Fibras de celulosa con capacidad de dosificación mejorada, procedimiento para su producción, así como su uso para el refuerzo de materiales compuestos.

Fibras sintéticas celulósicas que se obtuvieron a partir de disoluciones en las que la celulosa se presentó disuelta bien puramente físicamente o bien debido a derivatización química,

para uso en plásticos reforzados con fibra, caracterizadas porque presentan un diámetro medio entre 5 y 20 μm (según la descripción) y una longitud media ponderada con el número entre 200 y 800 μm (según la descripción).

Fibras de celulosa con capacidad de dosificaciïn mejorada, procedimiento para su producciïn, asï como su uso para el refuerzo de materiales compuestos [0001] La presente invenciïn se refiere a fibras de celulosa con capacidad de dosificaciïn mejorada, a un procedimiento para su producciïn, asï como a su uso para el refuerzo de materiales compuestos, especialmente de polïmeros termoplïsticos.

Estado de la tïcnica [0002] Desde hace tiempo se estïn haciendo esfuerzos por sustituir las fibras de vidrio ampliamente extendidas en materiales compuestos como polïmeros reforzados con fibra por fibras de celulosa ligeras, sosteniblemente fabricables y fïciles de desechar. Inicialmente parece lïgico utilizar para esto fibras naturales, por ejemplo, algodïn, lino, cïïamo, o tambiïn otras. Sin embargo, ïstas presentan distintos problemas tïpicos de las fibras naturales: olores en el procesamiento y parcialmente tambiïn incluso en el producto acabado, nebulizaciïn y amarilleamiento. Ademïs, el diïmetro de la fibra estï limitado, dependiendo del origen vegetal, a aproximadamente 20 - 35 ïm. Frecuentemente, las fibras individuales tambiïn estïn presentes como haz de fibras con espesor considerablemente mayor. Todas estas oscilaciones o irregularidades dificultan, por una parte, el procesamiento y dan, por otra parte, frecuentemente problemas de calidad en el producto compuesto acabado.

Para compensar estas desventajas se dieron a conocer distintos enfoques para mejorar la idoneidad de las fibras naturales mediante una etapa intermedia. Por ejemplo, se procesaron fibras de abacï dando una cinta de carda que luego se alimentï directamente a una prensa extrusora en la que tuvo lugar la trituraciïn de las fibras adicionalmente a la mezcla con el polïmero. No obstante, el coste de energïa en la prensa extrusora es en este procedimiento muy alto.

La pasta papelera, que se obtiene mediante procesos quïmicos a partir de madera, contiene la celulosa concretamente en forma muy fina. Aunque su uso en materiales compuestos es conocido, las propiedades mecïnicas de los productos asï preparados no cumplen suficientemente mayores demandas, como se mostrarï posteriormente mediante un ejemplo comparativo (Ejemplo 8) .

Otro enfoque es el uso de fibras sintïticas celulïsicas. En general, por fibras sintïticas celulïsicas para el fin de la presente invenciïn se entenderï aquellas fibras sintïticas celulïsicas que se obtuvieron a partir de disoluciones en las que la celulosa se presentï disuelta bien puramente fïsicamente o bien debido a derivatizaciïn quïmica. Los representantes mïs conocidos de este gïnero de fibras son viscosa - tambiïn y especialmente alambrïn para neumïticos de viscosa de alta resistencia. -, Modal, Lyocell y Cupro, cuyas designaciones se definen mediante la terminologïa de BISFA. Estas fibras tienen una alta pureza quïmica, una alta uniformidad y resistencia y pueden producirse especïficamente con los diïmetros de fibra respectivamente necesarios, que dependiendo del fin de aplicaciïn darïan un efecto de refuerzo ïptimo. Sin embargo, es problemïtica su procesabilidad, especialmente la capacidad de dosificaciïn y la distribuciïn uniforme en el plïstico, en los procedimientos tïpicos para materiales compuestos como, por ejemplo, procedimientos de extrusiïn. Los tipos de fibra convencionales con longitudes de corte para textil, es decir, aproximadamente 38 mm, pero tambiïn fibras cortadas cortas, es decir, con longitudes de corte de aproximadamente 5 mm, no pueden utilizarse en el sector del refuerzo de plïsticos ya que con las mïquinas de procesamiento de plïsticos convencionales no pueden procesarse a productos uniformes. A este respecto, uno de los problemas principales es la obstrucciïn de las unidades dosificadoras de la prensa extrusora mediante el enmaraïamiento de fibras y la formaciïn de puentes.

Enfoques para la soluciïn de estos problemas, por ejemplo, mediante la producciïn de pellas de fibraplïstico a partir de hilos de filamento infinitos o tambiïn cintas de carda mediante el llamado procedimiento de estiramiento-perforaciïn o procedimiento de pultrusiïn no condujeron hasta la fecha al resultado deseado. Ademïs, estos cuerpos mixtos ya no pueden utilizarse universalmente debido al polïmero ya contenido, sino que se comprometen principalmente al uso en el mismo polïmero. Por tanto, hasta la fecha no pudieron usarse las propiedades positivas, por ejemplo, de las fibras Lyocell como, por ejemplo, la alta resistencia a la rotura en el sector del refuerzo de plïsticos.

Objetivo [0007] En vista de estos problemas, el objetivo consistiï en poner a disposiciïn materiales de fibra celulïsica que pudieran procesarse sin problemas en las mïquinas de procesamiento de plïsticos habituales, produjeran una alta calidad de los materiales compuestos y fuera fïciles y rentables de producir.

Descripciïn de la invenciïn [0008] Este objetivo pudo alcanzarse mediante fibras sintïticas celulïsicas que presentan un diïmetro medio entre 5 y 20 ïm y una longitud media ponderada con el nïmero entre 200 y 800 ïm. A este respecto fueron especialmente ventajosas las fibras con una relaciïn de longitud media con respecto a diïmetro medio ponderada con el nïmero (UD) de 30 a 40. No serïan capaces de ser dosificadas fibras mïs largas. Aunque fibras mïs cortas tambiïn podrïan dosificarse bien - salvo una posible formaciïn de polvo mïs grueso -, en los materiales compuestos ya no darïan efecto de refuerzo suficiente. Ademïs, serïan demasiado caras de fabricar, ya que solo podrïan fabricarse con un bajo caudal en el molino. Para comparaciïn: las fibras de celulosa son aproximadamente 20 a 35 ïm considerablemente mïs gruesas y solo muestran, por tanto, bajos efectos de refuerzo. Las fibras sintïticas celulïsicas tambiïn pueden fabricarse naturalmente con mayores diïmetros. Asï, por ejemplo, las fibras sintïticas celulïsicas con un tïtulo de fibra individual de 15 dtex presentan un diïmetro medio de 35 ïm. Estas fibras mïs gruesas tienen las ventajas generales ya mencionadas de las fibras sintïticas, concretamente alta pureza y uniformidad y, debido a la mayor rigidez, todavïa pueden dosificarse bien incluso a una mayor longitud, sin embargo muestran por el mismo motivo tambiïn solo un bajo efecto de refuerzo en plïsticos. Fibras cortadas cortas de viscosa o Lyocell que tambiïn ya estïn comercialmente disponibles son esencialmente mïs largas con aproximadamente 5000 ïm.

El diïmetro medio de las fibras segïn la invenciïn se corresponde normalmente con el de las fibras de partida, ya que en la producciïn, como se describe mïs adelante, no se modifica esencialmente.

Las fibras segïn la invenciïn son excelentemente adecuadas para uso en plïsticos reforzados con fibra. Debido a sus altas resistencias mecïnicas se prefieren fibras Modal y Lyocell, es decir, fibras con una resistencia a la rotura (acondicionada) de al menos 35 cN/tex. Como fibras con alta resistencia mecïnica tambiïn se consideran igualmente las fibras continuas producidas para alambrïn para neumïticos. Todas estas fibras tambiïn presentan un mïdulo de al menos 10 GPa (determinado segïn la norma de Lenzing TIPQA 03/06 en fibras individuales secas mediante un aparato de mediciïn Vibrodyn con 50 mg de precarga) . Las fibras con una resistencia a la rotura (acondicionada) de al menos 35 cN/tex y un mïdulo de al menos 10 GPa se designarïn para los fines de la presente invenciïn como “altamente resistentes”. Se prefieren especialmente fibras Lyocell. Aunque las fibras de viscosa habituales tambiïn son en principio adecuadas para el refuerzo de plïsticos, debido a su resistencia esencialmente menor de aproximadamente 21 cN/tex, cabe esperar un efecto de refuerzo esencialmente menor.

Como polïmero de matriz de un material compuesto tal son adecuados en principio todos los tipos de polïmeros termoplïsticos, es decir, tanto basados en petrïleo como tambiïn producidos basados en materias primas renovables. Estïn muy generalizadas sobre todo las distintas poliolefinas como homo-o copolïmeros de polietileno y polipropileno, asï como sus mezclas. Igualmente pueden usarse los otros polïmeros basados en petrïleo como poliïsteres, poliamidas, poliestirenos, asï como elastïmeros termoplïsticos (TPE) y otros polïmeros modificados con resistencia al impacto. Actualmente son especialmente interesantes los polïmeros producidos basados en materias primas renovables y/o biodegradables como, por ejemplo, ïcido polilïctico (PLA) , mezclas de co-poliïster y PLA, polihidroxialcanoatos (PHA) (un ejemplo de este grupo es polihidroxibutirato (PHB) ) , polïmeros de almidïn y basados en almidïn, copolïmeros de poli (alcohol vinïlico) -co-acetato de... [Seguir leyendo]

1. Fibras sintïticas celulïsicas que se obtuvieron a partir de disoluciones en las que la celulosa se presentï disuelta bien puramente fïsicamente o bien debido a derivatizaciïn quïmica, para uso en plïsticos reforzados con fibra, caracterizadas porque presentan un diïmetro medio entre 5 y 20 ïm (segïn la descripciïn) y una longitud media ponderada con el nïmero entre 200 y 800 ïm (segïn la descripciïn) .

2. Fibras sintïticas celulïsicas segïn la reivindicaciïn 1, caracterizadas porque son fibras sintïticas celulïsicas de alta resistencia.

3. Fibras sintïticas celulïsicas segïn la reivindicaciïn 1 o 2, caracterizadas porque pertenecen al gïnero de fibra Lyocell.

4. Uso de fibras sintïticas celulïsicas para la producciïn de materiales compuestos a partir de polïmeros termoplïsticos, en el que las fibras se dosifican a una unidad de mezcla y allï se distribuyen uniformemente en el polïmero termoplïstico, caracterizado porque se utilizan fibras sintïticas celulïsicas con un diïmetro medio entre 5 y 20 ïm y una longitud media ponderada con el nïmero entre 200 y 800 ïm.

5. Uso segïn la reivindicaciïn 4, en el que en el material compuesto, ademïs de las fibras sintïticas celulïsicas, tambiïn se mezclan otros materiales de fibra, especialmente pasta papelera y/o fibras naturales.

6. Uso segïn la reivindicaciïn 4, en el que los polïmeros termoplïsticos son termoplïsticos basados en petrïleo, especialmente poliolefinas como homo- o copolïmeros de polietileno y polipropileno, asï como sus mezclas, poliïsteres, poliamidas, poliestirenos, asï como elastïmeros termoplïsticos (TPE) y otros polïmeros modificados con resistencia al impacto.

7. Uso segïn la reivindicaciïn 4, en el que los polïmeros termoplïsticos son termoplïsticos completa o parcialmente basados en materias primas renovables, especialmente ïcido polilïctico (PLA) , mezclas de co-poliïster y PLA, polihidroxialcanoatos (PHA) , por ejemplo, polihidroxibutirato (PHB) , polïmeros de almidïn y basados en almidïn, copolïmeros de poli (alcohol vinïlico) -co-acetato de vinilo, poli (alcoholes vinïlicos) , polivinilbutirales, poli (tereftalatos de trimetileno) o polioles producidos usando materias primas renovables, asï como mezclas biolïgicamente degradables de almidïn y poliïster.

8. Procedimiento para la producciïn de fibras sintïticas segïn la reivindicaciïn 1, caracterizado por las siguientes etapas:

a. Proporcionar fibras sintïticas celulïsicas textiles habituales en el comercio con un diïmetro medio entre 5 y 20 ïm y una longitud entre 5 y 200 mm, preferiblemente entre 20 y 60 mm,

b. Triturar las fibras sintïticas mediante un molino de corte de precisiïn.

9. Procedimiento segïn la reivindicaciïn 8, en el que la provisiïn en la etapa a) tiene lugar en forma de balas y las fibras se abren antes de la trituraciïn con un abridor de balas.