Fabricacion de Fibras Elastomericas(Spandex) -Final

"Año del Diálogo y la Reconciliación Nacional"

Universidad Nacional

“San Luis Gonzaga de Ica”

Ingeniería de Procesos II Ing. Yarasca Arcos Felipe Estuardo VI-“A” VI-“A”

Carbajal Matta, Gabriel Alfonso Manrique Pérez, Jomayra Briget Tomateo Vásquez ,Erickson Andrés

Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

El elastano o spandex es una fibra sintética muy conocida por su gran elasticidad y su versatilidad. Se trata de un polímero de cadena muy larga, formado por lo menos con un 85% de poliuretano segmentado (Spandex); obteniéndose filamentos contínuos que pueden ser multifilamento o monofilamento. Es un copolímero de poliuretano-poliurea que fue inventado en 1959 por los químicos CL Sandquist y Joseph; en el Laboratorio Benger de DuPont en Waynesboro, Virginia. Cuando se introdujo por primera vez, cambio muchas áreas de la industria del vestido. El nombre de "spandex" se deriva de la palabra "se expande". Es el nombre preferido en América del Norte, en Europa continental, que se conoce por las variantes de "elastano", es decir Elasthanne, elastano y Elasthaan, y es conocido en el Reino Unido, Irlanda, Argentina, Australia y Nueva Zelanda principalmente como lycra. Los nombres de los spandex incluyen Lycra, Elaspan, Acepora, Creora, Roica y Dorlastan, Linel y ESPA. El spandex se utiliza para la confección de ropa y prendas de vestir donde la elasticidad es deseable, generalmente para comodidad y ajuste, tales como: ropa deportiva, cinturones, cintas de sujetador, traje de baño competitivo, pantalones cortos de ciclista, cinturones de baile usado por los bailarines masculinos y otros, guantes, calcetería, polainas, artículos ortopédicos, pantalones de esquí, jeans ajustados, pantalones, minifaldas, ropa interior, prendas de compresión tales como corsetería y trajes de captura de movimiento, prendas con formas tales como copas del sujetador entre tantos otros usos. Para la ropa, el spandex generalmente se mezcla con algodón o poliéster, y representa un pequeño porcentaje de la tela final, por lo tanto, el tejido final conserva la mayor parte de la apariencia de las otras fibras. Es de poco uso en ropa de hombre, pero frecuente en el de las mujeres. Se estima que un 80% de la ropa que se vende en los Estados Unidos contenía spandex en 2010. El spandex presenta algunas propiedades características: Puede ser estirado hasta el 600% sin romperse, capaz de ser estirado de forma repetida y recuperar la longitud original, resistente a la abrasión, más fuerte y más duradero que el caucho, Suave, liso, ligero y flexible, resistente a las grasas naturales de la piel, a la transpiración, a las lociones o a los detergentes, filamento elástico de alta elasticidad, alta capacidad de recuperación, buena

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resistencia al agua clorada, bronceadores, aceites cosméticos y grasas, gran brillo del color y buena solidez a la luz. El spandex se comporta frente a la llama; ardiendo con llama luminosa y expulsa poco humo, con olor típico a goma quemada. DuPont es el mayor fabricante del spandex del mundo (cerca de 200 millones de libras anualmente), hay otros fabricantes de la fibra tambien importantes: en los ESTADOS UNIDOS, la fabricación de Mass.-based, el fabricante del spandex de Glospan y de Cleerspan, y a Bayer Corp , fabricante en ESTADOS UNIDOS del spandex de la marca de fábrica de Dorlasten. Bayer también hace el spandex en Alemania. Y otros productores del mundo incluyen la industria química de Toyobo de Asahi de Japón, y Tae Kwang Co industrial de Corea del sur.Comercialmente se le conoce al spandex como lycra. Lycra es una marca registrada por la empresa Du Pont en 1958 para un tejido elaborado con un material sintético con características elásticas del tipo llamado spandex o fibras elastoméricas. Actualmente es utilizado mayormente en el ámbito deportivo, gracias a su flexibilidad y ligereza.

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Definición

El elastano, licra o spandex es una fibra sintética conocida por su gran elasticidad y resistencia. Científicamente se le conoce por ser un copolímero uretano-urea formado en un 95% por poliuretanos segmentados (Spandex) a base de un éter polibutenico (un polímero amorfo), que actúa como un muelle entre los grupos funcionales del poliuretano formando así largas cadenas, obteniéndose así filamentos continuos que pueden ser multifilamento o monofilamento. FIGURA N° 1: Spandex

https://www.google.com.pe/search?biw=1280&bih=694&tbm=isch&sa=1&ei=Sa5eWtrrLcPuzgLvmpegDA&q=elastano &oq=elastano&gs_l=psyab.3..0l6j0i30k1l3j0i5i30k1.9973.13819.0.14623.10.10.0.0.0.0.308.1548.0j6j1j1.9.0....0...1c.1.64 .psy-ab..1.8.1545.0..0i67k1.133.AUpblToyVLo#imgrc=gMF7MwmBJhPVYM:16/01/2018 

Características principales: -

Puede ser estirado hasta un 500% sin que se rompa. Se puede estirar gran número de veces y volverá a tomar su forma original. Seca rápidamente. Resistente al sudor (óptimo para tejidos de deporte). Tejido más duradero.

(I)……………. https://es.wikipedia.org/wiki/Elastano: 16/01/2018 4


Las fibras textiles son polímeros lineales (prácticamente sin entrecruzamientos) de alto peso molecular y con una longitud de cadena lo suficientemente grande para ser hiladas, se pueden clasificar en tres clases: a) Fibras Naturales b) Fibras Artificiales c) Fibras Sintéticas. El desarrollo de fibras elastoméricas ha resultado en una modificación de la hilatura en húmedo llamada hilatura de reacción o hilatura química. De hecho, se puede decir que el rayón, que fue el primer material en hilarse en húmedo, se produce por hilatura de reacción en húmedo o hilatura química en húmedo, pues la operación se basa en una serie de reacciones químicas complejas. De todas formas, se ha dete rminado que el prepolímero de la fibra elastoméricas puede extruirse en un baño conteniendo una diamina altamente reactiva, de tal manera que la conversión de líquido a sólido se verifica por medio de una reacción química. Las fibras elastoméricas obtenidas de esta manera están basadas en poliuretanos segmentados y se conocen con el nombre de spandex. Cada fabricante usa sus propios nombres de marcas registradas por razones comerciales obvias. El aspecto más notable de la química industrial de estos productos es quizá la gran variedad de opciones que representan para los productores, a través d el uso ingenioso de diversos agentes químicos para lograr segmentos blandos, unidades duras, alargamiento de la cadena y condiciones de la reacción química, aunadas a las numerosas posibilidades de ex trusión y tratamientos posteriores. El poliuretano (PU, también denominado PUR) es un polímero que se obtiene mediante condensación de bases hidroxílicas combinadas con diisocianatos (en general se utiliza TDI o MDI). Los poliuretanos se clasifican en dos grupos, definidos por su estructura química, diferenciados por su comportamiento frente a la temperatura. De esta manera pueden ser de dos tipos: Poliuretanos termoestables o poliuretanos termoplásticos (según si degradan antes de fluir o si fluyen antes de degradarse, respectivamente). Los poliuretanos termoestables más habituales son espumas, muy utilizadas como aislantes térmicos y como espumas resilientes. (I)……………. http://asesorias.cuautitlan2.unam.mx/organica/directorio/jaime/fibras%20textiles.pdf:16/01/2018

(II)……………. https://es.wikipedia.org/wiki/Poliuretano: 1 6/01/2018 5


Entre los poliuretanos termoplásticos más habituales destacan los empleados en elastómeros, adhesivos selladores de alto rendimiento, suelas de calzado, pinturas, fibras textiles, sellantes, embalajes, juntas, preservativos, componentes de automóvil, en la industria de la construcción, del mueble y múltiples aplicaciones más. La química del poliuretano tiene como principal protagonista al grupo isocianato (-NCO). Este grupo contiene un átomo de carbono altamente electrofílico que puede ser atacado por diferentes grupos nucleófilos provistos de hidrógenos lábiles, como es el caso del grupo hidroxilo, amina o tiol para dar uretanos, ureas o tiocarbamatos respectivamente, o con agua para mediante el Transposición de Hofmann dar una amina como se puede observar en la figura de la derecha. El hecho de que se libere CO2 mediante esta última reacción, es aprovechado para la síntesis de espumas de poliuretano. Además de las reacciones presentadas en la figura de la derecha, a elevadas concentraciones del grupo isocianato y a altas temperaturas, el grupo isocianato puede reaccionar con uretanos para dar grupos alofanato o con ureas para dar grupo Biuret. En ambas reacciones el grupo N-H del uretano o urea, reacciona con el isocianato formando un punto de entrecruzamiento en la red polimérica. Cuando el propósito es obtener materiales termoplásticos estas reacciones son consideradas laterales y pueden ser evitadas llevando a cabo la reacción a temperaturas moderadas. Sin embargo, cuando se pretende obtener un poliuretano entrecruzado estas reacciones deben ser consideradas como interesantes. FIGURA N° 2: Estructura química del poliuretano

https://www.google.com.pe/search?biw=1280&bih=694&tbm=isch&sa=1&ei=w8BeWtOhL9GGsQWXk6_oBQ&q=estru ctura+quimica+del+poliuretano&oq=quimica+del+poliuret&gs_l=psyab.3.0.0i5i30k1l2j0i24k1.300487.309508.0.312334.21.20.0.1.1.0.210.2979.0j14j2.17.0....0...1c.1.64.psyab..3.17.2987.0..0j0i67k1j0i13i5i30k1.164.bWLDFogx0LM: 16/01/2018

(I)……………. https://es.wikipedia.org/wiki/Poliuretano: 16/01/2018 6


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Polimerización

La polimerización se consigue creando moléculas de diisocianato difuncionales (OCN-R NCO) con dibases (HO-R´-OH, HN-R´´-NH, o HS-R´´´-SH, por ejemplo) en proporción estequiométrica (NCO/OH= 1), lo que hace que las moléculas comiencen a unirse por ambos lados del grupo diisocianato hasta dar lugar a un polímero de alto peso molecular. -

Polioles

Los poliuretanos suelen ser preparados a base de dioles de medio peso molecular (500-2000 g/mol). Estos suelen comprender alrededor del 50-60% masa del peso total del poliuretano, y suelen ser parte del denominado «segmento flexible». Comercialmente se presenta como una mezcla cuidadosamente formulada y balanceada de glicoles (diferentes tipos de dioles para proporcionar diferentes características). Se pueden formular mezclados con agentes espumantes y otros aditivos tales como aminas, siliconas, agua, a gentes de expansión y catalizadores organometálicos; condicionan la reacción y d an las características a la espuma final. La apariencia es como miel viscosa y en ocasiones puede tener un fuerte olor amoniacal. Los dioles más comunes son: 

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Poli éteres Poliésteres Policarbonatos

La resistencia a la degradación hidrolítica de los poliuretanos suele venir determinada, en gran medida, por el diol empleado y esta sigue la secuencia (de mayor resistencia a menor): 

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Policarbonatos > Poli éteres > Poliésteres Diisocianatos

Comercialmente, el segundo componente es una mezcla de isocianatos, a veces prepolimerizados con algunos dioles, con un contenido de grupos isocianato, -NCO, que puede variar desde el 18 al 35 % en funcionalidad. Algunos diisocianatos son como el diisocianato de 4,4´-difenil metano (MDI) son sólidos a temperatura ambiente, mientras que otros como el diisocianato de 1,6-hexametileno (HDI) son casi transparentes y fluidos. En ocasiones son mantenidos en atmósfera seca de nitrógeno. La estructura molecular del diisocianato es un factor determinante en las propiedades finales del poliuretano y es un factor importante qu e afecta a la cristalinidad y propiedades mecánicas finales. (I)……………. https://es.wikipedia.org/wiki/Poliuretano: 16/01/2018 7


Otras propiedades como la biodegradabilidad o biocompatibilidad, cinética de reacción o carácter hidrofílico también varían con el tipo de diisocianato empleado en su preparación. Los diisocianatos tienen además propiedades adhesivas muy apreciadas, por lo que también sirven de aglomerantes para fabricar bloques poli-material. Un ejemplo de aplicación sorprendente es su uso para aglomerar piedras y formar rompeolas para proteger costas. A nivel industrial, los diisocianatos más utilizados son el diisocianato de tolueno (TDI) y el diisocianato de 4,4´-difenilmetano (MDI), que componen el 95 % de los poliuretanos comerciales. Dentro de los anteriores el TDI más utilizado es el denominado TDI 80:20, mezcla formada por 80 % del isomero 2,4 y 20% del isómero 2,6. Sin embargo, debido a su estructura aromática con dobles enlaces conjugados a lo largo de la cadena del segmento rígido, presentan inconvenientes como inestabilidad a la radiación ultravioleta, que los hacen amarillear a corto plazo. En la tabla de la derecha además de los diisocianatos más empleados, como el MDI o el TDI, junto con otros de naturaleza alifática, consid erados interesantes en la síntesis de poliuretanos para aplicaciones biomédicas, tales como el mencionado HDI, el diisocianato de 4,4´-diciclohexilmetano (H12MDI), el diisocianato de 1,4-ciclohexano (CDI), o el diisocianato de isoforona (IPDI). En la tabla, también se presenta un d iisocianato fluorado, diisocianato de 1,1,6,6-tetrahidroperfluorohexametileno (TFDI), que tiene aplicaciones en el campo biomédico cuando se requiere baja actividad trombogénica. También se presenta un diisocianato de origen renovable, derivado del ácido linoleico, diisocianato de dimerilo (DDI). Puede considerarse como un precursor para la obtención de poliuretanos a partir de fuentes reno vables. FIGURA N° 3: Diisocianato más comunes



https://www.google.com.pe/search?biw=1280&bih=694&tbm=isch&sa=1&ei=PsdeWueLNYa4tQXe5JawAg&q=diisocia nato+mas+comunes&oq=diisocianato+mas+comunes&gs_l=psy-ab.3...0.0.0.15384.0.0.0.0.0.0.0.0..0.0....0...1c..64.psyab..0.0.0....0.RRW6IVXZtlI:



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Extendedor de cadena

Cuando se logra una alta segmentación del poliuretano (ver poliuretanos segmentados, más abajo) se añade a la formulación algún tipo de extendedor de cadena, bien como parte de la mezcla de poliol o bien en una etapa posterior. Los extendedores de cadena son comúnmente dioles o diaminas de baja masa molecular, los cuales proporcionan enlaces uretano o urea, respectivamente. Los dioles más utilizados son etilenglicol, 1,4-butanodiol, 2,3-butanodiol o bis(hidroxietil)hidroquinona. Cuando se persigue el entrecruzamien to y la formación de poliuretanos reticulados, junto con el extendedor de cadena se incorporan otras sustancias multifuncionales, tales como glucosa o sorbitol. De entre las aminas más comúnmente utilizadas destacan las aminas alifáticas como etilen, propilen o hexametilen diaminas. También se han empleado aminas aromáticas como diaminas de tolueno y difenilo. El extendedor de cadena junto con el diisocianato determina la estructura y propiedades del segmento rígido, el cual tiene una influencia dramática en las propiedades finales de los poliuretanos.



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Procesos de hilatura

Su capacidad de estiraje y su uniformidad convierten al elastano/spandex ideal para los procesos textiles como: Punto Circular: ropa interior, moda de calle, prenda deportiva, calcetería. Punto Indesmallable: moda íntima, deportiva, baño, medias. El elastano o spandex tiene 4 tipos de hilatura: -

Hilo de Simple Convencional: El hilo con simple cobertura es envuelto por un filamento no-elástico. Es empleado en la elaboración de: Medias, Cintería elástica, Tejidos a la plana, Punto circular, Punto indesmallable, Sin costuras. FIGURA N° 4: Hilo De Simple Convencional-Spandex

https://www.google.com.pe/search?biw=1280&bih=694&tbm=isch&sa=1&ei=2bVeWpLYFIWisAXQw5LoAg&q=H ilo+de+Simple+Convencional+-+spandex&oq=Hilo+de+Simple+Convencional+-+spandex&gs_l=psyab.3...290453.295674.0.295982.4.4.0.0.0.0.352.690.0j2j0j1.3.0....0...1c.1.64.psyab..1.0.0....0.nJ2buKnlatI#imgrc=t0kYFRG0KeiWAM: 16/01/2018

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Hilo de Doble Cobertura – Convencional: Es envuelto por 2 filamentos en direcciones opuestas (doble recubrimiento). Se utiliza principalmente en: Tights, Narrow fabrics, Woven fabrics, Circular knitting, Flat knitting, Seamless.

(I)…………….http://www.tintoreriaindustrial.com/download/documentaci%C3%B3n/procesos_textiles/PROCESOS%20 TEXTILES%20V.pdf: 16/01/2018 11


FIGURA N° 5: Hilo de Doble Cobertura – Convencional-Spandex

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Hilo "Core Spun": Una fibra no elástica como el algodón, lana, poliéster, nylon, seda, lino, etc. es hilada alrededor del spandex/ elastano. El hilo final adiciona elasticidad con el tacto de la fibra envolvente. Casi siempre, los hilos core spun son empleados en telar y en algunas aplicaciones de punto para moda de calle.

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FIGURA N° 6: Hilo Core Spun - Spandex

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Hilo Recubierto por Aire: Recubierto por un hilo continuo, multi-filamento, por medio de un chorro de aire. Así se elabora un recubrimiento no-uniforme en el que las fibras se combinan aleatoriamente. Este tipo de hilo se utiliza en los sectores como: Punto circular, Punto de Tricotosa Rectilínea, Tejido a la plana, Calcetines de caballero. Su comportamiento a la llama: Arden con llama luminosa y poco humo, con olor típico a

(I)…………….http://www.tintoreriaindustrial.com/download/documentaci%C3%B3n/procesos_textiles/PROCESOS%20 TEXTILES%20V.pdf: 16/01/2018 12


goma quemada. En retintura no crea ningún problema, no encoge, no pierde propiedades y características; y normalmente está recubierto por otra fibra textil. FIGURA N° 7: Hilo Recubierto por Aire- Spandex

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Proceso de hilatura en seco

Las fibras de spandex se producen en cuatro formas distintas: la extrusión por fusión, hilado de reacción, la solución de hilado en seco, y la solución de hilado en húmedo. Todos estos métodos inciden en la etapa inicial de la reacción de monómeros para elaborar un prepolímero. Una vez que se fabrica el prepolímero, que se hace reaccionar adicionalmente de distintas formas y prolongado para hacer las fibras. El m étodo de hilado en seco solución se emplea para fabricar más de 94,5% de fibras spandex del mundo. Método Hilado En Seco

Pasos de obtención: Paso 1: Para elaborar el prepolímero. Esto se realiza en base la mezcla de un macroglicol con un monómero de diisocianato. Los 2 compuestos se mezclan en un recipiente de reacción para ejercer un prepolímero. Una proporción típica de glicol a diisocianato es de 1:2.

(I)……………. http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.pe/2012/10/elastano-spandex.html: 16/01/2018

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Paso 2: El prepolímero se incita a reaccionar efectualmente con una cantidad igual de diamina. Esta reacción se le denomina como reacción de extensión de cadena. La solución final se diluye con un disolvente para elaborar la solución de hilado. El disolvente apoya a hacer que la solución más delgado y más manipulable, y entonces puede ser bombeada a la célula de producción de fibra. Paso 3: La solución de hilado se bombea en una célula de hilatura cilíndrica donde se cura y se convierte en fibras. En esta celda, la solución de polímero se fuerza a través de una placa de metal llamado una tobera de hilatura. Esto hace que la solución que alinear en hebras de polímero líquido. Como los hilos pasan a través de la célula, que se calientan en la presencia de un átomo de nitrógeno y el gas disolvente. Este proceso hace que el polímero líquido para reaccionar químicamente y formar hebras sólidas. Paso 4: Como las fibras salen de la célula, una cantidad de hebras sólidas están juntas para elaborar el espesor deseado. Cada fibra de spandex se conforma de muchas fibras individuales más pequeñas que se aguregan el uno al otro debido a la pegajosidad natural de su superficie. Paso 5: Las fibras finales se tratan luego con un agente de acabado que puede ser estearato de magnesio o de otro polímero. Este tratamiento previene de las fibras se peguen entre sí y ayuda en la obtencion de textiles. Las fibras se transfieren a través de una serie de rodillos sobre un carrete.

(I)……………. http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.pe/2012/10/elastano-spandex.html: 16/01/2018 14


FIGURA N° 8: Proceso de hilatura en seco

https://www.google.com.pe/search?tbm=isch&q=proceso+de+hilatura+en+seco+del+spandex&spell=1&sa=X&ved=0ah UKEwj639elmN7YAhUNeawKHSkDCmEQvwUIOSgA&biw=1280&bih=694&dpr=1#imgdii=mk6xYRzje_NNPM:&i mgrc=nW3oCS96MMpr1M: 16/01/2018



El spandex se utiliza para la confección de ropa y prendas de vestir donde la elasticidad es deseable, generalmente para comodidad y ajuste, tales como: ropa deportiva, cinturones, cintas de sujetador, traje de baño competitivo, pantalones cortos de ciclista, cinturones de baile usado por los bailarines masculinos y otros, guantes, calcetería, polainas, artículos ortopédicos, pantalones de esquí, jeans ajustados, pantalones, minifaldas, ropa interior, prendas de compresión tales como corsetería y trajes de captura de movimiento, prendas con formas tales como copas del sujetador entre tantos otros usos. Para la ropa, el spandex generalmente se mezcla con algodón o poliéster, y representa un pequeño porcentaje de la tela final, por lo tanto, el tejido final conserva la mayor parte de la apariencia de las otras fibras. Es de poco uso en ropa de hombre, pero frecuente en el de las mujeres. Se estima que un 80% de la ropa que se vende en los Estados Unidos contenía spandex en 2010. FIGURA N° 7: Principales Usos del Spandex

https://www.google.com.pe/search?q=principales+usos+del+spandex&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjS nYXSk97YAhUMNKwKHSfKCicQ_AUICigB&biw=1280&bih=694#imgrc=u7xEz5lGHdl67M: 16/01/2018



Definición y características del Spandex: -

https://es.wikipedia.org/wiki/Elastano: 16/01/2018

Estructura y aditivos: -

http://asesorias.cuautitlan2.unam.mx/organica/directorio/jaime/fibras%20tex tiles.pdf:16/01/2018

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https://es.wikipedia.org/wiki/Poliuretano: 16/01/2018

Proceso de fabricación: -

http://www.tintoreriaindustrial.com/download/documentaci%C3%B3n/proc esos_textiles/PROCESOS%20TEXTILES%20V.pdf: 16/01/2018

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http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.pe/2012/10/elastano-spandex.html: 16/01/2018

Principales usos: -

http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.pe/2012/10/elastano-spandex.html: 16/01/2018

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1. FIBRAS ELASTOMETICAS:SPANDEX

1.1.

Marco Teórico……………………………………………………2

1.2.

Definición………………………………………………………..4

1.3.

Características……………………………………………………4

1.4.

Estructura y Aditivos…………………………….………………5

1.5.

Proceso De Fabricación 1.5.1. Procesos de hilatura……………………...………………11 1.5.2. Procesos de hilatura en seco…………..…………………13

1.6.

Principales Usos……………………………………………...…16

1.7.

Bibliografía …………………………………..………………...17

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