FIBRAS SINTÉTICAS Y ESPECIALES: FIBRA ACRÍLICA

Se define como fibra acrílica un polímero constituido por macro-moléculas lineales cuya cadena contiene un mínimo del 85% en masa de unidad estructural correspondiente al acrilonitrilo.

Desde el punto de vista de la disponibilidad de las materias primas necesarias para su fabricación, las fibras acrílicas presentan unas perspectivas muy favorables, ya que ninguna de ellas es aromática. Ello supone la ausencia de interferencia de otros sectores cuya demanda y legislación sé orienta hacia el consumo de productos aromáticos.

Las propiedades de las fibras acrílicas recomiendan su empleo como alternativa de la lana en el campo del vestido y de los textiles para interiores. Entre estas propiedades se pueden citar la alta voluminosidad con tacto cálido parecido a la lana, su excelente resiliencia, su baja densidad y su tacto agradable.

Historia y/ antecedentes.

Desde 1913 una patente alemana había contemplado la posibilidad de producir hilados a partir del cloruro de polivinilo, material plástico de gran utilización, pero no se conocía ningún solvente para este producto y la patente no tuvo aplicación.

En 1931 I.G. Farben retorno a la idea de utilizar cadenas largas de cloruro de polivinilo por ser un producto económico obtenido a partir del acetileno o del etileno. Sobre clorando el cloruro de polivinilo, obtuvo un producto soluble en acetona. En 1948 se descubrió que el cloruro de polivinilo se podía disuelven en una mezcla de acetona y sulfato de carbono, facilitando la fabricación de fibras acrílicas.

La primera fibra acrílica (poliacrilonitrilos) obtenidas por polimerización del acrilonotrilo fueron lanzados al mercado en 1948, con el nombre de Orlon. Fibras similares se fabricaron en 1954 por Alemania con el nombre de Dralon y en Francia con el nombre de Crilon.

Química y estructura molecular.

Las fibras acrílicas son fibras elaboradas en donde la sustancia que forma la fibra es un polímero sintético que, cuando menos, contiene 85% en peso de acrilonitrilo. Federal Trade Comisión.

El monómero de acrilonitrilo se descubrió en 1893 y el polímero se patentó por primera vez en 1929. El polímero puro extremadamente isoble hasta que se descubrió la dimetilformamida. Las fibras que están compuestas por 10% de acrilonitrilo, tiene una estructura interna compacta, muy orientada, lo que hace virtualmente imposible el teñido.

Por lo tanto, la mayoría de las fibras acrílicas se fabrican como copolímeros, hasta por un 15% de aditivos que producen una estructura más abierta, lo cual permite que los tintes sean absorbidos por la fibra. Los aditivos proporcionan zonas adecuadas para el teñido y son catiónicos para los tintes ácidos y aniónicos para los tintes básicos. Esto hace posible el proceso del teñido cruzado.

El zefrán es un polímero injertado. En este tipo de polimerización, el aditivo no forma parte de la cadena molecular principal, sino que se incorpora como cadenas laterales.

Polímero

Copolímero

Polímero injertado

Los copolímeros acrílicos no son tan fuertes como los homopolímeros o los acrílicos injertados. Puesto que el uso final de estas fibras es principalmente para prendas de vestir y telas de uso doméstico, esta reducción de la resistencia no es muy importante.

Producción y/o proceso.

Algunas fibras acrílicas se hilan en seco, con disolventes y otras si hilan en húmedo. En hilatura con disolvente, los polímeros se disuelven en un material adecuado, como dimetilformamida, la extracción se hace al aire caliente y se solidifican por evaporación del disolvente. Después de la hilatura, las fibras se estiran en caliente de tres a diez veces su longitud original, se ondulan, se cortan y se comercializan como fibra corta o filamento. En la hilatura en húmedo el polímero se disuelve en un disolvente, la extruccion se efectúa en un baño coagulante, se seca se ondula y se recoge en forma de filamento para voluminizarlo o se corta en fibras y se embala.

El acrilonitrilo es relativamente barato, pero los disolventes son costosos, por lo que el proceso de hilatura es más caro que las otras fibras sintéticas.

Hilatura en seco

El poliacrilonitrilo tiende a descomponerse por fusión, lo que no ocurre con las fibras poliamidas y poliésteres, debido a este inconveniente las fibras acrílicas se producen a partir de un coloide (en estado de solución) tanto para la hilatura en seco como en húmedo.

1.- el polímero se disuelve en un solvente orgánico tal como dimetilformamida, para obtener una solución hilable que contenga 25 a 40% del polímero.

2.- la solución se filtra y se calienta a la temperatura de ebullición y luego es expulsada por extruccion (similar al rayón acetato) a través de la hilera.

3.- al abandonar los orificios de la hilera, los filamentos pasan por la cámara de hilatura en la que circula una corriente de aire caliente (400°C) produciéndose la evaporación del solvente que solidifica los filamentos.

4.- los filamentos se conducen juntos y sufren un estiramiento de 10 a 3 su Long. Original, mediante los rodillos de estiraje.

5.- si se requiere hilos de filamentos continuos. Los filamentos son lubricados, torcidos y finalmente bobinados, si por lo contrario la producción es como fibra corta, los filamentos son rizados mecánicamente y cortados.

Hilatura en húmedo

Se disuelve el polímero como en el caso anterior.

La solución hilable se bombea (por extruccion) a través de la hilera matriz (matriz de hilera) que se encuentra sumergida en un baño coagulante que tiene un líquido que disuelve el solvente del polímero, para su recuperación.

Los filamentos obtenidos son estirados, el solvente es extraído por medio de lavados cuidadosos. Luego son secados, estabilizados, rizados y finalmente cortados en longitudes adecuadas. En su defecto los filamentos son depositados en forma de cinta.

Composición química. (comonómeros):

El contenido de unidades estructurales correspondientes al acrilonitrilo es del 89% - 94% en peso.

El contenido de unidades con grupos ácidos en los terpolímeros es de unas pocas unidades porcentuales, y a veces inferior al 1%. Entre los comonómeros de este tipo tenemos:

Acidos acrílicos	Acido itacónico
CH2 = CH COOH	COOH CH2 = C COOH
Acido alilsufúrico	Acido estirenosulfónico.
CH2 = CH CH2 - O - SO3H	CH2 = CH C6H4 - SO3H

El contenido de unidades con grupos básicos en los terpolímeros suele ser del orden del 6%. Los comonómeros más citados son:

Vinilpiridina	Acrilamida	Etilinimina
CH2 = CH C5H4N	CH2 = CH CONH2	CH2 - CH2 NH

El contenido de unidades estructurales de comonómero neutro en los terpolímeros suelen ser del 5% al 8%. Como en el caso de los copolímeros, estos comonómeros son:

Acrilato de metilo	Metacrilato de metilo	Acetato de vinilo
CH2 = CH COO - CH3	CH3 CH2 = C COO - CH3	CH2 = CH OOC - CH3

Las fibras acrílicas contienen aditivos que se incorporan como agentes de acabado para mejorar el comportamiento de la fibra en el proceso de fabricación, en el proceso textil y durante su uso. Estos productos poseen propiedades antiestáticas y lubricantes; en algunos casos la fibra acrílica contienen también foto y termoestabilizadores.

Propiedades y características.

· Resistencia a la ruptura 2,0-3,5 g/ d seco1.8-3,5 g/ d húmedo 1,5 g/ d seco1.0 g/ d húmedo
· Recuperación elástica 92% 99%
· Alargamiento antes de la ruptura 30% 45%
· Resistencia a la abrasión Buena Regular
· Otros tipos de fibras acrílicas son las fibras modacrílicas.

Propiedades físicas de las fibras acrílicas

Propiedades	Fibra de 3.3 dtex	Propiedades	Fibra de 3.3 dtex
Tenacidad (g/dtex)		Tenacidad al lazo	1.13 -2.61
- Seco	2.6 - 4.1	Alargamiento lazo	2.4 - 34.5
- Húmedo	2.0 -3.8	Recuperación después de una extensión del 15%
Alargamiento a la rotura (%)		Inmediata
- Seco	26 - 44	- Seco	12.1 - 17.1
- Húmedo	29 - 61	- Húmedo	12.2 - 14.2
Fluencia (g/dtex)		Diferida
- Seco	1.15 - 1.30	- Seco	38.5 - 50.5
- Húmedo	1.03 - 1.20	- Húmedo	38.9 - 47.6
Módulo inicial (g/dtex)		Deformación permanente
- Seco	46 - 58	- Seco	33.8 - 49.4
- Húmedo	38 - 58	- Húmedo	39.1 - 47.9
Forma de la sección transversal	Entre redonda y aplastada	Absorción de agua a 21 °C y 95% h.r.	2.6 - 5.0
Tasa legal de húmedad	1.1 - 2.5	Temperatura de adherencia (°C)	235 - 254
Peso especifico	1.16 - 1.18	----------------------	-------------

Comportamiento térmico.

Los principales parámetros térmicos de las fibras acrílicas son los expresados en la siguiente tabla.

Temperatura de transición vítrea	" 90 °C
Temperatura de lavado	40 - 50 °C
Resistencia al calor seco	125 - 135 °C
Temperatura de planchado	160 - 200 °C
Temperatura máxima de fijado	220 °C
Temperatura de decoloración	235 °C
Temperatura a la que la fibra empieza a ser termoplástica	228 °C
Temperatura de reblandecimiento	215 - 255 °C
Temperatura de descomposición	300 - 320 °C
Temperatura de autoinflamación	560 °C

Las fibras acrílicas no presentan un punto de vista de fusión definido; sin embargo, cuando se las somete a una presión tienden a adherirse a las superficies metálicas a temperaturas comprendidas entre 215 y 255 °C.

La resistencia mecánica de las fibras acrílicas no resulta seriamente afectada cuando se las somete a la acción del calor. Se estima que después de permanecer 100 horas a 155 `C suelen conservarse el 96 % de la tenacidad original, aunque el comportamiento puede variar de una fibra a otra.

Tratamientos térmicos de acabado.

· Las fibras acrílicas pueden fijarse pero mucho menos que las de poliamida y poliéster. El termofijado tiene como misión conseguir efectos de plisado y estabilizar dimensionalmente los artículos acrílicos. Las fibras acrílicas tienden a encogerse por acción del calor, y mucho más en medio acuoso que en presencia de aire.

· El fijado puede realizarse con vapor a presión, con aire o con rayos infrarrojos. En el primer caso, el artículo se somete a la acción del vapor saturado durante 10 minutos, con aire caliente se puede trabajar a 180 °C durante 90 segundos.

Absorción de agua y electricidad estática.

Las fibras acrílicas son menos higroscópicas que las fibras naturales, menos que los nylones 6 y 6,6 y más que las fibras de poliéster.

· La tasa legal de humedad de las fibras acrílicas oscila entre el 1,0 y el 3 %.

· La absorción de agua a 20 °C y 95% de humedad relativa la retención de agua por imbibición es del 5 - 10 %.

Vista microscópica.

La forma de la sección transversal de las fibras acrílicas depende fundamentalmente del proceso de hilatura utilizando en la transformación del polímero en fibra. La hilatura en húmedo conduce generalmente a fibra de sección transversal redonda o arriñonada. Las fibras hiladas en seco suelen poseer secciones con forma aplastada - bilobulada. En el mercado existen también como variantes del tipo convencional de una productora concreta (forma de V, Y, T, multiglobal o dentellada).

El conocimiento de la forma de la sección transversal constituye una ayuda valiosa para la identificación del origen de una fibra acrílica concreta.

Identificación y cuantificación.

El análisis elemental de las fibras acrílicas convencionales revela la presencia de nitrógeno y la ausencia de cloro, al igual de los nylones, las aramidas, los poliuretanos segmentados y alguna fibra elastomérica.

Un tratamiento con m-cresol a temperatura ambiente disuelve los nylones y el tratamiento posterior con dimetilformamida a ebullición disuelve las fibras acrílicas. Las aramidas (Nomex, Kevlar) son insolubles en las condiciones mencionadas.

De acuerdo con la norma UNE, las fibras acrílicas pueden separase de sus mezclas con otras fibras (entre otras, lana, fibras animales, algodón, viscosa, modal, poliamida, poliéster) por disolución en dimetilformamida a una temperatura comprendida entre 90 y 95°C, durante un tiempo de 1 hora y relación de baño de 1/80. El tratamiento con dimetilformamida se repite a la misma temperatura, durante 30 minutos y relación de baño 1/60.

Estructura física

Una de las características más importantes de las fibras acrílicas es la forma de su sección transversal que es resultado del proceso de hilatura. La hilatura en seco produce una en forma de hueso (hueso de perro). Las diferencias en sección transversal influyen sobre las propiedades físicas y estéticas y son por lo tanto un factor determinante en el uso final. Las formas redondas y de frijol son mejores para alfombras porque tienen cierta rigidez que contribuye a la elasticidad.

La forma de hueso y las formas planas dan la suavidad y el lustre deseado para las prendas de vestir. El Creslán, el zefrán y el acrilán se hilan en húmedo.

Toda la producción de fibras acrílicas en los EE.UU es en forma de fibras cortas y de cable de filamentos continuos. Las fibras cortas pueden encontrarse en todas las medidas de deniers y longitud adecuadas para los sistemas de hilado.

Varía también el potencial de encogimiento de las fibras acrílicas. Las primeras fibras bicomponentes que se produjeron fueron acrílicas.

Aplicaciones y Usos en diversos sectores:

Dentro de sus distintas aplicaciones podemos mencionar su uso en los siguientes sectores:

PUBLICITARIO: Letreros Luminosos, Exhibidores de Productos (Displays), Señaléticas, Cupulas, Esferas, Bandejas, llaveros, y otros productos.

INDUSTRIAL Y CIENTIFICO: Protectores de Maquinaria Industrial, Tapas para paneles de control de equipo, Laminas de acrilico para la protección de instalaciones, Acrilicos Termoformados y estriados de formas determinadas.

CONSTRUCCION Y LUMINARIO: Cupulas termoformadas, Utilización de Laminas de Acrilico IMPACTA para prisiones de alta seguridad, Estadios, Museos, Exposiciones de Arte, etc.