INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA TEXTIL

INGENIERÍA TEXTIL

PROCESO DE HILATURA DE FIBRAS SINTÉTICASProf. García Gonzalez Alfredo

ProcesodeobtenciondefibrasPES, PAN, RAYÓN, ELASTANO, ALAMIDA, VISCOSA

MARCHANT PROVOSTE LISETTE PAULINE3TM27

18 de Agosto de 2013

ProcesodeobtenciondefibrasPoliéster (PES)

Se obtiene por policondensación del ácido teraftálico con etilenglicol a una temperatura de 260°C.El PES es fabricado por varios métodos, se utilizan dependiendo la forma que tendrán, las cuatrosformas básicas son:

Fibra corta. Filamento. Cable. Relleno de fibra.

Polimerización: Para formar el poliéster, el teraftalato se hace reaccionar con eletilenglicol en presencia de un catalizador a una temperatura de 150 – 210°C.

La química resultante forma un monómero, al alcohol que se combina con el ácido a unaelevada temperatura, el PES recién formado es fundido y extruido a través de la hilera otobera, para formar largas cintas.

Secado: Después de que el PES es sometido a la polimerización, las cintas largas se dejansecar hasta que se vuelven quebradizas, este material se corta en pequeños chips paraformar la fibra corta.

Fusión: Las fibras de PES se estiran en caliente para orientar las moléculas y lograr unamejoría en su resistencia, elongación y propiedades, también es posible hacermodificaciones a la sección transversal de la fibra ya que tiene la capacidad de tomar laforma de los orificios de la tobera.

Las virutas del polímero se funden para formar un jarabe, la solución se pone en unrecipiente de metal llamado tobera y es estrujado a través de los orificios para formar elhilo.

Poliacrilonitrilo (PAN)

El poliacrilonitrilo (PAN) por sí solo no presenta muchas aplicaciones, pero si se utiliza para hacerotro polímero, la fibra de carbono, y también interviene en la fabricación de otros copolímeros.

Los copolímeros que contienen principalmente poliacrilonitrilo, se utilizan como fibras para hacertejidos, como medias y suéteres, o también productos para ser expuestos a la intemperie, comocarpas y otros. Si la etiqueta de cierta prenda de vestir dice "acrílico", entonces es porque laprenda está hecha con algún copolímero de poliacrilonitrilo. Generalmente son copolímeros deacrilonitrilo y metil acrilato, o acrilonitrilo y metil metacrilato:

A veces también se hacen los copolímeros a partir de acrilonitrilo y cloruro de vinilo. Estoscopolímeros son retardantes de llama y las fibras hechas de ellos se llaman fibrasmodacrílicas.

Pero la gran cantidad de copolímeros de acrilonitrilo no termina aquí. El poli(estireno-co-acrilonitrilo) (SAN) y el poli(acrilonitrilo-co-butadieno-co--estireno) (ABS), se utilizan comoplásticos.

El SAN es un simple copolímero al azar de estireno y acrilonitrilo. Pero el ABS es más complicado.Está hecho por medio de la polimerización de estireno y acrilonitrilo en presencia depolibutadieno. El polibutadieno tiene enlaces dobles carbono-carbono en su estructura, los quepueden también polimerizar. Así que terminamos con una cadena de polibutadieno, conteniendocadenas de SAN injertados en él, tal como se ve abajo.

El ABS es muy fuerte y liviano. Es lo suficientemente fuerte como para ser utilizado en lafabricación de piezas para automóviles. El ABS hace más livianos a los autos, así que utilizan menoscombustible y por lo tanto contaminan menos.

El ABS es un plástico más fuerte que el poliestireno dado a los grupos nitrilo en sus unidades deacrilonitrilo. Los grupos nitrilo son muy polares, así que se atraen mutuamente. Esto permite quelas cargas opuestas de los grupos nitrilo puedan estabilizarse, como se observa en la figuraanterior. Esta fuerte atracción sostiene firmemente las cadenas de ABS, haciendo el material másfuerte. También el polibutadieno, con su apariencia de caucho, hace al ABS más resistente que elpoliestireno.

El poliacrilonitrilo es un polímero vinílico, y un derivado de la familia de los acrilatos poliméricos.Se hace a partir del monómero acrilonitrilo, por medio de una polimerización vinílica por radicaleslibre.

Obtención del Acrílico (PAN)

El acrilonitrilo es producido en cantidades comerciales casi exclusivamente por un métododesarrollado en fase vapor en el que se produce la oxidación del propileno y amoníaco concatalizadores.

catalizador6C3H6 + 6NH3 + 9O2 → 6C3H3N + 18H2O

propileno amoníaco oxígeno acrilonitrilo agua

El proceso comercial utiliza un reactor de lecho fluido en el cual el propileno el amoníaco y el airese ponen en contacto con un catalizador sólido a una temperatura de 400 a 510 °C y una presiónentre 0.5 y 2 atmósferas. Es un proceso de una sola pasada y por cada 1.1 Kg. de propileno seobtiene 1 Kg. de acrilonitrilo.

El efluente caliente que sale del reactor es dirigido a una torre de absorción en contracorrientedonde se separa una solución de acrilonitrilo de gases N2 (nitrógeno), CO (monóxido de carbono),CO2 (dióxido de carbono) e Hidrocarburos que no reaccionaron. Los gases se hacen pasar por unincinerador para quemar el CO y los hidrocarburos.

La solución que contiene acrilonitrilo es pasado a una columna de recuperación donde se obtieneuna corriente de acrilonitrilo crudo que contiene también HCN (ácido cianhídrico). Del fondo de lacolumna se obtiene un efluente que en una segunda columna de recuperación se obtieneacetonitrilo y agua. En una última columna se separa el acrilonitrilo de impurezas.

Como residuos del proceso se obtiene HCN el cual es usado principalmente en la manufactura demetil metacrilato y acetonitrilo el cual puede ser tratado para obtener un producto industrialutilizado como solvente.

Rayon

SINTESIS ORGÁNICA DEL RAYÓN:

La reacción típica de producción se logra agregando al monómero (unidad básica estructural delpolímero), un iniciador con radicales libres y sustancias modificadoras.

Fórmula del Rayón

El proceso de polimerización produce relativamente pocos efluentes, comparados con otrosprocesos de fabricación y con el de obtención del monómero, cuyos efluentes son mayores.

La elaboración de cada producto se realiza de una forma y varía de una fábrica a otra.

EL rayón es un polímero perteneciente a la industria química Celulósica, puesto que es un materialplástico producido a partir de la misma. La materia prima principal es la pulpa de maderapurificada. Hay dos procesos para obtener la celulosa purificada, el xantato y el cuproamónico.

En el proceso del xantato, la celulosa se trata en una solución de hidrógeno de sodio(NaOH) y disulfuro de carbono (CS2); luego se coagula la solución de xantato de celulosaresultante y se regenera la celulosa en forma de película continua por acidificación.

Los efluentes contienen materiales celulósicos biodegradables, sulfatos y metales pesados. Elgrueso de los residuos restantes son: ácido sulfúrico (H2SO4), sulfato de sodio (NaSO4) y metalespesados.

En el proceso de obtención de fibras de rayón viscosa, la materia prima se compone de celulosa enforma de láminas. La celulosa se obtiene de la madera del abeto a la cual se le agrega hidróxido desodio; que se absorbe en parte por las láminas de celulosa. A continuación, las láminas se aplastanen la desfibradora, esta masa va al depósito de maduración con la finalidad de que alcance ungrado de polimerización que sea adecuado para el hilado. Después de alcanzar el grado deseadopasa a tambores mezcladores, junto con el disulfuro de carbono, de este modo se forma unasustancia soluble, el xantato de celulosa que es vaciado en un tanque, para su disolución,conteniendo hidróxido de sodio diluido. El producto final es una solución viscosa que contiene de6 a 8% de xantato de celulosa y de 6 a 7% de hidróxido de sodio. Esta reacción toma de 2 a 3 h. Ellíquido resultante es una solución viscosa, compacta y de color café dorado. Por último la soluciónpara el hilado se prensa en los orificios (0.05-0.2 mm.) finos de las hiladoras, mediante bombas deengrane y se solidifica en el baño de coagulación, formado de ácido sulfúrico diluido donde seencuentra disuelto sulfato de sodio y magnesio. Las sales disueltas provocan la solidificación de laviscosa. El ácido sulfúrico neutraliza la sosa cáustica y descompone el xantato en varios productosviscosos que contienen sulfuro, liberando CS2, H2S, CO2 y azufre. La relación de ácido/sal es unpunto de control, el cual, aunque la coagulación y la regeneración tienen lugar juntas, evita que elxantato gele antes que el ácido pueda atacar y descomponer éste. Se logra la producción de fibrasviscosa para hilados empleando hiladoras de 750 a 5500 orificios cada una, cuyos diámetros sonde unas cuantas centésimas de milímetro.

Para mejorar las propiedades de desplazamiento, los filamentos se tratan con una emulsión.Finalmente las fibras se someten al secado. El cabo de filamentos utilizados en la producción defibras de viscosa se corta creando un producto fibroso revuelto, la borra, o bien formando unabanda de fibras para hilado en la que estas fibras se encuentran paralelas.

Elastano (Spandex)

Procedimiento para la obtención de hilos de elastano con un título de a al menos 2.500 Dtex segúnel procedimiento de hilatura en húmedo y los hilos de elastano de título grueso obtenibles segúnel procedimiento de hilatura en húmedo y los hilos de elastano de título grueso obtenibles segúnel mismo, con sección transversal ancha y bajo contenido residual en disolventes. Elprocedimiento tiene las etapas de hilado de una solución de elastano de hasta el 35% en peso, deviscosidad estable, en un baño de precipitado, lavado y en caso dado estirado, secado mediantecalefacción por contacto, fijación, preparación y bobinado de los hilos, conduciéndose losfilamentos cuando abandonan el baño de precipitado alrededor de una roldana de inversión , quese encuentre ligeramente por encima del líquido del baño de precipitado, y correspondiendo eltítulo individual de hilatura como máximo al 1% del valor del título final, siendo el estiraje del 0,5hasta el 50, ascendiendo la temperatura del calentamiento por contacto al menos a 220º c ysiendo el tiempo de contacto de los hilos de elastamo al meno s de 2 segundos. Procedimientopara la obtención de hilos de elastano con las etapas: hilatura de una solución de elastano almenos al 25% en peso, preferentemente al menos al 30% en peso, de viscosidad estable en unbaño deprecipitado de formación de un haz de filamentos, lavado y en caso dado estirado, secadodel haz de filamentos reunido mediante calentamiento por contacto, con formación de hilos de

elastano, fijado, preparación y bobinado de los hilos de elastamo común título final de al menos2.500 Dtex, guiándose los filamentos alrededor deuna roldana de inversión, cuando abandona elbaño de precipitado, la cual se ha dispuesto ligeramente por encima del líquido del baño deprecipitado, y donde las características del procedimiento son las siguientes: a) el título individualde hilatura de los filamentos ese como máximo el 1% del valor del título final de los hilos; b) elestiraje de los hilos es de 0,3 hasta 50, preferentemente de 0,5 hasta50, c) la temperatura delcalentamiento por contacto es al menos de 220º c, preferentemente al menos de 230º c,especialmente al menos de 250º c, de forma especialmente preferente al menos de 260º c y d).