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Patent Searching and Data


Title:
NATURAL FIBRE TREATMENT PROCESS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/178794
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a natural fibre treatment process that can be used to condition fibres for the optimal production of spun yarn and, subsequently, textile bases. The process comprises the steps of alkaline treatment, bleaching and addition of a softening agent.

Inventors:
CASTRO ERAZO CRISTINA ISABEL (CO)
CORRALES TOBÓN MARIA VICTORIA (CO)
GAÑÁN PIEDAD FELISINDA (CO)
MANRIQUE HENAO JORGE ALONSO (CO)
RESTREPO RESTREPO MARIA CLARA (CO)
SÁNCHEZ RENDÓN JOHNY ALEJANDRO (CO)
VELEZ ACOSTA LINA MARÍA (CO)
ZULUAGA ROBIN OCTAVIO (CO)
Application Number:
PCT/IB2018/051756
Publication Date:
October 04, 2018
Filing Date:
March 15, 2018
Export Citation:
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Assignee:
UNIV PONTIFICIA BOLIVARIANA (CO)
EXPOFARO S A S (CO)
International Classes:
D01B1/00; D01B1/36; D01B1/42; D01C1/02
Domestic Patent References:
WO2009003606A12009-01-08
Foreign References:
US20070199669A12007-08-30
US20070094810A12007-05-03
Other References:
CARRION F.J. ET AL.: "Estructura y propiedades de los suavizantes textiles de organosiloxanos (silicona", BOLETIN DEL INSTITUTO DE INVESTIGATION TEXTIL Y DE COOPERATION INDUSTRIAL (UPC, vol. 112, 1997, pages 61 - 66, XP055551641, ISSN: 1131-6756
MUÑOZ U. JF., DENIM CON FIQUE: NUEVA APLICACIÓN TEXTIL, June 2017 (2017-06-01), pages 8 - 11, XP055551645, ISSN: 0120-1115
VENKATESHWARAN N. ET AL.: "Mechanical and water absortion behaviour of banana/sisal reinforced hybrid composite", MATERIAL AND DESIGN, vol. 32, no. 7, August 2011 (2011-08-01), pages 4017 - 4021, XP055551647, Retrieved from the Internet
Attorney, Agent or Firm:
OLARTE, Carlos R. (CO)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1) Un proceso para tratar fibras naturales que comprende las siguientes etapas: a) someter las fibras naturales a un tratamiento alcalino;

b) someter las fibras obtenidas en (a) a una fase de blanqueo; y

c) adicionar un agente suavizante a las fibras obtenidas en la etapa (b).

2) El proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, donde las fibras naturales son de la familia Aspargaceae.

3) El proceso de acuerdo con la Reivindicación 2, donde las fibras naturales se seleccionan de sisal, fique, henequén y abacá.

4) El proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, donde el tratamiento alcalino de la etapa (a) se lleva a cabo incorporando las fibras naturales en una solución de NaOH o KOH 15% (p/v) a una temperatura entre 25 °C y 100°C y un periodo de tiempo entre 0,1 y 24 horas.

5) El proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, donde la fase de blanqueo de la etapa (b) se lleva a cabo mediante tratamiento químico o tratamiento enzimático.

6) El proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, donde la fase de blanqueo de la etapa (b) se lleva a cabo adicionando un agente antiespumante, una base fuerte, un catalizador y un agente blanqueador, manteniendo una temperatura entre 20°C y 100°C, durante un periodo de tiempo entre 0, 1 y 24 horas.

7) El proceso de acuerdo con la Reivindicación 6, donde el agente antiespumante es un derivado esteárico de alcoholes o de siloxanos, la base fuerte es NaOH o KOH.

8) El proceso de acuerdo con la Reivindicación 6, donde el catalizador se selecciona de sales inorgánicas, hidrocarburos, alcoholes, ácidos orgánicos y sus derivados. 9) El proceso de acuerdo con la Reivindicación 6, donde el agente de blanqueo se selecciona de peróxido de hidrógeno, clorito de sodio, hipoclorito de sodio y mezclas de los mismos.

10) El proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, donde el proceso de blanqueo de la etapa (b) se lleva a cabo mediante un tratamiento enzimático que consiste en adicionar al menos una enzima ligninolítica seleccionada de peroxidasas, oxidasas, lacasas y mezclas de las mismas, a una temperatura entre 20°C y 80°C durante 0,1 a 168 horas.

11) El proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, donde el agente suavizante de la etapa (c) se selecciona de siliconas, emulsiones siliconadas, nanoemulsiones siliconadas, enzimas ligninolíticas y mezclas de los mismos.

12) El proceso de acuerdo con la Reivindicación 1, que adicionalmente comprende una etapa de secado, realizado a una temperatura entre 15°C y 80°C.

13) Fibras naturales obtenidas mediante el proceso de las Reivindicaciones 1 a 12, caracterizadas porque tiene las siguientes propiedades:

Propiedad Rango

Longitud 20 - 35 mm

Finura/Diámetro 54 - 125 mm

Resistencia a la tracción 48 - 257 MPa

Contenido de lignina 4,2 - 7,6%

Contenido de celulosa 60 - 80%

Contenido de hemicelulosa 0 - 13,5%

Description:
PROCESO DE TRATAMIENTO DE FIBRAS NATURALES

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se enmarca en el sector textil, particularmente en procesos de tratamiento de fibras naturales para diferentes aplicaciones.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad, las hojas de la familia de las Aspargaceae se consideran como una variedad de materiales vegetales fibrosos con un alto potencial de explotación en la industria textil. Generalmente, estos materiales vegetales tienen un alto contenido de celulosa que pueden ser aprovechados en la manufactura de bases textiles para vestuario. Sin embargo, su empleo como materia prima en la construcción de bases textiles se encuentra limitada debido a su baja finura y rugosidad de las fibras, por la presencia de componentes no celulósicos, lo que no la hace apta para obtener hilos que puedan ser hilados con una maquinaria tradicional para la construcción de bases textiles.

Con el auge del estudio de nuevas aplicaciones de las fibras naturales bastas, los avances más recientes se han centrado en desarrollar procesos de cotonización, los cuales se refieren al procesamiento de fibras bastas o duras para hacerlas similares a las fibras de algodón en cuanto a sus propiedades (v.g. longitud, suavidad, diámetro o finura). Este cotonizado se logra removiendo total o parcialmente las pectinas, la lignina y la hemicelulosa sin dañar la celulosa de la fibra y separando las fibras elementales que están unidas unas a otras por estos compuestos.

En el estado de la técnica se describen procesos de tratamiento de fibras naturales de las familias Poaceae, Urticaceae, Malvaceae, Linaceae, Gramineae, Fabaceae, Cannabaceae, con los cuales se obtienen fibras con diferentes propiedades y características. Los procesos que se encuentran divulgados, generalmente incluyen etapas de tratamiento alcalino, blanqueo y secado.

El documento US7481843 B2 describe un procedimiento para la extracción y preparación de fibras bastas de ramio (familia Urticaceae), yute (familia Malvaceae) y cáñamo (familia Cannabaceae), con el que se obtienen fibras para la producción de hilos hilados finos, puros, en los cuales el tren de hilatura convencional es alimentado en un 100% con la fibra seleccionada, o mezclados, en los cuales antes del proceso de cardas se mezclan diferentes fibras en las proporciones deseadas y al final del proceso de hilatura se obtiene un hilo hilado de mezcla intima.

El documento US5718802 divulga la utilización del subproducto de la caña de azúcar (familia Poaceae) para la producción de hilos y no tejidos, en el cual para la extracción de las fibras se utiliza un tratamiento alcalino con NaOH (soda cáustica) y temperatura. También se utilizan tratamientos mecánicos combinados como la explosión de vapor, burbujas de gas a presión, ebullición fuerte, entre otras.

El documento US20070199669 divulga un método para la extracción de fibras celulósicas provenientes de hojas y tallos de maíz, pasto, arroz, cebada (familia Poaceae) sorgo, trigo, (familia Gramineae), soja (familia Fabaceae) y tallos de algodón (familia Malvaceae), mediante un tratamiento alcalino para deslignificar parcialmente el material y un tratamiento enzimático posterior para extraer las fibras.

El documento US 7624478 B2 describe un método para el procesamiento de fibras bastas derivadas del tallo del algodón (familia Malvaceae), que comprende la extracción, desengome, preservación, corte, apertura, cardado, clasificación y empaque. El documento US 7526837 B2 divulga un proceso para el tratamiento de fibras de lino (familia Linaceae), que consiste en la limpieza, cotonización, enriado y secado de la materia prima mediante un proceso electro-hidráulico.

El documento US 4359859 B2 describe un hilo formado con las fibras de las hojas y las vainas del maíz, mediante la inmersión de las hojas y las vainas en una solución de soda caustica para la liberación de estas y posteriormente es secado, cardado e hilado. El documento CN101041916 (A); describe un proceso para la obtención de un hilo de mezcla de fibra de bambú (familia Poaceae) y ramio (familia Urticaceae). En la extracción y preparación de fibras de la familia Aspargaceae, un procesado inadecuado puede dañar fibras en gran medida, generando un bajo rendimiento de fibras y pérdidas económicas. Por lo tanto, existe la necesidad de diseñar procedimientos para la extracción y preparación de fibras de la familia Aspargaceae, que permitan obtener fibras aptas para la construcción de textiles de alta calidad para vestuario.

El proceso de la invención permite obtener fibras naturales para nuevas bases textiles para la diversificación de sus aplicaciones en el vestuario, ampliando el portafolio de oportunidades para estas fibras dentro del mundo textil.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El proceso de la presente invención permite obtener fibras naturales modificadas a partir de las hojas de plantas de la familia Aspargaceae, mediante la adición de un agente suavizante a las fibras naturales después de haber sido sometidas a un tratamiento alcalino y de blanqueo. Las fibras obtenidas exhiben excelentes propiedades táctiles debido a la remoción de componentes no celulósicos, favoreciendo la disminución del diámetro de las fibras y el aumento de su flexibilidad.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

FIG 1. Fotografía de la fibra natural (a) y de la fibra cotonizada (b).

FIG 2. Imágenes de microscopio electrónico de barrido (SEM) de la fibra natural (a) y de la fibra cotonizada (b).

FIG 3. Fotografía de un hilo de mezcla algodón/fique cotonizado (1 : 1).

FIG 4. Fotografía de tela producida con un hilo de mezcla algodón/fique cotonizado (1 :1).

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Las fibras duras provenientes de las hojas de las plantas de la familia de las Aspargaceae, están compuestas básicamente por celulosa (entre 40-70%), hemicelulosa, pectinas y lignina, encargadas de aglutinar y mantener la integridad de las fibras celulósicas. Estos otros componentes no celulósicos son responsables de que estas fibras sean toscas, poco flexibles, y con baja higroscopicidad. Estos componentes deben ser retirados con tratamientos de cotonizado químicos, mecánicos, enzimáticos y/o físicos para obtener fibras más suaves e individualizadas con aplicaciones en el sector textil.

Así, la presente invención se refiere a un proceso para el tratamiento de fibras naturales provenientes de la familia Aspargaceae, entre ellas, fique, henequén y sisal, cuyas hojas y tallos son inicialmente desfibrados y las fibras cortadas longitudinalmente en tamaños entre 10 mm y 1500 mm.

Una vez desfibradas y cortadas las fibras, se someten a un tratamiento alcalino que consiste en sumergirlas en una solución alcalina de KOH o NaOH (1-20% p/p), con una relación fibra/solución alcalina entre 1:5 y 1 :50, a una temperatura entre 20 y 90°C, durante 1 a 24 horas. En una modalidad del proceso de la invención, las fibras se sumergen en una solución alcalina de NaOH entre 10% y 15% (p/v), a una relación fibra/solución entre 1 :20 y 1 :40, a una temperatura entre 60°C y 80°C, durante 1 a 5 horas. En otra modalidad del proceso de la invención, las fibras se sumergen en una solución al 15% (p/v) de KOH a una temperatura de 80°C, durante 2 horas.

Las fibras obtenidas se enjuagan una o más veces con agua y se someten a una fase de blanqueo, la cual se puede realizar por tratamiento químico o tratamiento enzimático a una temperatura entre 20°C y 90°C, durante 0,1 a 168 horas, luego del cual, se enjuagan nuevamente las fibras con agua. En una modalidad del proceso de la invención, la fase de blanqueo se realiza mediante tratamiento químico a una temperatura entre 60°C y 90°C, durante 0,5 a 3 horas, preferiblemente a una temperatura de 80°C durante 2 horas.

Para efectos de la presente invención, el tratamiento químico de la fase de blanqueo consiste en adicionarle a las fibras un agente blanqueador, una base fuerte, un catalizador y un antiespumante. El agente blanqueador se selecciona de compuestos químicos como cloro en cualquier estado, compuestos y/o sales derivados del cloro (v.g. hipoclorito de sodio), sulfuras o compuestos sulfúricos, oxigeno u ozono o compuestos que liberen oxigeno como peróxidos, perboratos, persulfatos o percloratos, metales alcalinos, metales alcalinotérreos, compuestos de amonio, y sus mezclas, en concentraciones que pueden ir desde el 1% hasta el 30% (p/v). En una modalidad de la invención el agente blanqueador es peróxido de hidrógeno.

La base fuerte que se adiciona en la fase de blanqueo puede ser NaOH o KOH, a concentraciones entre 0,1 y 5% (p/p); el catalizador se selecciona de sales inorgánicas, hidrocarburos, alcoholes, ácidos orgánicos y sus derivados, en concentraciones entre 0,01 y 1,0%; y el agente antiespumante se selecciona de emulsiones siliconadas, no siliconadas

0 derivados esteáricos de alcoholes o de siloxanos, en concentraciones de 1,0% al 10,0%. En una modalidad del proceso de la invención, la base fuerte es NaOH, el catalizador es sulfato de magnesio, el agente de blanqueo es peróxido de hidrogeno y el antiespumante es un alcohol esteárico.

El tratamiento enzimático de blanqueo consiste en adicionar a las fibras naturales una o más enzimas como: peroxidasas, lacasas, oxidasas catalasas, pectinasas, celulasas, a concentraciones entre 1 y 100 g/L, a temperatura entre 20 y 60°C, durante un tiempo entre

1 y 168 horas. En una modalidad de la invención, el tratamiento enzimático se lleva a cabo mediante la adición de peroxidasas y celulasas a una concentración entre 0,01 y 5% (v/v) a una temperatura entre 20°C y 40°C, durante 1 a 168 horas. En otra modalidad de la invención, el tratamiento enzimático se lleva a cabo mediante la adición de peroxidasa a una concentración de 0,3 (v/v), temperatura de 25 °C, durante 168 horas.

Una vez culminada la fase de blanqueo, se adiciona a las fibras un agente suavizante seleccionado de emulsiones catiónicas, aniónicas, no-iónicas, reactivas, anfóteras, siliconadas o enzimáticas, con el fin de darle suavidad a la fibra y de evitar hornificación de la celulosa, lo que dificultaría el proceso de cardas, en el cual la fibra se abre, se separa y se depura de suciedad y de fibras cortas, con el fin de ser individualizadas y paralelizadas para formar un velo que será convertido en una cinta de carda al final del proceso.

El agente suavizante tiene una concentración entre 0,1% y 10%, preferiblemente entre 0,5% y 2,0% y se adiciona a las fibras a una temperatura entre 30°C y 80°C, con una relación fibra/solución entre 1:5 y 1 :50 y por un periodo de tiempo entre 0,5 y 2 horas. En una modalidad de la invención, el agente suavizante es una nanoemulsión siliconada a una concentración del 1,0%, la relación fibra/solución es 1:40, la temperatura es 60°C, durante una hora.

Por último, las fibras se pueden someter a una etapa de secado, la cual se puede llevar a cabo a temperatura ambiente (15°C a 25 °C) o por convección en un horno a una temperatura entre 40°C y 80°C, durante 0,5 a 36 horas.

Las fibras obtenidas mediante el proceso de la invención presentan características similares a la fibra de algodón, como tacto suave, color blanco, mayor flexibilidad y finura. Por tener estas características, la fibra puede mezclarse íntimamente con otras fibras como el algodón, y con todo tipo de fibras artificiales y sintéticas en la producción de hilados finos, que facilitan la producción de bases textiles que puedan ser usadas en prendas de vestir, accesorios, tapicería y decoración en general.

Los siguientes Ejemplos ilustran la invención, sin estar el concepto inventivo restringido a los mismos.

Ejemplo 1. Tratamiento de fibras de fique

Se cortaron fibras de fique de una longitud de 35mm con una guillotina. Las fibras fueron sometidas a un proceso alcalino a 80°C durante 2 horas, empleando una solución de 666,6 g de hidróxido de potasio y 3333,3 mi de agua.

Posteriormente se enjuagaron las fibras y se realizó la fase de blanqueo, en la cual se adicionaron 2918 mi de agua, 80 g de soda caustica en una concentración del 90%, 2,0 g de sulfato de magnesio, 200 g de antiespumante (alcohol esteárico) y 800 g de peróxido de hidrógeno en una concentración del 10% (p/p).

La solución obtenida se llevó a una temperatura de 80°C, se mantuvo durante una hora y posteriormente se enjuagaron las fibras 3 veces por rebose. Por último, la fibra fue sometida a un proceso de suavizado, para lo cual, se preparó una solución con 3920 mi de agua y 80 g de una nanoemulsion siliconada. Esta solución se llevó a una temperatura de 60°C para adicionar la fibra y someterla a este proceso durante una hora. La fibra cotonizada resultante fue secada en un horno a 40°C durante 24 horas.

Ejemplo 2. Tratamiento de fibras de Fique

Se cortaron fibras de fique de una longitud de 35mm con una guillotina. Las fibras fueron sometidas a un proceso alcalino a 60°C durante 0,5 horas, empleando una solución de 222,2g de hidróxido de potasio y 3777,7 mi de agua.

Posteriormente se enjuagaron las fibras y se realizó la fase de blanqueo, en la cual se adicionaron 2918 mi de agua, 80 g de soda caustica en una concentración del 90%, 2,0 g de sulfato de magnesio, 200 g de antiespumante (alcohol esteárico) y 800 g de peróxido de hidrógeno en una concentración del 10% (p/p).

La solución obtenida se llevó a una temperatura de 80°C, se mantuvo durante una hora y posteriormente se enjuagaron las fibras 3 veces por rebose. Por último, la fibra fue sometida a un proceso de suavizado, para lo cual, se preparó una solución con 3920 mi de agua y 80 g de una nanoemulsion siliconada. Esta solución se llevó a una temperatura de 60°C para adicionar la fibra y someterla a este proceso durante una hora. La fibra cotonizada resultante fue secada en un horno a 40°C durante 24 horas.

Ejemplo 3. Tratamiento de fibras de Sisal

Se cortaron fibras de sisal de una longitud de 35mm con una guillotina. Las fibras fueron sometidas a un proceso alcalino a 80°C durante 2 horas, para lo cual se utilizó una solución de 666,6 g de hidróxido de potasio y 3333,3 mi de agua.

Posteriormente se enjuagaron las fibras y se realizó la fase de blanqueo, en la cual, se adicionaron 2918 mi de agua, 80 g de soda caustica en una concentración del 90%, 2,0 g de sulfato de magnesio, 200 g de antiespumante (alcohol esteárico) y 800 g de peróxido de hidrógeno en una concentración del 10% (p/p).

La solución obtenida se llevó a una temperatura de 80°C, se mantuvo durante una hora y posteriormente se enjuagaron las fibras 3 veces por rebose. Por último, la fibra fue sometida a un proceso de suavizado, para lo cual, se preparó una solución con 3920 mi de agua y 80 g de una nanoemulsion siliconada. Esta solución se llevó a una temperatura de 60°C para adicionar la fibra y someterla a este proceso durante 1 hora. La fibra cotonizada resultante fue secada en un horno a 40 °C durante 24 horas.

Ejemplo 4. Caracterización de la fibra de Fique

A fibras de fique obtenidas según el Ejemplo 1, se les realizaron las siguientes pruebas de caracterización: longitud, diámetro, resistencia a la tracción, contenido final de lignina, contenido final de celulosa, contenido final de hemicelulosa (Tabla 1).

Tabla 1

Propiedad Rango

Longitud 20 - 35 mm

Finura/Diámetro 54 - 125 mm

Resistencia a la tracción 48 - 257 MPa Contenido de lignina 4,2 - 7,6%

Contenido de celulosa 60 - 80%

Contenido de hemicelulosa 0,0 - 13,5%

Ejemplo 5. Obtención de hilo a partir de fibras de Fique

A partir de fibras de fique obtenidas según el Ejemplo 1, se desarrolló un hilo hilado con una composición de algodón/fique cotonizado (1 :1). Para el desarrollo de este hilado, se seleccionó un algodón de 28 mm con una finura de 3,6 micronaire. Se mezclaron las fibras en una proporción de 50/50, se pasaron al proceso de apertura en abridora Shirley y cardado, en el cual se utilizaron cardas de chapones fijos.

La cinta de carda se pasó tres veces consecutivas por el manuar con el fin de regular la masa de la cinta la cual tuvo un gramaje de 3,3 g/m. La cinta de manuar resultante se procesó en una mechera electro-jet industrial con el fin de obtener una mecha de 0,850 g/m. Finalmente se obtuvo un hilo de un cabo en una maquina hiladora de anillos Pinter con torsión en Z de 520 vueltas/metro con un título Ne 14.

Ejemplo 6. Obtención de base textil

A partir de hilos obtenidos según el Ejemplo 5 se obtuvo una base textil que fue producida en un telar de Jacquard. El telar, previamente urdido con hilo de mezcla algodón poliéster y el hilo algodón/fique cotonizado (1 : 1), fue insertado en la trama. Se produjo tejido plano en los ligamentos de tafetán, sarga y satín.