte de la limpieza química opcional 66, el material 110 de partida (antes o después de su disolución 68) se libere, al menos parcialmente, de los agentes de reticulación que la reticulan las fibras del material 110 de partida. En aplicaciones en las que estos reticulantes están presentes entre las fibras del material 110 de partida, estos reticulantes pueden eliminarse total o parcialmente del material 110 de partida, por ejemplo, mediante un pretratamiento alcalino o ácido. Esto mejora aún más la solubilidad del material 110 de partida. Mediante la limpieza 66, se puede eliminar opcionalmente al menos una parte del plástico sintético, si se desea. De este modo se puede, por ejemplo, ajustar o influir en la proporción de plástico sintético en el cuerpo 102 moldeado que se va a fabricar.

Después de disolver 68 el material 110 de partida en disolvente (preferiblemente NMMO), la solución 104 de hilado de lyocell resultante se puede prensar a través de una o más boquillas de hilado, produciendo hilos o filamentos de viscosidad similar a la miel (véase el bloque 70 relativo a este hilado).

Durante o después de la caída de estos hilos o filamentos, estos entran en contacto activo con un medio acuoso, diluyéndolos. La concentración del disolvente 116 de los hilos o filamentos se reduce en una neblina acuosa o un baño líquido acuoso, hasta tal punto que la solución de hilado de lyocell se convierte en una fase sólida de filamentos de celulosa. En otras palabras, los filamentos de celulosa se precipitan o coagulan (véase el signo de referencia 72). Esto da como resultado una preforma del cuerpo 102 moldeado.

La producción 80 del cuerpo 102 moldeado que comprende celulosa regenerada y elastano incorporado en celulosa, en particular la disolución 68, el hilado 70 y la posterior precipitación 72, mediante un proceso de lyocell se lleva a cabo así a partir de un material 110 de partida que a su vez comprende celulosa y elastano.

Además, el método puede incluir el posprocesamiento 74 de la celulosa de lyocell precipitada para obtener el cuerpo 102 moldeado a partir de la preforma del cuerpo 110 moldeado. Dicho posprocesamiento puede incluir, por ejemplo, el secado, la impregnación o la remodelación de los filamentos resultantes para formar el cuerpo 102 moldeado final. Por ejemplo, el cuerpo 102 moldeado puede procesarse en fibras, una película, una tela tejida, una tela no tejida, una esfera, una esponja porosa o perlas mediante el método de fabricación descrito y luego someterse a un uso posterior (véase el signo de referencia 76).

Tras el uso del cuerpo 102 moldeado, su celulosa y elastano pueden recuperarse ventajosamente mediante un proceso adicional correspondiente a los pasos entre los signos de referencia 78 y 74 (véase el bloque 80). Alternativamente, la celulosa, el elastano y, opcionalmente, el plástico sintético adicional del cuerpo 102 moldeado pueden recuperarse mediante otro proceso (véase el bloque 80), por ejemplo, un proceso de viscosa. Esta repetibilidad múltiple del reciclaje mediante la repetición de los pasos del proceso es posible gracias a que, sorprendentemente, se consigue una mejora en las propiedades de la fibra, en particular en la resistencia, reciclando materiales de partida de celulosa que contienen elastano.

La Figura 2 muestra un aparato 100 para producir un cuerpo 102 moldeado celulósico regenerado mediante un proceso de lyocell basado en un material de partida que comprende celulosa y elastano, según un ejemplo de realización ejemplar de la invención, que se describió con referencia a la Figura 1.

La Figura 2 muestra un aparato 100, según un ejemplo de realización ejemplar de la invención, para producir un cuerpo 102 moldeado que contiene celulosa, que puede producirse, por ejemplo, en forma de tela no tejida, fibra, película, esfera, tejido textil, esponja o en forma de perlas o copos. Según la Figura 2, el cuerpo 102 moldeado se produce directamente a partir de una solución 104 de hilado. Esta se convierte en fibras 108 de celulosa como cuerpo 102 moldeado mediante un fluido 106 de coagulación (en particular, a partir de la humedad atmosférica) y/o un baño 191 de coagulación (por ejemplo, un baño de agua que opcionalmente contiene óxidos de amina terciaria como el N-óxido de N-metilmorfolina o NMMO). Se puede llevar a cabo un proceso de lyocell por medio del aparato 100. De esta manera, por ejemplo, se pueden producir filamentos o fibras 108 sustancialmente continuos o mezclas de filamentos y fibras 108 sustancialmente continuos de longitudes discretas como cuerpos 102 moldeados. Se proporciona una pluralidad de boquillas, cada una con una o más aperturas 126 (que también pueden denominarse orificios de hilado), para expulsar la solución 104 de hilado de lyocell.

Como se puede ver en la Figura 2, un material 110 de partida a base de celulosa se puede alimentar a un tanque 114 de almacenamiento a través de un dispositivo 113 dosificador.

Según un ejemplo de realización, se puede introducir agua en el material 110 de partida a base de celulosa utilizando un disolvente 116 (en particular, NMMO), que se describe con más detalle más adelante. El propio material 110 de partida a base de celulosa también puede contener un cierto contenido de humedad residual (la pulpa seca, por ejemplo, suele tener un contenido de humedad residual del 5 al 8 % en peso). En particular, según el ejemplo de realización descrito, el material 110 de partida puede añadirse directamente a una mezcla de agua y disolvente 116 sin humedecerlo previamente. En este caso, se puede omitir el depósito 112 de agua opcional, como se muestra en la Figura 2.

Según un ejemplo de realización alternativo, el material 110 de partida que contiene celulosa puede humedecerse adicionalmente para obtener celulosa húmeda. Para ello, se puede suministrar agua de un depósito 112 opcional al tanque 114 de almacenamiento a través del dispositivo 113 dosificador. Por lo tanto, el dispositivo 113 dosificador, controlado por un dispositivo 140 de control, puede suministrar cantidades relativas ajustables de agua y material 110 de partida al tanque 114 de almacenamiento.

Un disolvente 116 adecuado, preferiblemente óxidos de amina terciaria como el N-óxido de N-metilmorfolina (NMMO), o una mezcla acuosa del disolvente 116, por ejemplo, una solución de NMMO al 76 % en agua, se encuentra en un contenedor de disolvente. La concentración del disolvente 116 se puede ajustar en un dispositivo 118 concentrador añadiendo disolvente puro o agua. Posteriormente, el disolvente 116 se mezcla con el material 110 de partida en cantidades relativas definibles en una unidad 119 de mezcla. Esta unidad 119 de mezcla también se puede controlar mediante la unidad 140 de control. Como resultado, el material 110 de partida que contiene celulosa se disuelve en el disolvente 116 concentrado en un dispositivo 120 de disolución con cantidades relativas ajustables, obteniendo así la solución 104 de hilado de lyocell. Los rangos de concentración relativa (también denominados ventanas de hilado) de los componentes de material 110 de partida, agua y disolvente 116 en la solución 104 de hilado para producir cuerpos moldeados regenerados celulósicos según el proceso de lyocell se pueden ajustar adecuadamente, como lo sabe una persona experta en la materia.

La solución 104 de hilado de lyocell se alimenta a un dispositivo 124 generador de fibra (que puede estar configurado con un número de haces o inyectores 122 de hilado).

Al pasar la solución 104 de hilado de lyocell a través de las aperturas 126 de los inyectores 122, se divide en una pluralidad de hilos paralelos de solución 104 de hilado de lyocell. El proceso descrito transforma la solución 104 de hilado de lyocell en hilos cada vez más largos y finos, cuyas propiedades se pueden ajustar mediante el ajuste adecuado de las condiciones del proceso, controladas por la unidad 140 de control. Opcionalmente, un flujo de gas puede acelerar la solución 104 de hilado de lyocell en su recorrido desde las aperturas 126 hasta la unidad 132 de recogida de fibras.

Después de que la solución 104 de hilado de lyocell se ha movido a través de los inyectores 122 y más hacia abajo, los hilos largos y delgados de la solución 104 de hilado de lyocell interactúan con el fluido 106 de coagulación.

Al interactuar con el fluido 106 de coagulación (por ejemplo, agua), la concentración de disolvente de la solución 104 de hilado de lyocell se reduce, de modo que la celulosa del material 110 de partida se coagula o precipita al menos parcialmente en forma de fibras 108 de celulosa largas y delgadas (que aún pueden contener residuos de disolvente y agua).

Durante o después de la formación inicial de las fibras 108 de celulosa individuales a partir de la solución 104 de hilado de lyocell extruido, las fibras 108 de celulosa se recogen en la unidad 132 de recogida de fibras. Las fibras 108 de celulosa pueden sumergirse en el baño 191 de coagulación que se muestra en la Figura 2 (por ejemplo, un baño de agua, que opcionalmente contiene un disolvente como NMMO) y pueden completar su precipitación al interactuar con el líquido del baño 191 de coagulación. Dependiendo de la configuración del proceso de coagulación, la celulosa puede formar fibras 108 de celulosa (como se muestra, pudiendo las fibras 108 de celulosa fusionarse ("merging')en bloque o integralmente o estar presentes como fibras 108 de celulosa separadas) o puede formarse una película o lámina de celulosa en la unidad 132 de recogida de fibras (no se muestra en la Figura 2).

Las fibras 108 de celulosa se extruyen así desde las boquillas de hilado de los inyectores 122 y se guían a través del baño 191 de coagulación o centrifugación (que contiene, por ejemplo, agua y NMM<o>en bajas concentraciones para su precipitación/coagulación), guiándose las fibras 108 de celulosa alrededor de un rodillo 193 deflector en el baño 191 de coagulación y se alimentan, fuera del baño 191 de coagulación, a un retractor 195. Este retractor 195 asegura el transporte y el reestirado de las fibras 108 de celulosa para alcanzar la densidad lineal deseada. Tras el retractor 195, el haz de fibras 108 de celulosa se lava en una unidad 180 de lavado, se termina opcionalmente y, finalmente, se corta (no se muestra).

Aunque no se muestra en la Figura 2, el disolvente 116 de la solución 104 de hilado de lyocell, que se ha eliminado de las fibras 108 de celulosa durante la coagulación y el lavado posterior en la unidad 180 de lavado, se puede recuperar o reciclar al menos parcialmente y devolver al tanque 114 de almacenamiento en un ciclo posterior.

Durante el transporte a lo largo de la unidad 132 de recogida de fibras, el cuerpo 102 moldeado (en este caso, en forma de fibras 108 de celulosa) puede lavarse mediante la unidad 180 de lavado, que suministra un líquido de lavado para eliminar los residuos de disolvente. Posteriormente, el cuerpo 102 moldeado puede secarse.

El cuerpo 102 moldeado puede someterse además a un postratamiento (véase la unidad 134 de postratamiento ilustrada esquemáticamente). Por ejemplo, dicho postratamiento puede incluir hidroenredado, punzonado, impregnación, tratamiento con un vapor a presión y/o calandrado, etc.

La unidad 132 de recogida de fibras puede alimentar el cuerpo 102 moldeado a un dispositivo 136 de bobinado, donde se enrolla el cuerpo 102 moldeado. El cuerpo 102 moldeado puede entonces suministrarse en rollos a una empresa que fabrica productos como toallitas o textiles a partir del cuerpo 102 moldeado.

La Figura 3 muestra una sección transversal de una fibra 200 de celulosa producida mediante un proceso de lyocell. Esta fibra 200 de celulosa, producida mediante un proceso de lyocell, presenta una superficie 202 exterior lisa y redondeada, y está rellena de celulosa de forma homogénea y sin poros macroscópicos. Por lo tanto, una persona experta en la materia puede distinguirla claramente de las fibras de celulosa producidas mediante un proceso de viscosa (véase el signo de referencia 204 en la Figura 4) y de las fibras de celulosa de plantas de algodón (véase el signo de referencia 206 en la Figura 5).

La Figura 4 muestra una vista en sección transversal de una fibra 204 de celulosa producida mediante un proceso de viscosa. La fibra 204 de celulosa tiene forma de nube y presenta una pluralidad de estructuras 208 arqueadas a lo largo de su circunferencia exterior.

La Figura 5 muestra una sección transversal de una fibra 206 de celulosa natural de una planta de algodón. La fibra 206 de celulosa tiene forma de riñón y un lumen 210 sin material en su interior, formando una cavidad completamente cerrada.

En base a las diferencias geométricas y estructurales significativas de las fibras según la Figura 3 a la Figura 5, es posible para una persona experta en la materia determinar de forma inequívoca, por ejemplo, bajo un microscopio, si una fibra de celulosa se ha formado mediante el proceso de lyocell, mediante el proceso de viscosa o de forma natural en una planta de algodón.

Además, cabe señalar que "que comprende" no excluye otros elementos o pasos, y "un" o "una" no excluye una pluralidad. Asimismo, cabe destacar que las características o pasos descritos con referencia a uno de los ejemplos de realización anteriores también pueden utilizarse en combinación con otras características o pasos de otros ejemplos de realización descritos anteriormente. Los signos de referencia en las reivindicaciones no deben considerarse limitativos.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado fabricado según un método de lyocell, que comprende elastano, estando el elastano incorporado en el cuerpo (102) moldeado.

2. El cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado según la reivindicación 1, comprendiendo el cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado al menos un 0,1 % de poliuretano y siendo al menos un 10 % del poliuretano elastano.

3. El cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado según la reivindicación 1 o 2, comprendiendo el cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado entre un 0,1 % y un 5 % de elastano.

4. El cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además al menos un plástico sintético adicional, en particular menos del 2 %, de entre el grupo que comprende poliéster, poliamida, poliuretano y poliéter.

5. El cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado según la reivindicación 4, en el que al menos una parte del plástico sintético adicional comprende al menos una compatibilidad que es al menos una de entre el grupo que consiste en compatibilidad de éster, compatibilidad de amida y compatibilidad de éter.

6. El cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado según la reivindicación 4 o 5, en el que el plástico sintético adicional está al menos parcialmente incorporado en la celulosa.

7. El cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado según una de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado al menos una de las siguientes características: el cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado se selecciona de entre el grupo que comprende una fibra, una película, una esfera o una esponja;

el cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado tiene una extensibilidad de fibra que es al menos un 10 %, en particular al menos un 20 %, mayor que la extensibilidad de fibra de una fibra de lyocell convencional; el cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado tiene valores de resistencia de una fibra de lyocell convencional;

el cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado tiene una tendencia reducida a la fibrilación en comparación con una fibra de lyocell convencional.

8. Método para fabricar un cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado, comprendiendo el método: proporcionar (78) un material (110) de partida, que comprende celulosa y elastano, en particular estando el elastano presente en el material (110) de partida por separado de la celulosa, siendo el material (110) de partida un cuerpo sólido; y

producir (80) el cuerpo (102) moldeado que comprende celulosa mediante un método de lyocell a partir del material (110) de partida, de tal manera que el cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado comprende al menos una parte del elastano del material (110) de partida, estando la parte del elastano del material (110) de partida incorporada en el cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado.

9. Método según la reivindicación 8, en el que el cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado comprende una porción de plástico sintético, que se origina al menos en una medida del 0,1 % a partir del material (110) de partida.

10. Método según la reivindicación 8 o 9, en el que el material (110) de partida comprende total o parcialmente restos procedentes de la fabricación de prendas de vestir y/o ropa usada.

11. El método según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, que comprende, además:

la disolución (68) del material (110) de partida en un disolvente (116) mediante un método de disolución directa, en particular en N-óxido de N-metilmorfolina, NMMO, para obtener una solución (104) de hilado;

la extrusión (70) de la solución (104) de hilado a través de boquillas de hilado, particularmente a menos de 150 °C, de modo que se posibilita una incorporación al menos parcial de plástico sintético, en particular elastano, en la celulosa.

12. El método según una de las reivindicaciones 8 a 11, que comprende, además:

la introducción (64) en la solución (104) de hilado de al menos una sustancia de entre el grupo que consiste en fibras de celulosa, materiales extraños, pulpa, hemicelulosa y fibras de celulosa de cadena corta.

13. Método según una de las reivindicaciones 8 a 12, en el que el material (110) de partida comprende al menos un plástico sintético adicional de entre el grupo que consiste en poliéster, poliamida, poliuretano y poliéter.

14. Método según la reivindicación 13, que comprende, además:

la retención de al menos parcialmente un primer plástico sintético adicional, en particular uno de entre el grupo que consiste en poliéster, poliamida y poliéter, del material (110) de partida para generar el cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado, de tal manera que el primer plástico sintético adicional está sustancialmente incluido en el cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado;

y/o

la eliminación, en particular eliminación total, de un segundo plástico sintético adicional, en particular uno de entre el grupo que consiste en poliéster, poliamida y poliéter, del material de partida, de modo que el segundo plástico sintético adicional no esté incluido sustancialmente en el cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado, en particular siendo el primer plástico sintético adicional diferente del segundo plástico sintético adicional.

15. El método según una de las reivindicaciones 13 o 14, que comprende, además:

la alimentación (64) de al menos un material de partida adicional que comprende celulosa y al menos un plástico sintético, en particular un plástico sintético de entre el grupo que consiste en elastano, poliéster, poliamida, poliéter y poliuretano, siendo la porción de plástico sintético en el material (110) de partida y el material de partida adicional diferente; y

la producción del cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado a partir del material (110) de partida y el material de partida adicional, de modo que el cuerpo (102) moldeado celulósico regenerado presenta al menos una propiedad predeterminada, presentando la propiedad predeterminada la concentración de elastano.