Métodos químicos sencillos de caracterización de las principales fibras sintéticas utilizadas en mezcla con lana.

Métodos químicos sencillos de 1 caracterización de las principales fibras sintéticas utilizadas en mezcla con lana (*) J. Knott (1) P. Ponchel (2) J. Gacén (3) H. Zahn (4) RESUMEN En esta comunicación se mencionan los principales métodos sencillos de caracterización de las fibras sintéticas aplicables en laboratorios industriales, así como algunos ejemplos de aplicación. Intencionadamente, nos hemos limitado a exponer y comentar los ensayos correspondientes a las fibras de poliéster, poliamida y acrílicas, por ser las que más frecuentemente se utilizan en mezcla con lana. RESUME Les principales méthodes simples de caractérisation des fibres synthétiques applicables dans les laboratoires industriels, sont mentionnées dans ce rapport, ainsi que des exemples d'application. Nous nous sommes limités aux fibres chimiques les plus couramment utilisées en mélange avec la laine, a savoir les fibres de polyester, de polyamide et de polyacrylonitrile. (*) Comunicación presentada por los autores al pleno del Comité Técnico de la Internacional Wool Textile Organization (Federación Lanera Internacional), como resumen de los trabajos realizados en el Grupo de Trabajo de Fibras Químicas del mencionado Comité. (1) J. Knott - Deutsches Wollforschunginstitut. (2) P. Ponchel - Director del I.T.F. Nord. (3) J. Gacén - Subdirector del Instituto de Investigación Textil y Cooperación Industrial de Terrassa. Catedrático de Polímeros Textiles de la E.T.S.I.I. de Terrassa. (4) H. Zahn - Director del Deutsches Wollforschunginstitut. BOL. INTEXTAR, 1985, N? 88 9 SUMMARY Simple methods for the characterisation of synthetic fibres used in blends with wool are presented as well as application exemples. These methods can be used in industrial laboratories. The tested chemical fibres were polyester, polyamide and acrylic. ZUSAMMENFASSUNG Einfache Charakterisierungsmethoden für Synthese fasern die in Mischung mit Wolle gebraucht werden, werden vorgestellt, sowie Anwendungsbeispiele. Diese Methoden sind in der lndustrie anwendbar. Die wichtingsten Synthese fasern (Polyester, Polyamid un Polyacryl) sind studiert worden. La lana se utiliza cada vez más en mezcla con las fibras de poliéster, poliamida y acrílicas. La cuota de mercado de las mezclas lana-fibras sintéticas crece constantemente. Así, ya en 1970, G. Mazinque mencionaba en una conferencia en el Instituto Textil de Verviers que la cantidad de fibras químicas tratada por la industria lanera europea representaba el 50% del tonelaje de la lana. Así pues, y como consecuencia de los diferentes trabajos realizados por el grupo de trabajo "Fibras Químicas", se propone una lista de los principales métodos simples de caracterización de las fibras químicas, así como ejemplos de aplicación. Por otra parte, nos hemos limitado a las fibras químicas más corrientemente utilizadas en mezclas con lana, es decir las fibras de poliéster, poliamida y acrílicas. 2. CARACTERIZACION DE LAS FIBRAS DE POLIESTER 2.1. Introducción Las mezclas de fibras de poliéster y lana han adquirido una importancia particular en el sector de la indumentaria, en el que son muy apreciadas especialmente por su buena estabilidad dimensional (incluso en los artículos ligeros), una gran facilidad de entretenimiento, así como por sus muchas posibilidades en la confección de artículos "moda". Tipos especiales de poliéster resistentes al pilling presentan algunas propiedades tecnológicas que los hacen más similares a la lana, lo que aporta mayores ventajas todavía a las mezclas lanalpoliéster (hilo pata tricotar). A lo largo de su proceso de fabricación y también durante su manipulación en la industria textil, la fibra de poliéster puede experimentar variaciones que afectan fundamentalmente a su estructura fina. Estas variaciones pueden conducir a comportamientos tintóreos irregulares y10 a estabilidades dimensionales insuficientes. Un sencillo ensayo de tintura permite prever posibles diferencias de afinidad tintórea y conocer su origen (variaciones de cristalinidad o de orientación). Por otra parte, el ensayo de solubilidad diferencial en mezclas fenolltetracloroetano y el ensayo del tiempo crítico de disolución son muy sensibles a la variación de la estructura fina, incluso cuando estas no son lo suficientemente importantes como para ocasionar un comportamiento tintóreo irregular. Los tratamientos térmicos severos pueden producir una pérdida importante en 10 BOL. INTEXTAR, 1985, N? 88 la resistencia de la fibra de poliéster. Esta pérdida puede ser consecuencia de una disminución de la longitud de la cadena polimérica o de una destrucción parcial de la supraestructura de la fibra por haberse alcanzado la temperatura de reblandecimiento. La determinación del peso molecular por viscosimetría permite caracterizar la causa de la disminución de la resistencia. 2.2. Parámetros del polímero y oligómeros 2.2.1. Viscosidad intrínseca y peso molecular La viscosidad intrínseca (11) del polietilentereftalato puede conocerse a partir de la viscosidad específica de una solución de concentración 0,5 % en una mezcla fenol/tetracloroetano (1 : 11, según la fórmula: ysp = viscosidad específica. Existe una relación entre el peso molecular medio numérico y la viscosidad intrínseca (1) de manera que [VI = 1,27 x 10-4 (M,)o.E~ Se trata de una técnica sencilla en cuanto a equipo y a realización. Puede utilizarse para la caracterización de diversos tipos de poliéster (alta tenacidad, bajo piIling, convencional). Su aplicación parece adecuada en el control de los procesos que pueden conducir a una escisión de la cadena molecular (hidrólisis, amoniólisis, etc.), o cuando es necesario conocer el motivo de la pérdida de resistencia del poliéster objeto de estudio. Un artículo con escasa resistencia, tacto áspero y peso molecular no lejano del que se considera normal, es el resultado de un tratamiento térmico demasiado severo que ha destruido parcialmente la supraestructura de la fibra. 2.2.2. Oligómeros El aislamiento y la evaluación cuantitativa de los oligómeros contenidos en la fibra de poliéster (oligómeros superficiales y oligómeros internos) se efectúa por extracción (2,3). Tras un desensimaje con éter de petróleo, los oligómeros superficiales se extraen agitando las fibras con dioxano durante unos minutos en frío. Los oligómeros globales se separan sometiendo las fibras a una extracción "Soxhlet" durante 4 horas y empleando también dioxano. 2.3. Parámetros de la estructura fina 2.3.1. Solubilidad en la mezcla fenol/tetracloroetano La solubilidad de las fibras de poliéster en las mezclas fenol/tetracloroetano (4) es un ensayo rápido y sencillo, además de ser muy sensible a las variaciones estructurales. Cuando se trata de mezclas poliésterllana o poliéster/fibras celulósicas es necesario proceder previamente al aislamiento del componente poliéster según la norBOL. INTEXTAR, 1985, N? 88 11 ma lS0-1833 (1973). El procedimiento de disolución (Na e869 ó W,CQ,) de las fibras proteinleas y ce- !eilósicas en mezcla con el poliéater ocasiona escasas ~ariacio~e~ en Ba solcebilidad, tal como indican los datos de la Tabla l. Tabla I I Influencia de los tratamientos con hipoclorito sódico y con ácido sulfúrico en la solubilidad en fenolltetracloroetano (5195) a 60°C. Sustrato Solubilidad (%) PES nP 1 tratado "NaCIO" 22,l PES nP 1 tratado "NaC10" 22,7 PES nP 2 no tratado 62,3 PES nP 2 tratado "H,SO," 65,3 I Modo operatorio Se introduce una muestra de 0,5 g en un tubo de 100 ml de capacidad que contiene 50 ml. de una solución de fenol/tetracloroetano, previamente ambientada en un termostato a la temperatura deseada. Transcurridos 30 min., el contenido del tubo se vierte sobre un crisol de placa filtrante (nP 11, se lava el residuo con 25 ml de la misma disolución de PhITCE ambientada a la misma temperatura, se lava con alcohol y finalmente con agua destilada. La solubilidad del poliéster se calcula por diferencia de peso y se expresa como porcentaje del peso original anhidro. La composición más adecuada de la mezcla PhITCE depende de la historia térmica o termomecánica del sustrato. La mezcla 5/95 (fenol/tetracloroetano) es adecuada para el control de la materia prima que recibe la industria textil. Por su parte, las mezclas 7,5/92,5 ó 10190 parecen las más idóneas para la obtención de buenos niveles de solubilidad cuando se trata de u'n poliéster termofijado. I 2.3.2. Tiempo crítico de disolución El valor del tiempo crítico de disolución (TCDI puede ser considerado como una medida de la cohesión intermacromolecular global de la fibra (6). Cuanto más elevada es ésta, mayor es el valor del TCD. Este parámetro ofrece también una medida del tamaño y estabilidad de los cristalitos (7). Los tratamientos térmicos aumentan el tamaño y la perfección de los cristalitos y ocasionan en el TCD un aumento tanto mayor cuanto más altos son la temperatura y10 tiempo del tratamiento. I Método operatorio Hacer un lazo anudando los extremos de un trozo de 10 cm. de hilo. Tensar el hilo colgando al lazo una pesa de 1 g. Colgar el lazo o anilla en un soporte adecuado. Introducir el soporte en un tubo de ensayo adecuado que contiene una solución de fenolltetracloroetano, estando el conjunto termostatizado a 60°C. Poner en funcionamiento el cronómetro y tapar el tubo, detener el cronómetro en el momento en que el peso toca la base del tubo. De cada muestra se realizan 10 medidas. I NOTA Para .las muestras tratadas térmicamente, la temperatura es de 60°C y se utiliza fenol 100% o bien una mezcla 50150 (PhITCE). 12 BOL. INTEXTAR, 1985, N? 88 Para el poliéster no tratado térmicamente se recomienda una temperatura de 50°C y una mezcla 10190 (Ph/TCE). Se trata de un método simple, rápido y preciso, que puede ser realizado también sobre hilo teñido. 2.3.3. Afinidad tintórea Aunque se han propuesto diferentes ensayos, aquí se menciona únicamente el descrito por Cegarra y Valldeperas (91 para la detección de los barrados que pueden producirse en la tintura del poliéster, a causa de diferencias de estructura motivadas por variaciones en el proceso de preparación de la fibra o por tratamientos previos a la operación de tintura. Método operatorio Se realiza una tintura a 100°C en presencia de un transportador a base de o- 'fenil-fenol con el colorante C.I. Disperse Blue, que se caracteriza por su gran sensibilidad a las diferencias de afinidad. Se tiñe una segunda muestra, en las mismas condiciones, con el colorante C.I. Disperse Blue 56, que posee un gran poder cubriente. La materia a teñir se lava previamente a 60°C durante 2 horas en una solución que contiene 1 g/¡ de Lissapol N y 2 g/l de carbonato sódico, a continuación se aclara y se seca la muestra al aire. Composición del baño de tintura 1 % (s.p.f.) de colorante; 6,5 g/l de Matexil CA-OPE; ácido acético, pH 6-6,5. Relación de baño 1/40. Se prepara el baño de tintura a 50°C añadiendo en el orden indicado, el ácido, el transportador y el colorante, y finalmente la materia a ensayar. Hasta alcanzar los 100°C, la subida de temperatura se regula a razón de 1,5"C/minuto. Se mantiene esta temperatura durante 1 hora, tras lo cual se baja a 80°C, se lava dos veces con agua destilada y después con abundante agua corriente. El colorante fijado superficialmente se elimina mediante un lavado reductor a 50°C durante 15 minutos en un baño que contiene sosa cáustica, 2 gll; hidrosulfito sódico, 2 g/l,y un dispersante no iónico, 2 gll. Al proceder a la comparación del comportamiento tintóreo de dos sustratos, debe tenerse en cuenta que: a) cuando los dos colorantes conducen a apreciables diferencias de color, el origen de éstas se ha de atribuir a diferencias de cristalinidad, b) si sólo se observan diferencias al teñir con el colorante de mala capacidad de igualación, el defecto se debe a diferencias de orientación. 3. CARACTERIZACION DE LAS FWRAS ACRILICAS 3.1. Introducción La utilización de fibras acrílicas por la industria textil es muy importante, sobre todo en el sector de tejidos de punto o malla y de la mercería. Se trata de hilados acrílicos HB como único componente (excepto para los hilos destinados a galgas finas). Los hilados para artículos de malla, High Bulk o no, suelen fabricarse a partir de fibras de 3,3 dtex , en tanto que la mercería utiliza también fibras de 5 dtex , y a veces mezclas de 3,3 y 6,6 dtex. BOL. INTEXTAR, 1985, N? 88 13 Muchos de estos hilos han sido fabricados en máquinas Repco. En la fabricación de terciopelos se hace uso de hilos acrílicos producidos según el proceso de hilatura de lana peinada. Los hilos 100% acrílicos son casi siempre mezclas 50/50 de 3,3 y 6,6 dtex , las mezclas acrílica-lana se preparan con fibras de 3,3 dtex. Los hilos de mezcla acrílica-lana se emplean también en la fabricación de tejidos de calada, principalmente para artículos de vestir. Las características de las fibras acrílicas que con mayor facilidad se pueden determinar en un laboratorio industrial son: - Aspecto longitudinal o de la sección transversal al microscopio (información sobre la naturaleza de las fibras). - Contenido de grasa. - Afinidad tintórea. - Contenido de agente mateante. - Grado de retracción. 3.2. Observación microscópica 3.2.1. Identificación Estas observaciones se realizan con vistas a la identificación de las materias. Se efectúan en sentido longitudinal y se completan con la observación sobre un corte transversal en caso de duda. Se trata principalmente de examinar la forma de la sección: Forma redonda: tipo Courtelle. Forma de judia (bilobulada): tipo Crylor. Forma de hueso de perro (bilobulada aplastada): tipo Dralon. 3.2.2. Alteraciones Se trata principalmente de detectar por examen microscópico fenómenos de fibrilación producidos por un carentamiento (en la hilatura o en la retorsión), susceptibles de conducir a defectos o deficiencias en el aspecto de los artículos. 3.3. Determinación del porcentaje de ensimage (contenido de grasa). El único método utilizado es el que se basa en la extracción con éter etílico en soxhlet según la antigua norma IWTO 7-60, durante 4 horas. Se opera sobre dos muestras de 20 g cada una, las cuales son sometidas a la extracción con éter etílico. Los resultados obtenidos se calculan generalmente sobre la materia desgrasada y deshidratada a 105°C. El método de extracción con diclorometano (IWTO-10-66) proporciona un grado de extracción superior, ya que este disolvente posee una capacidad de extracción mayor que el éter etílico. 14 BOL. INTEXTAR, 1985, NP 88 - TABLA ll Comparación entre los extractos con éter y con diclorometano sobre fibras acrílicas. Muestras 1 - Dralón blanco 2 - Orlón crudo 3 - Courtelle (tipo A) 4 - Crylor 5 - Courtelle (C 10) 6 - Hilo "no ensimado" , 7 - Hilo Courtelle 8 - Dralón blanco UR Eter etílico O, 16 0,41 0,25 0,23 0,41 0,41 0,44 0,81 Extractos (%) Diclorometano 0,19 0,42 0,24 0,31 0,52 0,56 0,61 1,77 3.4. Afinidad tintórea No se ha propuesto ningún procedimiento standard, sin que ello deba interpretarse en el sentido de que existe ninguna dificultad concreta. En los Laboratorios del ITF Nord se practica de forma habitual el método de tintura siguiente, sobre fibras destinadas a experimentar una retracción o encogimiento ulterior a 100°C, a fin de controlar la posibilidad de mezclar lotes diferentes procedentes del mismo productor (10). El proceso seguido es: 1) Retracción previa a 100°C en presencia de 0,5 mlll de ácido acético al 80% (esta operación es facultativa). 2) Tintura. a) Composición del baño: ............................................. Azul Astrazon FRR (C.I. BASlC BLUE 69) 2% ........................................................................... Acido acético pH 5 (3 mlll) Relación de baño ................................................................................. 1 /40 b) Diagrama de tintura. w 40-50' frío, secado C, lavado en PAN Colorante BOL. INTEXTAR, 1985, N? 88 En caso de tintura sobre una muestra de tejido o de tricot, se añade al baño de tintura un agente de migración, como por ejemplo el MlGRASSlT ACD (l%), derivado de amonio cuaternario comercializado por Tanatex y del que existen muchos contratipos. La apreciación de las tinturas obtenidas sobre Iss dos lotes a comparar se suele realizar casi siempre por observación visual directa, eventualmente completada por una medida colorimétrica de las muestras teñidas. También es posible evaluar la cantidad de colorante fijado por disolución de las fibras teñidas en dimetilformamida, seguida de una colorimetría. 3.5. Medida del encogimiento Es importante el conocimiento de las variaciones dimensionales o mecánicas producidas por la acción de medios hinchantes o del calor. La variación dimensional por retracción en vapor o en un baño acuoso (tintura) es un parámetrs esencial de las fibras destinadas a preparación de hilos voluminosos (High Bulk). Un método industrial simple es el propuesto por du Pont de Nemours, el cual se descibe a continuación: Se somete la muestra a la acción de¡ agua hirviente, del vapor s de calor seco y se determina el porcentaje de encogimiento después del tratamiento. El instrumento de medida ha sido desarrollado por du Pont y se basa en: 1) Un marco sobre el cual se han fijado cinco pinzas y cuya parte inferior cinco escalas graduadas en pulgadas. 2) Cinco cursores provistos de pinzas, cada una de las cuales avanza por una ranura del marco. Cada cursor posee un peso de pretensión de 30 g. y una graduación micrométrica. Modo operatorio Preparar cinco haces, peinados y paralelizados de una longitud preferible entre 5 y 7 cm y peso entre 3 y 8 mg. Las fibras de longitud inferior a la indicada pueden ser ensayadas si su longitud no es inferior a 3,2 cm. Como lectura inicial se toma la que corresponde a una posición bloqueada de los cursores en una posición alta. Tratamiento de retracción (agua a ebullición, vapor, aire caliente). Secado en estufa entre 65 y 100°C. Enfriamiento en atmósfera acondicionada. Aflojar el dispositivo de bloqueado y determinar la longitud final. Expresar la retracción según se indica: Longitud inicial - longitud final 100 Longitud inicial Ocasionalmente, este ensayo puede realizarse también utilizando materia acrílica en forma de hilo. BOL. INTEXTAR, 1985, N!' 88 4. CARACTERIZACION DE LAS FIBRAS DE POLIAMIDA 4.1. Introducción La mezcla lanalpoliamida posee excelentes propiedades ya que combina de un modo excelente el tacto cálido de la lana y la alta resistencia al uso de la poliamida. Se ha constatado que la adición del 1 % de poliamida a la lana aumenta en un 4% la resistencia del hilo resultante, y que la resistencia se multiplica, aproximadamente, por dos cuando el contenido de la poliamida es del 25%. Esta propiedad es de considerable interés para los tricotadores; a título de ejemplo se puede señalar que las mezclas lana/poliamida son ampliamente utilizadas para la fabricación de calcetines masculinos. Además de utilizarlas en la preparación de hilos para tricotar, las mezclas lana (80-95%)/poliainida (20-5%) se emplean también para los tejidos de pañería y lanería. La adición de poliamida mejora también la tenacidad, la elasticidad y la resisten- .cia a la abrasión. Aunque existen diferentes tipos de poliamidas, las más utilizadas son: - la poliamida 6,6 (ejemplo: Nylon) - la poliamida 6 (ejemplo: Perlon) - la poliamida 11 (ejemplo: Rilsan). 4.2. Identificación Ensayo de identificación de los tres tipos de poliamida: Un sencillo ensayo de solubilidad (1 1 ) permite diferenciar fácilmente las poliamidas 6, 6,6 y 11. Tabla III Ensayos de solubilidad BOL. INTEXTAR, 1985, N? 88 17 Tipo de poliamida Poliamida 6 Poliamida 6,6 Poliamida 11 - Solubilidad a temperatura ambiente creso1 Soluble HCI 4 N Soluble Insoluble lnsolu ble HCI 5 N Soluble Insoluble