Recursos Técnicos de los productos No Tejidos de Algodón
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ACERCA DE COTTON

Recursos Técnicos de los productos No Tejidos de Algodón

Introducción

GUÍA TÉCNICA DEL ALGODÓN

Cotton Incorporated se complace en proporcionar este manual, que contiene información técnica del uso de los productos no tejidos de algodón. Este material ha sido preparado para responder las numerosas solicitudes de información en esta materia.

Esta Guía Técnica cubre los siguientes puntos:
• Producción de algodón de los Estados Unidos.
• Propiedades físicas del algodón.
• Procedimientos para la preparación y el blanqueo.
• Química de la celulosa y la morfología de la fibra.
• Apoyo disponible de mercadotecnia para productores de artículos absorbentes de algodón.

El apoyo de Cotton Incorporated está disponible para empresas interesadas en desarrollar, producir y comercializar productos no tejidos de algodón. Nuestros servicios incluyen investigación sobre los mercados y las actitudes del consumidor, investigación y apoyo técnico, desarrollo e implementación de productos y su mercadotecnia. La información sobre el alcance de cada servicio se puede ver en el capítulo “Cómo puede ayudarte Cotton Incorporated.”

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Producción Agrícola

El Cultivo y la Cosecha

La planta de algodón es un arbusto leñoso perenne de temporada cálida, que se cosecha anualmente. Debido a que las plantas se cultivan en diferentes ambientes, los productores de algodón pueden elegir entre muchas variedades de algodón que son desarrolladas para ser productivas en diferentes condiciones ambientales y culturales. Después de que las semillas se siembran y las plantas empiezan a crecer y desarrollarse, deben protegerse contra insectos, enfermedades y la maleza.

Después de su floración, la fibra de algodón (borra) se desarrolla en la semilla y en el copo en tres etapas. En la etapa de “elongación” (de 0 a 27 días), la célula de la fibra desarrolla una delgada pared primaria expandible que rodea a una gran vacuola, alargando a la célula dramáticamente. Durante la etapa de “espesamiento” (de 15 a 55 días), el protoplasma viviente se encoge, mientras que una pared secundaria compuesta casi enteramente de celulosa se deposita dentro de la pared primaria. En la etapa de “maduración”, la pared secundaria llena la mayor parte del volumen de la fibra de la célula, dejando una pequeña cavidad central (el lumen) contener el citoplasma y la vacuola. A medida que el copo abre, las células de la fibra se secan, colapsan y mueren. A medida que las células tubulares colapsan, toman una forma plana, en forma de listón con torsiones llamadas “circunvoluciones.”

Antes de cosecharse, las plantas se desfolian para prevenir que el follaje interfiera con la recolección mecánica. Aproximadamente el 85% del total de la cosecha de los Estados Unidos es recolectada con máquinas y el 15% restante, principalmente proveniente de los estados de Texas y Oklahoma, se recolecta con el “stripper”. Las desmotadoras recolectan los copos de algodón abiertos, dejando los copos vacios y sin abrir en la planta. Esto se lleva a cabo con ejes giratorios que arrancan la fibra del copo. La fibra removida de la planta también contiene semillas de algodón. La semilla de algodón cosechada se lleva a la despepitadora.

EL DESPEPITADO

GinningEl despepitado, en su sentido más estricto, es el proceso de separar las fibras de algodón de las semillas. - el proceso se revolucionó en 1794 con el invento de la despepitadora de algodón de Eli Whitney. Hoy en día el despepitado de algodón requiere mucho más. Para convertir el algodón cosechado en un producto comercializable (fibra y semilla), las despepitadoras tienen que secar y limpiar la semilla de algodón (removiendo partes de la planta y basura), separar la fibra de la semilla, limpiar la fibra más profundamente y después colocar la fibra en un empaque aceptable conservando su calidad.

El algodón Upland de los Estados Unidos se despepita con despepitadoras de sierra. Estas despepitadoras usan cilindros con dientes con sierras para jalar la semilla de algodón entre los peines, así separa la fibra de las semillas. Una despepitadora de sierra puede operar a capacidades tan altas como 12 (480-lb) pacas por hora. Aproximadamente 835 despepitadoras de sierra están localizados en las regiones productoras de algodón en los Estados Unidos. El algodón Pima se despepita con rodillos. El despepitado con rodillos es un proceso más lento y suave, que el despepitado con sierra y se limita a áreas que producen algodón Pima (Oeste de Texas, Nuevo México, Arizona y California).

El proceso de despepitado da como resultado dos productos con valor económico – la fibra de algodón y la semilla de algodón. Después del despepitado, las fibras se comprimen en pacas. En esta etapa, la fibra es conocida como “algodón crudo”. Se toman muestras de los lados de cada paca y se envían al Departamento de Agricultura de los Estados Unidos para su clasificación. Las semillas de algodón que se remueven durante el despepitado se envían a las plantas productoras de aceite de algodón.

Las fibras cortas “linters” que se remueven en el despepitado permanecen en las semillas. En la planta productora de aceite, los linters se remueven de las semillas por medio de unas máquinas desborradoras , empleando los principios vistos en las despepitadoras. Si las semillas se transfieren en la máquina desborradora una sola vez, los linters producidos se conocen como “mill-run linters.” La mayoría de las plantas procesan las semillas dos veces produciendo linters del primer corte y linters del segundo corte. Los linters del primer corte consisten de fibras más largas y resistentes y se usan en muchos productos no tejidos. Los linters del segundo corte consisten en fibras más cortas que son usadas para producir papel “bond” de alto grado y son una fuente de celulosa para la industria química. Después de que los linters se remueven, la semilla de algodón se convierte en alimentos para personas, para ganado o composta para plantas.

Otro producto del proceso del despepitado son “las motas”. Las motas son pequeñas semillas inmaduras con fibra. Se remueven en diferentes etapas del proceso de despepitado. La fibra se puede remover de las motas por medio de una máquina desmotadora. Esta fibra, llamada mota del despepitado se usa también en productos no tejidos.

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Propiedades del algodón

LA CLASIFICACIóN DEL ALGODÓN

Cotton Classification

La clasificación del algodón es el proceso que describe la calidad del algodón en cuanto a su grado, longitud de la fibra y micronaire. En el pasado la clasificación o grado se llevaba a cabo manualmente. Hoy en día, todas las características de calidad del algodón se miden con instrumentos.

La clasificación es esencial para los sistemas de fijación de precio y se requiere para lograr un alto nivel de control de calidad en la producción textil. El sistema de instrumentos de alto volumen (HVI por sus siglas en inglés) se desarrolló para medir las importantes propiedades de la fibra. El sistema de clasificación del HVI consiste en medir por medio de instrumentos la longitud de la fibra, la resistencia, la uniformidad de la longitud, el micronaire, el color, así como la presencia de materia extraña (basura). Desde 1991, 100% de la cosecha del algodón de los Estados Unidos se clasifica con el sistema HVI.

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LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL ALGODÓN

Las tres propiedades de la fibra de algodón más comúnmente consideradas para las aplicaciones de productos no tejidos son el micronaire, la longitud y la resistencia. Los “neps” también podrían ser considerados para algunas aplicaciones en los que la apariencia física es muy importante.

Micronaire

El micronaire es la medición del flujo de aire a través de la finura de la fibra. Se lleva a cabo en una muestra que ha sido pesada y que se comprime a un volumen específico en una cámara. El aire se pasa a través de la muestra y se mide la resistencia del flujo de aire. Esta resistencia es proporcional a la densidad linear de las fibras (expresada en microgramos por pulgada), ajustado por la madurez de la fibra (debido a que el micronaire y la madurez están altamente correlacionados con cada variedad del algodón). Si la densidad linear exacta de las fibras necesita determinarse, la madurez de las fibras se determina mediante otro sistema de medición. En un año típico, el rango de micronaire del algodón Upland va de 3.0 a 5.5. Debido a que el denier es aproximadamente igual al micronaire dividido entre 2.82, el denier del algodón Upland ordinariamente varía entre 0.7 a 2.3.

Longitud de fibra

La longitud de la fibra del algodón varía genéticamente y cualquier muestra de fibra de algodón presenta una gran variedad o distribución de longitud de fibra. El HVI indica la longitud de fibra como la longitud media superior de las fibras en la muestra (la mitad superior) en centésimos de pulgada. La Figura 1 muestra una típica distribución de longitud de fibra. Las longitudes de la fibra normalmente están entre 1.0 y 1.25 pulgadas para el algodón Upland de los Estados Unidos y de 1.6 pulgadas para el algodón Pima y menos de 0.5 pulgadas para los linters y desperdicios de la peinadora (la porción de las fibras cortas removidas en el peinado).

Figura 1 Distribución de la longitud de fibra
Fiber Length Array

Resistencia de la fibra

El sistema HVI mide la resistencia de la fibra jalando un haz de fibras, con un 1/8 de pulgada entre dos juegos de mordazas sujetadoras y mide la fuerza requerida para romper las fibras. Los resultados se reportan como gramos por tex o gramos por denier. Una unidad “tex” es igual al peso en gramos de 1,000 metros de fibra. Por lo tanto, la resistencia se reporta como la fuerza en gramos requerida para romper un haz de fibras en unidad tex.

Neps

Un “nep” es un nudo enrollado pequeño de fibra, con frecuencia causado biológicamente o por un proceso mecánico. Los neps pueden desmerecer la apariencia visual de los tejidos causando puntos blancos. Los neps se pueden medir con el Zellweger Uster, Sistema Avanzado de información de fibra (AFIS) las pruebas de neps se reportan como un total de neps por gramo de algodón y el diámetro promedio en milímetros. La formación de neps durante el proceso se puede disminuir con el uso de un equipo ajustado adecuadamente.

El equipo de AFIS también se puede usar para medir la longitud de fibra y contenido de basura. Es muy efectivo midiendo pequeñas cantidades de basura residual presente en el algodón blanqueado. Otro instrumento útil para medir el contenido de basura residual del algodón blanqueado es el “Zellweger Uster Micro Dust Trash Analyzer (MDTA) (Analizador de Micro Polvo y Basura de Zellweger Uster). Este instrumento separa en una muestra de 10-gramos la borra e indica el contenido que no es borra como un porcentaje de basura (> 500 µ), porcentaje de polvo (< 500 µ), y porcentaje de fragmentos de fibra. Cada uno de estos tres componentes se recolecta para su inspección visual. La Tabla 1 enlista los datos obtenidos por el AFIS-M y MDTA-3.

Tabla 1 Medidas obtenidas por el AFIS-M y MDTA-3
Propiedad Unidades
AFIS-M  
  Neps    
    Recuento por gramo
    Media del diámetro microns
  Distribución de la longitud (por peso y número)  
    Promedio de la longitud pulgadas
    Longitud del cuartil superior pulgadas
    Contenido de fibra corta porcentaje
  Basura  
    Recuento por gramo
    Diámetro promedio microns
    Recuento de Basura (> 500 µ), por gramo
    Recuento de Polvo (< 500 µ), por gramo
    Materia extraña visible porcentaje
MDTA-3      
  Borra   porcentaje por peso
  Basura (> 500 µ)   porcentaje por peso
  Polvo (< 500 µ)   porcentaje por peso
  Fragmentos de fibra   porcentaje por peso

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La Preparación del Algodón

Cotton Preparation

ALGODÓN CRUDO

El algodón crudo (producto de la despepitadora) contiene fibra de algodón y partes pequeñas de plantas y basura de los campos de algodón que no se removieron con el proceso de despepitado. En esta etapa, la fibra de algodón tiene un revestimiento de aceites y ceras que lo hacen hidrofílico. La fibra cruda es adecuada para los productos no tejidos para uso industrial, en los que la absorbencia y la estética no son tan importantes. En algunos casos las telas no tejidas hechas con fibra de algodón se pueden procesar en húmedo de la misma forma que los tejidos planos y de punto.

DESCRUDE Y BLANQUEO

El algodón se debe descrudar y blanquear para los productos no tejidos en los que se desea tener absorbencia, blancura y pureza.

Las dos técnicas de descrude y blanqueo comercial son los procesos en autoclave y a la continua. Ambos procesos logran los mismos resultados usando la misma interacción química pero con un manejo mecánico diferente. La Figura 2 presenta un diagrama esquemático de la secuencia de las operaciones involucradas en el blanqueo del algodón para aplicaciones de no tejidos.

Figura 2 Proceso de descrude y blanqueado del algodón.
1   2   3   4   5  
Apertura y limpieza de la fibra   Aper tura y limpieza de la fibra   Aplicación del descru de alcalino   Estado de la reacción al alcalino   Enjúague y aplicación del blanqueo  
1   1   1   1   1  
Apertura y formación de la paca   Secado   Aplicación del acabado   Enjuagado   Estado de reacción al blanqueo  

Kier Bleaching System
Sistema patentado de Descrude Kier
El descrude se logra mediante la saturación de la fibra de algodón con una solución de sosa caustica (Hidróxido de Sodio). Se permite que esta solución alcalina permanezca en la fibra a temperaturas elevadas para acelerar las reacciones químicas. Durante este tiempo, los aceites naturales y las ceras se saponifican (se convierten en jabón), la materia vegetal se suaviza y las pectinas y otros materiales no celulósicos se suspenden, para ser lavados. Después de un tiempo predeterminado para permitir el descrude completo, se enjuagan las ceras alcalinas y saponificadas y los materiales suspendidos con agua.

En este momento, se aplica una solución blanqueadora a la fibra. Se usa un agente oxidante estabilizado, peróxido de hidrógeno o hipoclorito de sodio en el licor del blanqueo para blanquear la fibra mediante la destrucción de la materia colorante natural. En los Estados Unidos, el peróxido de hidrógeno es el agente más usado en el blanqueo del algodón crudo en forma de fibra. La solución del blanqueo permanece en la fibra a temperaturas elevadas durante un período fijo de tiempo para lograr la remoción adecuada de los cuerpos de color. Después se enjuaga la solución blanqueadora. El algodón blanqueado con peróxido de hidrógeno no contiene dioxinas, porque no hay lignina y cloro.

Después del descrude y el blanqueo, se han removido todas las impurezas y la fibra de algodón tiene la forma de celulosa pura. Si el proceso se realiza correctamente, esta fibra cumplirá con las exigencias del algodón purificado en la farmacopea de los Estados Unidos (mostrados en la Tabla 2).

Tabla 2 Requisitos de la Farmacopea de los Estados Unidos para el algodón purificado.
Prueba Especificaciones
Absorbencia: tiempo de inmersión 10 segundos
Retención de agua de la prueba de inmersión 24 veces el peso original
Residuos de ceniza 0.2%
Extracto de agua 0.35%
Extracto de éter 0.70%

APERTURA Y LIMPIEZA: ALGODÓN BLANQUEADO A LA CONTINUUA Y CON AUTOCLAVE

La mayor parte de la fibra de algodón blanqueada que se produce en los Estados Unidos se procesa en autoclaves diseñadas para manejar varios cientos de libras de fibra al mismo tiempo, bajo alta presión y temperatura. Antes de blanquearse, el algodón se abre y generalmente es limpiado para remover el contenido de contaminantes (partículas de basura y polvo y contaminantes de la planta). El contenido remanente de contaminantes debe consistir de muy pequeñas partículas fáciles de blanquear. Después del blanqueo, las fibras húmedas pasan por una operación para extraer la humedad y la resultante masa húmeda se deposita en una banda con púas para su apertura y posterior secado. La fibra seca pasa a través de algún tipo de equipo de apertura en ruta para la prensa de la paca.

Tabla 3 Propiedades de la fibra de algodón blanqueada
Propiedad   Promedio o rango
Longitud    
  Longitud de la fibra 0.75-1.25 in.
  Motas del despepitado 0.5-0.75 in.
  Desperdicio de la peinadora < 0.5 in.
  Linters del primer corte 0.25-0.5 in.
  Linters del segundo corte < 0.25 in.
Diámetro de la Fibra    
  Micronaire 2.0-6.5
  Denier 0.7-2.3
Recuperación elástica    
  A una extensión del 2% 74%
  A una extensión del 5% 45%
Rotura de la elongación (seco) 3%-9.5%
Resistencia tensil  
  Seco 27-45 g/tex; 3.0 - 4.9 g/denier
  Húmedo 30-54 g/tex; 3.3 - 6.4 g/denier
Recuperación de la humedad (condiciones estándar) 7%
Capacidad de absorber agua (método USP ) 24 g de agua por gramo de fibra
Gravedad específica  
  Polímero celulósico 1.54 g/cm3
  Fibra de algodón 1.27 g/cm3
Grado de polimerización 9,000 - 15,000 unidades
Cristalinidad (defracción de rayos X) 73%
Color (Colorímetro Hunter)  
  Índice de blancura 90-100
  Reflectancia azul 75-85
Resistencia térmica  
  Larga Exposición > 300°F, seco descomposición gradual
  > 475°F rápido deterioro
Resistencia al ácido  
  Caliente. Diluido en ácidos desintegración
  Frío, ácidos concentrados desintegración
  Frío, ácidos débiles sin afectación
Resistencia al álcali  
  NaOH > 18% hinchazón, pero no se daño
Solventes orgánicos (los más comunes solventes caseros o industriales) Resistente
Formación de velo capa seca (cardado) capa de aire
Mecanismo de ligado Perforación de agujas
    hidroenmarañamiento
    elaboración de no tejidos unidos por costuras
    Ligado químico
    Ligado térmico (cuando se mezcla con fibras termoplásticas)
Propiedades generales: absorbente, respirable, se puede moldear húmedo (más resistente cuando está húmedo), biodegradable, excelente escurrimiento, buen desempeño en forma de toalla seca, esterilizable por métodos industriales, potencial de baja estática, secable, químicamente modificable, es un recurso renovable.
Aplicaciones potenciales: toallas húmedas, para recubrimientos, filtros, productos de higiene personal, entretelas, aislamiento, medios para absorción, productos de material entramado de fibra larga, compuestos, prendas desechables, componentes médicos y quirúrgicos, accesorios para el hogar.

El algodón blanqueado tiene una gran variedad de usos finales, como hisopos médicos y cosméticos y en productos de higiene femenina. Para esos productos, los macizos de fibra sin abrir y enmarañados no son tan perjudiciales. Sin embargo, para los velos “spunlace” blanqueados, es esencial una apertura de fibra más uniforme antes de formar el velo y se requiere además un equipo de apertura especial.

La apertura y limpieza apropiadas son intrínsicamente más difíciles con el algodón blanqueado con autoclave que con el algodón virgen, el algodón crudo debido a que las fibras se enmarañan durante el proceso húmedo y la fricción fibra a fibra causada al remover las ceras y las pectinas naturales. Aunque el algodón blanqueado podría ser tratado con agentes antiestáticos para mejorar su procesabilidad, requiere una técnica de apertura y limpieza especiales para que su uso sea aceptado en productos no tejidos vitales.

La efectividad de la apertura de la fibra en esta etapa varía con los siguientes factores:
  • Tipo de fibra de algodón (ejemplo, básico, desperdicio de la peinadora, linter).
  • Acabado de la fibra.
  • Diseño y condición del equipo de apertura.

Los esfuerzos continuos de Cotton Incorporated para mejorar la apertura y limpieza del algodón llevaron al desarrollo de una tecnología avanzada para este propósito. Esta máquina abridora – limpiadora de cuatro rodillos llamada el COTTONMASTER®, fue inicialmente construida por John D. Hollingsworth en la empresa Wheels, Inc., utilizando el diseño de Cotton Incorporated.

Actualmente, Truetzschler GmbH usa una tecnología similar en sus Cleanomat CXL4, que están equipados con un rodillo de púas y tres rodillos con dientes de sierra de diferentes densidades. La graduación precisa de la densidad de las vestiduras (puntos por área), aunada a las velocidades progresivas periféricas de los cuatro rodillos, asegura que se mantenga un alto grado de apertura y limpieza a medida que las fibras se transfieren de un rodillo al otro. El Cleanomat también controla la densidad de la guata alimentada con un dispositivo para medirla, para asegurar una guata pareja y bien formada. El buen desempeño del Cleanomat CXL4 (mostrado en la Figura 3) es idealmente el adecuado para la limpieza y apertura de la fibra de algodón antes del proceso de blanqueo para cualquier aplicación que requiere una fibra muy limpia y muy abierta.

Figura 3 El Cleanomat CXL4, para un alto desempeño de la limpieza y apertura.
The Cleanomat CXL4, for high-performance cleaning and opening
1.Alimentación del entramado
2. Rodillos de presión
3.Rodillos alimentadores
4.1 rodillos de púas
4.2 Rodillos de dientes de sierra gruesos
4.3 Rodillos de dientes de sierra medianos
4.4 Rodillos de dientes de sierra finos
5. Cuchillos cortadores de mota con capuchón de succión
6. Cardado

EL ACABADO Y PRUEBA DE LA FIBRA

Cuando se considera la fibra de algodón blanqueada como materia prima para hacer los velos de no tejidos, es esencial seleccionar el acabado correcto de la fibra. Debido a que el blanqueo remueve el acabado natural, el algodón blanqueado tiene una alta fricción fibra contra fibra. Para permitir que el algodón blanqueado se procese a través del equipo común de alta producción formador de velo para productos no tejidos, se necesita de un lubricante y un agente antiestático.

A través del tiempo, esos acabados con productos como jabón, glicerina y Tween (ésteres etoxilados de sorbitan) se han usado, con éxito limitado. Cotton Incorporated descubrió el valor del estearato de butoxietilo (BES), que es el acabado elegido para la fibra actualmente. Este acabado químico proporciona un grado satisfactorio de lubricidad, sin interferir con la absorbencia y tiene una buena aceptación desde el punto de vista de la toxicidad, que es una preocupación aún más importante que incrementar las propiedades físicas. Un sistema recomendado para la fibra para la mayoría de los algodones blanqueados incluye BES y acetato de sodio añadido en niveles de 1.0% en el peso de la fibra. La adición de sal proporciona beneficios antiestáticos durante el procesamiento mecánico, como se muestra en los resultados de las pruebas dados en la Tabla 4.

Tabla 4 Desempeño en el cardado del algodón descrudado.
Acabado BES
(% OWF)
Acetato sódico
(% OWF)
Fricción fibra
contra fibra (g)
Resistividad
Electrostática
Experiencia del
cardado
0 0 2140 11.85 no se carda a 33 lb/h
2 0 1790 11.77 no se carda a 33 lb/h
2 1 1890 9.96 no se carda a 105 lb/h

Cotton Incorporated ha realizado extensivas evaluaciones del acabado de la fibra en diferentes prácticas de blanqueo y descubrió que la prueba más útil, a excepción del cardado, es una prueba de rastra de Imperial Chemical Industries PLC.1 el aparato usado para realizar esta prueba se muestra en la Figura 4.

A continuación se presenta un ejemplo del procedimiento de esta prueba:
  1. Se preparó una muestra de fibra para su prueba, se cardaron 450 gramos de fibra con una carda Shirley y se recogió el velo colocándolo en un cilindro girador. Para asegurar la uniformidad de la muestra, se retiró el velo del cilindro y se hizo un segundo cardado.
  2. Se separó el velo de carda y se retiró del cilindro. Se cortaron las muestras a un tamaño de cuatro pulgadas cuadradas con un mismo espesor de velo. Después se colocó cada muestra del velo en el aparato para su prueba.
  3. Se colocó la rastra encima de la muestra de la fibra y se colocaron 2 kg. de peso encima de la rastra. Se conectó la rastra a la celda de carga con un cable flexible de un diámetro pequeño.
  4. El índice de jalón de la máquina para pruebas de tracción fue de 25 mm/min y se registró la fuerza en una tabla. Se tomó el valor de la fuerza de ficción cuando la gráfica alcanzó un nivel estable y se registró en gramos.

1 El método se basa en ANSI/ASTM D 1894-78, Norma del Método de Prueba para Coeficientes Estáticos y Cinéticos de Fricción de Película y Revestimiento Plástico.

Figura 4 Aparato para la prueba de rastra que evalúa el acabado de la fibra.
Sled test apparatus for fiber finish evaluation

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Morfología y Química del Algodón

Cellulose Chemistry

QUÍMICA DE LA CELULOSA;

Después del descrude y blanqueo, el algodón es 99% celulosa pura. La celulosa es una macromolécula –– un polímero hecho de una larga cadena de moléculas de glucosa ligado por puentes C-1 a C-4 de oxígeno con eliminación de agua (cadenas de glucósidos). Las unidades de anhidro glucosa están unidas como beta-celulosa, que es la unidad que se repite en la cadena del polímero. (Ver Figura 5 ). Al número de estas unidades repetidas que están unidas para formar el polímero de celulosa se le conoce como el grado de polimerización..

Figura 5 Estructura Química de la Celulosa.
Cellobiose Repeat Unit

La pulpa de madera, el rayón y el celofán (los tres derivados de la celulosa de madera) también se construyen con polímeros de celulosa. La celulosa del algodón difiere de la madera principalmente por tener un grado más alto de polimerización y de cristalinidad. La cristalinidad indica que las moléculas de la fibra están más empacadas y paralelas entre sí (como se ilustra en la Figura 6). La Tabla 5 (ver página 24) muestra el grado promedio de la polimerización y el promedio de cristalinidad de las fibras de celulosa del algodón, viscosa rayón y pulpa de madera. Una más alta polimerización y cristalinidad están asociadas con una mayor resistencia de la fibra.

Las cadenas de celulosa dentro de la fibra de algodón suelen mantenerse en su lugar por la liga de hidrógeno. Estas ligas de hidrógeno ocurren entre los grupos hidróxilos de las moléculas adyacentes y son más prevalentes entre las moléculas fuertemente empacadas en las áreas cristalinas de la fibra.

Los tres grupos hidróxilos, uno primario y dos secundarios, en cada unidad de celulosa repetida de la celulosa son grupos químicamente reactivos. Estos grupos pueden pasar por reacciones de sustitución en procedimientos diseñados para modificar las fibras de celulosa o en la aplicación de tintes y acabados para enlaces transversales. Los grupos hidroxilos también sirven como sitios principales de absorción para las moléculas de agua. El agua sorbida directamente es quemisorbida firmemente en los grupos hidroxilos celulósicos mediante los enlaces de hidrógeno.

Figura 6 Áreas amorfas y cristalinas de los polímeros.
Chemical Structure of Cellulose

De particular interés en el caso de las fibras celulósicas es la respuesta de su resistencia a las variaciones en el contenido de humedad. En el caso de las fibras celulósicas regeneradas y derivadas, la resistencia generalmente disminuye con un incremento del contenido de humedad. En contraste, la resistencia del algodón generalmente se incrementa con un aumento de humedad. Esta diferencia entre las fibras en su respuesta a la humedad se explica en términos de una liga entre las cadenas de celulosa y el grado de cristlalinidad (ver Tablas 5 y 6).

Tabla 5 Grado de polimerización y cristalinidad de las fibras celulósicas.
Fibra Promedio del grado
de polimerización*
Promedio de
cristalinidad(%)**
Algodón 9,000–15,000 73
Viscosa rayón
   Regular
250–450 60
Alta tenacidad 500–650  
Alto coeficiente de humedad 400–550  
Pulpa de madera 600–1,500 35

* Joseph, M., Introducción a la Ciencia Textil, 5a. Edición, 1986.
** Instituto Shirley; medido con difracción de rayos-X.

Las fibras termoplásticas se funden a temperaturas elevadas y tienen una temperatura de transición a vidrio por debajo del punto de fusión del polímero. A temperatura de transición a vidrio, una fibra termoplástica se vuelve quebradiza y pierde su elasticidad. El algodón no es una fibra termoplástica, por lo tanto, no tiene temperatura de transición a vidrio y permanece flexible inclusive a temperaturas muy bajas. A temperaturas elevadas, el algodón se descompondrá en lugar de fundirse. Una larga exposición al calor seco por arriba de 300°F (149°C) ocasionará que las fibras de algodón se descompongan gradualmente y las temperaturas mayores a 475°F causarán un rápido deterioro.

Tabla 6 Resistencia de las fibras en seco y en húmedo (g/tex).
Fibra Seca Húmeda
Algodón 27–45 30–54
Rayón (regular) 22–27 10–14
Pulpa de madera 27–54 27–54

MORFOLOGÍA ÚNICA DE LA FIBRA DE ALGODÓN

Una fibra de algodón madura tiene las siguientes seis partes:

La “cutícula” es la capa cerosa externa que contiene pectinas y materiales proteináceos.

La “pared primaria” es la delgada pared celular original. Principalmente de celulosa, está hecha con una red de fibrillas finas (pequeños filamentos de celulosa). Esto contribuye a la formación de un bien organizado sistema de finos capilares. Es bien sabido que los capilares finos extraen líquidos de los capilares gruesos. La fina superficie de capilares de cada fibra de algodón contribuye en gran parte a su desempeño en el secado.

La “capa enrolladora” (también llamada la capa S1) es la primera capa del engrosamiento secundario. Difiere en su estructura tanto de la pared primaria como del resto de la pared secundaria. Consiste de fibrillas alineadas en ángulos de 40 a 70 grados al eje de la fibra en un patrón de red abierta.

Figura 7 Estructura de una fibra de algodón.
The Structure of Cotton Fiber

La “pared secundaria” (también llamada la capa S2) consiste de capas concéntricas de celulosa, que constituyen la porción principal de la fibra de algodón. Después que la fibra ha logrado su diámetro máximo, nuevas capas de celulosa se añaden para formar una pared secundaria. Las fibrillas se depositan en ángulos de 70 a 80 grados al eje de la fibra, ángulos invertidos a puntos a lo largo de la longitud de la fibra. Se vuelven a empacar las fibrillas formando pequeños capilares.

La “pared del lumen” (también llamada la capa S3) separa la pared secundaria del lumen y parece ser más resistente a ciertos reactivos que las paredes secundarias.

El “lumen” es el canal que corre a lo largo de la fibra. Está lleno de protoplasto vivo, durante el período de crecimiento. Después de que la fibra madura el copo se abre, el protoplasto se seca y el lumen colapsa naturalmente, dejando un espacio central en cada fibra.

La figura 7 muestra una estructura esquemática de una fibra de algodón madura, identificando sus seis partes.

A lo largo de la estructura de la fibra, hay poros o espacios capilares de diferentes tamaños entre las fibrillas de diferentes tamaños en cada una de estas seis partes. En consecuencia, la fibra de algodón se puede ver como una esponja física microscópica con una compleja estructura porosa. Esta estructura interna hace que las fibras de algodón sean accesibles a los líquidos y vapores. La acción capilar de las fibrillas atrae el líquido hacia adentro, donde se mantiene en los poros entre las fibrillas. Esta estructura explica las capacidades únicas de escurrimiento y absorbencia.

Cuando se observa enteramente la fibra de algodón es un listón plano y torcido, que tiene de 50 a 100 circunvoluciones por pulgada. La fibra está ahusada en un extremo y fibrilada en el otro, donde estaba unida la semilla de algodón. Esto proporciona a la fibra un tacto suave, porque no tiene extremos cortados abruptamente como las fibras sintéticas.

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SELECCIONE LA FIBRA CORRECTA

Select The Right Fiber

Algunos productos no tejidos absorbentes, como las esponjas quirúrgicas, toallas sanitarias, tampones, almohadillas cosméticas y motas se pueden fabricar satisfactoriamente de un sub producto de la fibra de algodón (desperdicio de la despepitadora, desperdicio de la peinadora, u otros desperdicios de la planta textil). La mayoría de estos productos se desarrollan de una voluta de algodón blanqueada (una mecha de gran tamaño) que necesita poca integridad (cohesión de fibra a fibra). Sin embargo, los laminados de velo hechos del cardado o formación de aire requieren fibra de grado textil. La Tabla 7 muestra las propiedades recomendadas de la fibra, métodos de prueba y criterios de desempeño para los laminados de productos no tejidos que pueden ser usados en cubiertas de pañales, toallas femeninas, o como telas para ropa protectora y productos para el hogar.

Tabla 7 Propiedades del algodón blanqueado para productos laminados no tejidos.
Propiedad Criterio Método de Prueba
Micronaire ≥ 4.9 HVI
Longitud ≥ 0.95 in. HVI
Uniformidad ≥ 81.0% HVI
Resistencia ≥ 23.0 g/tex HVI
Contenido de borra ≤ 0.8% MDTA-3
Cohesión fibra a fibra ≤ 1,700 g Prueba de Cohesión
de fibra ICI
Apertura de la fibra ≥ 100 cc/g Método de
Prueba ITT d

La longitud y la resistencia de la fibra son importantes para la producción de artículos laminados ligeros, por razones obvias. Sin embargo, la buena apariencia del no tejido es más importante que la resistencia de la fibra en ciertos productos no tejidos y el micronaire de la fibra es la principal consideración para estos productos. Una característica no deseable para esos productos es un alto contenido de neps. El algodón de alto micronaire tiende a tener menos neps después del despepitado y es menos propenso a formar neps adicionales en un proceso subsecuente.

Para estudiar la influencia del micronaire en la formación de neps, tres pacas de algodón de alto y bajo micronaire se seleccionaron, en base a los datos HVI. Se tuvo cuidado de mantener otras variables de la fibra constantes para obtener una lectura real sobre las influencias del micronaire en la formación de neps. Se blanquearon las pacas en una operación comercial usando procedimientos normales de producción y se determinó el contenido de neps en varias etapas con el probador de neps Zellweger Uster AFIS.

La Tabla 8 compara las propiedades y el contenido de neps de los dos grupos de algodón. El algodón de alto micronaire mostró un incremento en el contenido de neps debido al blanqueo, mayormente atribuido a los estados de la apertura de la fibra antes y después del secado. En contraste, el algodón de bajo micronaire mostró incrementos sustanciales en el contenido de neps durante el blanqueo y la formación del velo de no tejidos. Los beneficios de usar un algodón de micronaire más alto son realmente espectaculares.

Tabla 8 Influencia del micronaire en la formación de neps durante el proceso.
Propiedad Micronaire Alto Micronaire Bajo
Micronaire 4.5 3.0
Longitud (pulgadas) 1.0 1.0
Uniformidad de la longitud (%) 79.4 78.8
Resistencia (g/tex) 25.0 25.0
Elongación (%) 7.0 7.4
Neps por gramo:    
   Paca original 375 574
   Con limpieza mecánica 354 860
   Blanqueada 520 1140
   Velo de carda 540 2406

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INVESTIGACIÓN DE MERCADO

La investigación de mercado se puede hacer a través del Departamento de Investigación de Mercados de Cotton Incorporated en Cary, Carolina del Norte, en los Estados Unidos. Estudios sobre el consumidor han sido muy eficaces para demostrar el reconocimiento y las preferencias del consumidor a escala nacional. El Sello Cotton es una de las marcas registradas más reconocidas en el mercado detallista. Estudios recientes han mostrado que la presencia del Sello incrementa la intención de compra de los consumidores de productos de categorías como pañales, toallas húmedas y productos de higiene femenina.

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INVESTIGACIÓN TÉCNICA Y DESARROLLO

Cotton Incorporated contrata muchas actividades de investigación externamente, pero las capacidades internas esenciales están disponibles para conducir estudios de desarrollo y proporcionar asistencia técnica para los consumidores de algodón. Algunas de estas facilidades son:

Pruebas físicas y analíticas completas:

• Fibras - Instrumentos de Alto Volumen, Avanzados Sistemas de Información de Fibra, Analizador de micro polvo y basura

• Tejidos - Tensión, desgarre, resistencia a la abrasión, retención de la apariencia y desempeño al lavado

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íNDICE DE DIAGRAMAS/FIGURAS

Figura 1. Distribución de la longitud de fibra
Figura 2. Proceso de descrude y blanqueado del algodón.
Figura 3. El Cleanomat CXL4, para un alto desempeño de la limpieza y apertura.
Figura 4. Aparato para la prueba de rastra que evalúa el acabado de la fibra
Figura 5. Estructura Química de la Celulosa
Figura 6. Áreas amorfas y cristalinas de los polímeros
Figura7. Estructura de una fibra de algodón

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íNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Medidas obtenidas por el AFIS-M y MDTA-3.
Tabla 2. Requisitos de la Farmacopea de los Estados Unidos para el algodón purificado.
Tabla 3. Propiedades de la fibra de algodón blanqueada.
Tabla 4. Desempeño en el cardado del algodón descrudado.
Tabla 5. Grado de polimerización y cristalinidad de las fibras celulósicas.
Tabla 6. Resistencia de las fibras en seco y en húmedo (g/tex.)
Tabla 7. Propiedades del algodón blanqueado para productos laminados no tejidos.
Tabla 8. Influencia del micronaire en la formación de neps durante el proceso.

Cotton Incorporated es la compañía de investigación y promoción que representa a los productores e importadores del algodón de los EUA. Operando desde su oficina central en la Ciudad de Cary en Carolina del Norte, Cotton Incorporated utiliza la investigación, publicidad y promoción para construir la demanda del algodón a nivel mundial. A través de su centro de investigación, exhaustivo trabajo en calidad de fibra, procesamiento de fibra, investigación agrícola e investigación textil mantiene a las plantas textiles al día en los desarrollos en algodón.

Cotton Incorporated es la fuente de toda la información relacionada con el algodón, pero no produce ni vende fibra o telas. Las oficinas en Nueva York, Cary, Carolina del Norte en los Estados Unidos, Ciudad de México, Osaka, Hong Kong y Shanghai proporcionan información sobre los pronósticos de moda, estudios de mercado, desarrollos agrícolas, instrucciones de nuevos productos y avances técnicos.

Las afirmaciones, recomendaciones y sugerencias aquí contenidas están basadas en experimentos e información considerada fidedigna solo con respecto a los productos y/o procesos involucrados en ese momento. No se garantiza su exactitud o reproducibilidad ya sea expresa o implícita y no se autoriza el uso de esta información para propósitos publicitarios o aprobación o certificación de un producto. Así mismo, ninguna afirmación aquí contenida debe ser interpretada como un permiso o recomendación de uso de cualquier información o producto que podría infringir cualquier patente existente. El uso de marcas registradas no constituye ninguna aprobación de ningún producto mencionado o permiso obtenido para usar el nombre de Cotton Incorporated o ninguna de sus marcas registradas con los productos involucrados.

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