Hilatura de fibras técnicas biodegradables a partir de Ácido Poliláctico con procesabilidad a alta temperatura

by AITEX
hilatura-Aitex50

hilatura-Aitex50El poliéster más empleado en la fabricación de fibras y tejidos, es principalmente el polietilen-tereftalato (PET), cuyo consumo supone más del 40% del consumo de tejido mundial (solo por detrás del algodón) y su uso es cada vez mayor. La producción de este tipo de poliésteres consume recursos de combustible fósil y la eliminación de estos polímeros supone su acumulación en los vertederos, ya que no son biodegradables y no se reciclan fácilmente. En cambio, la fibra de PLA se obtiene a partir de cultivos que anualmente se renuevan, por lo que es 100% compostable y su ciclo de vida reduce potencialmente el nivel emisiones de dióxido de carbono respecto a la materia utilizada actualmente, es decir, el PET.

A la vista de este hecho característico de la industria textil, desde AITEX se ha visto como una oportunidad la posibilidad de implementar un nuevo material mucho más respetuoso con el medio ambiente que el PET que se utiliza. La posibilidad de reemplazar este este material por PLA, tiene multitud de ventajas pero también tiene ciertos inconvenientes sobre los que se ha trabajado en este proyecto para solventarlos.

Por todo ello, el Objetivo de este proyecto es obtener nuevas fibras textiles a partir de un tipo especial de Ácido Poliláctico, como es el PLA estero-complejo (scPLA), y que posee unas propiedades térmicas mejoradas y superiores a los convencionales. Cabe destacar que en la actualidad no existen en el mercado fibras de scPLA, encontrándose en fase de investigación y desarrollo. Por lo tanto, es una magnífica oportunidad para ofrecer al sector una nueva fibra capaz de competir con otras ampliamente consolidadas, ampliando su campo de aplicación a procesos que en la actualidad tienen completamente vetado su utilización (hilatura de mezclas por rotor) y posibilitando la fabricación de artículos textiles con mejores prestaciones para nuevas áreas de aplicación.

El ácido poli-láctico (PLA) es un poliéster termoplástico alifático lineal proveniente 100% de fuentes renovables como el maíz, la remolacha, el trigo y otros productos ricos en almidón, por lo que se trata de un polímero compostable. Sin embargo, sus usos iniciales estaban limitados a aplicaciones biomédicas como las suturas y a los sistemas de liberación de medicamentos, debido a la disponibilidad y el coste de fabricación. Con el paso de los años y las mejoras tecnológicas han permitido que sea empleado en la fabricación de embalajes y fibras en sustitución de las fibras de PET.

La producción del PET convencional consume recursos de combustible fósil y su reciclabilidad es prácticamente nula debido a su dificultad. En cambio, la fibra de PLA se obtiene a partir cultivos que anualmente se renuevan, es 100% compostable y su ciclo de vida reduce potencialmente el nivel de dióxido de carbono de la Tierra.

Las fibras de PLA presentan unas características similares a muchas otras fibras termoplásticas, como un rizo controlado de la fibra, superficie lisa y baja absorción de la humedad. La diferencia respecto las otras fibras, es que es la única fibra fácilmente procesable por fusión que proviene de recursos naturales renovables. Sus propiedades mecánicas son consideradas muy similares a las del PET convencional, a excepción de su baja temperatura de reblandecimiento (Tg) y punto de fusión (Tm), que dificulta su utilización en aplicaciones donde actualmente se utiliza el PET.

Estos valores de temperatura son bajos para la aplicación del PLA en procesos textiles, especialmente si se pretende utilizar la hilatura de rotor Open End, donde la temperatura que se alcanza en la turbina donde se forma el hilo es superior a los 120ºC. También resultan bajos los valores para aplicaciones donde se alcanzan altas temperaturas durante la vida útil del tejido, como puede ser el sector de la automoción, por lo que la utilización de estas fibras de PLA no son aptas.

Con la intención de solventar dichos problemas se ha investigado una nueva forma del PLA, denominado PLA estéreo-complejo (scPLA), el cual es una mezcla de PLLA/PDLA, qué bajo unas condiciones de fusión específicas, deriva en un comportamiento de cristalización único de poli (L-láctico)/poli (D-láctico) formando el PLA estero-complejo.

Las propiedades del scPLA tales como punto de fusión, resistencia mecánica y cristalinidad están determinadas por la arquitectura del polímero y la masa molecular, que dependerán de su estructura y las condiciones del proceso. La proporción de D-láctico y L-láctico determina la morfología del polímero que puede producirse en diferentes rangos de cristalinidad pudiendo encontrarse PLA totalmente amorfo o PLA con una cristalinidad hasta del 40%

Las mezclas de PLA, poli (L-láctico) (PLLA) y poli (D-láctico) (PDLA), permiten la formación de un estéreo-complejo con propiedades superiores a las de los precursores puros, con temperaturas de fusión de hasta 220°C, superando en más de 40ºC a la temperatura de fusión del PLLA puro. Un estero-complejo de PLLA y PDLA también tiene una temperatura de transición vítrea más alta, de hasta 90ºC, así como mejores propiedades mecánicas.

Desarrollo Experimental

La carencia de fibras de scPLA en la actualidad supone un reto añadido a la hora de desarrollar fibras e hilados para su uso en aplicaciones textiles, sobre todo de carácter técnico. Por ello se ha realizado un trabajo de investigación partiendo desde cero, es decir, estudiando y analizando el comportamiento del polímero en el proceso de hilatura por fusión en todas sus fases.

En este proceso intervienen multitud de parámetros, no solo los concernientes a la temperatura de fusión, sino que hay que tener en cuenta otros parámetros tan importantes o más, como son: perfiles de temperatura en el interior del husillo de extrusión, configuración del husillo, tipo y estructura del cabezal de hilatura, régimen de extrusión (velocidad y caudal), etc… todo ello para que el material fluya correctamente dentro de los diferentes elementos de la máquina; pero además, una vez el polímero se tiene en forma de filamento continuo se ha determinar las velocidades y temperaturas de los rodillos de estiraje para proporcionar las propiedades mecánicas deseadas.

Una vez obtenido el hilo, se necesita realizar diferentes operaciones adicionales para poder obtener hilos que puedan ser tejidos, tanto en formato multifilamento continuo, como de fibra cortada mezclada con otros materiales como algodón, lana, etc… Estos procesos suplementarios son: el texturizado para hilos multifilamento y, rizado y corte para obtener hilos de fibra cortada. Posteriormente se han elaborado tejidos con cada uno de ellos sobre los que se ha realizado su caracterización.

Todo este trabajo se ha llevado a cabo en las distintas plantas piloto que dispone AITEX donde se han realizado multitud de pruebas en diferentes condiciones hasta establecer los parámetros óptimos.

Conclusiones

Aunque en la actualidad el precio del nuevo polímero scPLA es elevado, se espera que en breve pueda competir con los polímeros actuales.

Las características mecánicas de los hilos obtenidos son comparables a los utilizados en la actualidad en base poliéster.

Su mejor comportamiento térmico permite obtener hilados de mezcla con otras fibras (como por ejemplo, algodón, bambú, lino, etc..) ya que no se degrada.

Esta investigación se enmarca en el contexto del proyecto PLATEMP, el cual cuenta con el apoyo de la Conselleria d’Economia, Industria, Turismo i Ocupació, a través del IVACE, y estando cofinanciados por los fondos FEDER de la Unión Europea. Expediente IMAMCI/2014/1

ivace-aitex50

Te puede interesar

Leave a Comment