15.0.0- FIBRAS ARTIFICIALES
La Guerra de Secesión de los EEUU, que entre 1861 y 1865 enfrentó a los estados del norte contra los estados del sur, ocasionó importantes repercusiones para el mundo textil de la época. Los estados del Norte - proteccionistas y con mano de obra libre y asalariada - iniciaban una vigorosa industrialización en competencia con Europa. Los estados del Sur - librecambistas, aristocráticos, esclavistas y feudales - querían mantener su forma de vida agraria y su comercio tradicional con Europa. El enfrentamiento era inevitable. Cuando la Unión de los estados norteños, bloquea los puertos de la Confederación de los estados sureños, ésta última no puede vender más algodón a las hilanderías inglesas. Esto produce una tremenda escasez de algodón, primero en Inglaterra y después en toda Europa, que se conoció como “el hambre del algodón”.
Como consecuencias de la escasez de algodón provocada por la “Guerra de Secesión”, podemos mencionar tres muy importantes: 1) la afirmación del poder del imperio británico en la India, Egipto y Sudán, países que con sus producciones de algodón paliaron de alguna forma la falta del algodón americano, 2) el aumento de la demanda relativa de lana (es justamente en la década de 1860 que comienza la explotación ovina en Argentina y Uruguay, iniciada por hacendados ingleses y galeses emigrados) y, 3) la aceleración que, en esos años, adquieren las investigaciones que conducen al desarrollo de las fibras artificiales. Esta última es, sin duda, la que tendría mayor impacto en el futuro de la industria textil (ver Capítulo I., “Origen y Evolución de la Tecnología Textil”).
Los primeros intentos de crear fibras artificiales se remontan a 1664 cuando el naturalista inglés Robert Hooke sugirió la posibilidad de reproducir los filamentos producidos por el gusano de seda así como el que producen las arañas para tejer sus telas. René Antoine Ferchault de Réaumur en Francia, en 1734, tuvo ideas similares. Pero recién en 1855 el químico suizo George Audemars logró disolver la corteza interna fibrosa del tronco de la morera obteniendo una solución de celulosa de la que extraía filamentos, sumergiendo y retirando agujas. En 1862 M.Ozanam en Francia, propuso disolver desperdicios de filamentos de seda en ácido nítrico y extrudir la solución obtenida a través de una placa con orificios, pero no tuvo éxito en desarrollar un procedimiento para coagular los filamentos.
Se produce un avance importante cuando, en los primeros años que siguieron a 1880, Sir Joseph W. Swan, un químico y electricista inglés, hizo pasar por pequeños orificios una solución de celulosa, similar a la desarrollada por Audemars. La solución de celulosa, de alta viscosidad, salía de los orificios en forma de filamentos y Swan sumergía estos filamentos en un baño donde coagulaban y se solidificaban. Los filamentos de Swan se usaron en las primeras lámparas incandescentes inventadas por Thomas Edison y también, en 1885, se exhibieron en Londres algunas telas tejidas con ellos que no pasaron de ser curiosidades sin aplicación comercial. Unos años más tarde, en la Exposición Universal de Paris de 1889, se da otro gran paso adelante cuando el conde Hilario Bernigaud de Chardonet exhibe sus filamentos de nitrocelulosa. La “seda Chardonnet” presentaba grandes inconvenientes: tenía brillo excesivo, era pesada, dura y menos elástica que la seda natural, no era lavable, era difícil de teñir y lo peor, era inflamable. A pesar de todos estos inconvenientes es a partir de ese momento que se inicia una cadena de éxitos que lleva al desarrollo de los “rayones”. La palabra “rayón” es un nombre de fantasía, que en su momento impusieron las autoridades francesas con el fin de evitar cualquier confusión comercial con la seda natural. Primero aparecerá el “rayón cupro-amónico” o “rayón cupro”, luego el “rayón viscosa” y el “rayón acetato” (di y tri) y finalmente, ya en épocas recientes, el “Lyocel”. Las fibras artificiales no son solo celulósicas: las hay también proteicas, que si bien
han tenido un desarrollo interesante, encontraron pocas aplicaciones prácticas (ver más abajo Secc.15.5.0).
15.1.0- RAYON CUPRO
El rayón cupro fue desarrollado inicialmente por el francés Louis-Henri Despeissis disolviendo celulosa de madera en solución cupro-amoniacal (Reactivo de Schweizer). Esta solución era luego era extruída a través de un “spinirette” para coagularla, en forma de filamentos, en un baño fuertemente ácido (“wet spinning”). Los restos de amoníaco y cobre eran eliminados con soluciones diluidas de ácido clorhídrico. A diferencia de la seda Chardonet el rayón cupro tenía la ventaja de no ser inflamable. El proceso fue mejorado por la firma J.B.Bemberg AG que obtuvo filamentos delgados, fuertes y brillantes con los que se tejieron, con gran suceso, las primeras medias para damas de “seda artificial”. Sin embargo el rayón cupro sería desplazado gradualmente por el rayón viscosa y hoy día prácticamente casi no se produce más.
15.2.0- RAYON VISCOSA
El desarrollo del “rayón viscosa” (llamada a veces “fibrana”) fue precedido de las investigaciones de Ch.F.Cross, E.J.Bevan y C.Beadle en 1892 sobre la química de la celulosa con el fin de esclarecer algunos aspectos del proceso de producción de papel. Estos investigadores descubrieron que la alcali-celulosa, obtenida tratando la celulosa con soluciones concentradas de álcalis, reaccionaba con el disulfuro de carbono para dar xantato de
celulosa, soluble en agua.
(C6H10O5)n + nNaOH →→ → (C6H9O4ONa)n + nH2O
celulosa + hidróxido alcali celulosa agua de sodio
SNa
I
(C6H9O4ONa)n + nSC2 →→→ n(SC -- OC6H9O4)
alcali celulosa disulfuro xantato de celulosa de carbono
Pasando la masa viscosa de xantato de celulosa por un “spinirette”, los filamentos que se van formando se van coagulando en un baño de sulfato de amonio. Pasando a continuación estos filamentos por un baño de ácido sulfúrico diluido, se regenera la celulosa. Este proceso es del tipo de hilatura húmeda (“wet spinning”) (ver sección 1.0.0, Introducción). El rayón viscosa puede entonces definirse como “una fibra manufacturada compuesta de celulosa regenerada, en la que no más del 15 % del hidrógeno de los grupos hidroxilo están sustituidos”.
El proceso industrial fue un éxito desde su comienzo, en 1900, pero el gran aumento de producción se ubica entre 1925 y 1955. Al comienzo solo se producía filamento y recién en 1916 se produce fibra cortada. En 1930, con el agregado de cinc a los baños de coagulación y, en 1947, con la adición de aditivos especiales a la fibra, se desarrollan “rayones viscosas” de muy alta perfomance destinados principalmente a la producción de entretelas para cubiertas de llantas de automóviles.
Como materia prima se utiliza pulpa de madera, especialmente tratada, conocida como “pasta química”, que se caracteriza por un alto contenido de
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-cellulosa y por estar relativamente libre de lignina, hemicelulosas y otros carbohidratos de cadena corta. La “pasta química” y el resto de los productos químicos utilizados son relativamente baratos. La introducción de mejoras en el proceso por Ch. F. Topham, como la “maduración” para regular la viscosidad de extrusión y elaumento de la resistencia tensil permitieron que rápidamente el “rayon viscosa” fuera un suceso comercial. La difusión de su uso como fibra cortada o “staple” para ser mezclada primero con algodón y luego con poliéster, la ha llevado, hoy día, a representar aproximadamente el 5% de todas las fibras textiles consumidas. Se emplea en la confección de blusas, camisas, sábanas, manteles, prendas de uso médico, tapicería, etc.
Como características principales del “rayón viscosa” podemos señalar que: 1) es una fibra relativamente barata (más barata que el algodón), 2) es más limpia y regular que el algodón, 3) se puede usar tanto como filamento o como fibra cortada, 4) absorbe mucha agua, pero no seca fácilmente (una viscosa desarrollada por la empresa Courtaulds absorbe hasta tres veces más agua que la fibra standard), 5) en general no tiene resistencia en húmedo: la disminución de resistencia en húmedo puede llegar hasta un 70%, 6) las variantes mejoradas, como las fibras “polinósicas” o “modales”, tienen resistencias en húmedo mucho mayores, lo que permite que las prendas de mezcla viscosa/poliéster tengan un comportamiento más homogéneo cuando son sometidas a esfuerzos en medio acuoso. 7) las telas hechas con rayon viscosa son suaves, confortables y de buena caída pero, debido a la poca elasticidad de la fibra, se arrugan fácilmente (a menos que se les aplique una terminación antiarrugas con productos químicos adecuados), 8) resiste los álcalis diluídos pero las soluciones de álcalis concentrados la hinchan y finalmente la dañan, 9) es dañada por los ácidos aún en soluciones diluidas, 10) es inflamable, salvo que tenga un tratamiento ignífugo, 11) en general debe ser “deslustrada” con dióxido de titanio, que se mezcla con el polímero antes de extrudir los filamentos, para quitarle transparencia y brillo y darle un aspecto mate, más similar al del algodón, 12) se tiñe fácilmente con los mismos colorantes que tiñen el algodón: directos, tina, sulfuro, reactivos y diazotables. En general, las prendas que contienen rayón viscosa conviene limpiarlas “en seco”. En caso de lavarlas a mano, o en máquina de lavar, conviene hacerlo con agua tibia y sin utilizar hipoclorito de sodio (especialmente si están teñidas o estampadas), secarlas a la sombra, sin retorcerlas ni colgarlas (apoyadas en una superficie plana) y - como la viscosa es una fibra sensible al calor - planchándolas cuidadosamente con plancha tibia.
15.3.0- RAYON DIACETATO Y RAYON TRIACETATO
El acetato de celulosa fue desarrollado en 1893 en Boston (USA) por Arthur D. Little y se le utilizó en la industria del plástico y durante la Primera Guerra Mundial (1914-1918) como "dope” de telas de aviones. La celulosa purificada obtenida de la pulpa de la madera, se acetilaba con una mezcla de anhídrido y ácido acético en presencia de ácido sulfúrico. La celulosa completamente acetilada no era soluble en los solventes de los que se disponía en esa época. Por tanto, se producía primero triacetato que luego se hidrolizaba parcialmente para obtener un producto que tenía 2 grupos acetilos por residuo de glucosa (que tiene tres grupos hidroxilos libres para ser acetilados). La fibra producida a partir de este polímero fue conocida como “rayón diacetato” o simplemente “rayón acetato”. Años más tarde, cuando aparece el dicloruro de metileno, que junto con metanol, es capaz disolver el triacetato, se lanza al mercado el “rayón
triacetato”, con propiedades bien diferentes a las del “diacetato”.
Más precisamente, en el diacetato, la celulosa tiene 74 a 92 % de sus grupos hidroxilos acetilados, y en el triacetato del 92 a casi el 100%´. El diacetato se disuelve en acetona y esta solución se pasa por los “spiniretts”. La acetona se evapora en corriente de aire caliente (“dry spinning”) para luego ser recuperada. El triacetato, en forma similar, se disuelve en una mezcla de cloruro de metileno y metanol que también luego se recupera.
Las telas y prendas de rayón diacetato: 1) son de tacto sedoso y de aspecto brillante, 2) absorben poco agua, no encogen y secan rápido, 3) son de baja ensuciabilidad, 4) tienen una
buena “mano” y “caída”, pero no son confortables en tiempo caluroso, 5) tienen un poco más de tenacidad, elasticidad y extensibilidad que las de rayón viscosa; 6) resisten polillas y hongos; 7) son muy sensibles al calor y deben plancharse por debajo de 70-80ºC (se les debe planchar con plancha tibia, del lado del revés y con un paño protector de algodón); 8) se arrugan y quiebran con facilidad, sobre todo en caliente, y por tanto las telas deben teñirse a lo ancho (por debajo de 80ºC) y las prendas secarse sin retorcer; 9) se pueden teñir con colorantes dispersos en una gran diversidad de colores. Entre los usos principales del rayón diacetato, como filamento continuo, están aquellos en que se busca un brillo similar al de la seda, como forros de chaquetas, corbatas, blusas de dama, pañuelos, etc.
El triacetato de celulosa tiene un punto de fusión más alto que el diacetato y puede ser planchado y fijado a temperaturas más altas sin pérdida de lustre. Se puede usar para confeccionar telas “plisadas” que, si bien no tienen la resistencia y la durabilidad de similares hechas con “nylon” o poliéster, son mucho más baratas, de fácil lavado, bajo encogimiento y resistentes al arrugado. El triacetato tiene también mayor resistencia a la luz que el diacetato pero es más difícil de teñir que este. Es utilizado tanto como filamento continuo texturizado o como fibra cortada (“staple”) en variedad de prendas deportivas, blusas, faldas plisadas, etc. Una importante aplicación no textil es su uso como “cable” o “tow” cortado para filtros de cigarrillos.
15.4.0- LYOCEL
Un proceso que simplemente consistiera en disolver la celulosa, en un solvente apropiado, sin pasar por la formación de compuestos intermedios, para luego producir filamentos, recuperando el solvente para su reutilización, fue siempre considerado como un proceso ideal por el menor impacto que tendría sobre el medio ambiente. Un proceso de este tipo fue desarrollada por las firmas Lenzing de Austria (“Lyocell”) y por Courtaulds de UK (“Tencel”). En 1992, Courtaulds, productora líder de rayón viscosa, lanzó al mercado su fibra “Tencel” que es obtenida por disolución de pasta química de madera en un óxido de amina que luego es recuperado.
Además de producirse por un proceso prácticamente no contaminante, el “Tencel” posee propiedades excelentes. Como fibra celulósica tiene una buena absorción de humedad, es biodegradable y de fácil teñido. Su resistencia a la tracción y tenacidad es superior a la del algodón y a la del rayón viscosa y similar a la del poliéster por lo que resulta ideal para mezclar con esta última fibra. En húmedo su resistencia a la tracción disminuye solo un 15% y tiene muy bajo encogimiento. Las telas presentan gran suavidad (tacto “agamuzado”), un lustre similar al lino, una “mano” y caída” similar a la seda y baja arrugabilidad. Con “Tencel” de 1,7 dtex se pueden producir hilados muy delgados, de p.ej 50 Ne, lo que a su vez permite tejer telas muy livianas (de p.ej. 80 g/m2). Con telas de Tencel se confeccionan preferentemente vestidos y blusas de dama, por ahora de alto precio, que se pueden lavar o limpiar en seco sin inconvenientes.
Sin embargo, sometida a la abrasión húmeda, la fibra presenta el fenómeno de “fibrilación”, es decir la formación o separación de pequeñas fibras en su superficie (ver Figura 2.147) pero con tratamientos de superficie especiales se pueden obtener telas con efectos sorprendentes. De todas maneras, los métodos de tintura de las telas deben ser adecuados para no producir fibrilaciones incontroladas. El “Tencel” como la más reciente e innovadora de las fibras artificiales, está generando nuevas e interesantes posibilidades para los diseñadores textiles.
TABLA 2.50 * TENCEL COMPARADO CON OTRAS FIBRAS
TENCEL Viscosa Algodón Poliéster
Denier 1,5 1,5 - 1,5
Tenacidad (*), (g / den) 4,8 – 5,0 2,6 – 3,1 2,4 – 2,9 4,8 – 6,0
Extensión a la rotura (*), % 14 - 16 20 - 25 7,0 – 9,0 25 - 30
Tenacidad en húmedo (g / den) 4,2 -4,6 1,2 – 1,8 3,1 – 3,6 4,8 – 6,0
Extensión a la rotura en húmedo, % 16 - 18 25 - 30 12 – 14 25 – 30
Regain (*), % 11 14 8 0,4
(*) En condiciones estándar, 20ºC y 65 % HR
Figura 2.147 – Fibrilación del Lyocel y Tencel
15.5.0- FIBRAS ARTIFICIALES PROTEICAS
Un primer intento en la producción de fibras artificiales proteicas fue disolver restos de artículos de seda (hilado, telas o prendas) usados y/o descartados, así como capullos no utilizados por su baja calidad, en solventes apropiados. El líquido viscoso obtenido era luego hilado por extrusión a través de orificios de “spinirette” pero la calidad de los filamentos resultantes estaban muy lejos de ser similares de los de la seda natural.
Disolviendo restos de lana en una solución al 25% de sulfuro de sodio y luego precipitando con ácido clorhídrico, se obtiene un material que, luego de secado, molido y mezclado con caseína (2 a 4 partes de proteínas de la lana a 1 parte de caseína) se puede disolver en soda cáustica al 1%. El líquido viscoso que se obtiene puede ser luego extrudido para obtener filamentos que se endurecen pasándolos por un baño de formaldehído. Procedimientos similares utilizando caseínas de distintos tipos, mezclas de gelatina con nitrocelulosa, restos de materiales ricos en colágeno de las curtiembres, proteínas vegetales de soja, de maíz, etc. han dado como resultado filamentos con propiedades inferiores a la lana y con tenacidades y resistencias a la tracción en húmedo muy bajas. Sin embargo muchos de ellos se emplean para mezclarlos con lana, a la que le mejoran su capacidad de afieltrado. Estas mezclas con lana y pelo de conejo son ideales para utilizarlas en la fabricación de sombreros de fieltro. En la Tabla 2.51 se muestran en forma comparativa algunas propiedades de estas fibras.
TABLA 2.51 * ALGUNAS FIBRAS ARTIFICIALES PROTEICAS
NOMBRE COMERCIAL Vanduara Merinova Silkpol Ardil Vicara LANA
Como testigo
Materia Prima seda caseina soya maní maíz
Densidad (*), g/cm3 1,37 1,30 1,30 1,30 1,25 1,33
Regain (*), % sd 13,5 – 14 11,5 15 13 14,5
Tenacidad (*), (g / den) 0,55 1,0 – 1,2 0,55 0,7 – 0,9 1,1 – 1,3 1,1 – 1,8
Extensión a la rotura (*), % 4,5 50 – 70 5,1 40 – 60 30 – 35 28 – 48
Tenacidad (**), % 7,4 40 - 55 44,2 30 45 - 55 76 - 87
(*) En condiciones estándar, 20ºC y 65 % HR; (**) % de la Tenacidad en condiciones estándar
BIBLIOGRAFÍA
1- “La Guerra Secreta por el Algodón”, Antón Zischka, Ed. Claridad, Bs.As., 1940
2- “Artificial Silk”, CIBA REVIEW, Nº 2, 1967
3- “Man Made Fibers”, H.F.Marks, S.M.Atlas, E.Cernia. Interscience Publishers, New York,1967
4- “Viscose Fibres”, J.E.Ford, Textiles, 1991, Nº3
5- “Regenerated Cellulose Fibres” Ed. C.Woodings, , Woodhead Publ. Ltd., England, 2001,