Algodón para productos no tejidos. Una guía técnica
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Algodón para productos no tejidos. Una guía técnica


PRóLOGO

Esta publicación proporciona información técnica sobre el algodón que debe ser útil para los fabricantes de productos no tejidos interesados en proporcionar productos de algodón. Los productos de algodón que caen dentro de la descripción de la categoría de no tejidos son prendas absorbentes o de cuidado personal. Se han hecho mejoras radicales en la selección de fibras, limpieza mecánica, blanqueo y acabado de las fibras que hacen que la producción de productos laminados no tejidos sea comercialmente viable. El algodón es la fibra de elección para el consumidor. Su participación actual de mercado es de56 por ciento de todas las fibras que se venden en Estados Unidos en prendas de vestir y artículos para el hogar, sin incluir alfombras. Estudios independientes de los consumidores han mostrado que la mayor parte de los compradores de artículos de cuidado personal prefieren el algodón en comparación con las fibras sintéticas para estos productos. 

I. Introducción

Cotton Incorporated tiene el gusto de proporcionar este manual, que presenta información técnica sobre el uso del algodón en productos no tejidos y se ha preparado como respuesta a la gran cantidad de solicitudes de información que hemos recibido sobre este tema. Los temas que se cubren son los siguientes:

  • Producción de algodón en Estados Unidos
  • Propiedades físicas del algodón
  • Procedimientos para la preparación y el blanqueo
  • Química de la celulosa y morfología de las fibras
  • Métodos para producir productos de algodón no tejidos.

Cotton Incorporated, la compañía de fibra de los productores de algodón de Estados Unidos, tiene como objetivo proporcionar asistencia a las personas interesadas en desarrollar, producir y vender productos no tejidos de algodón. Nuestros servicios incluyen investigación de mercadeo, investigación técnica, desarrollo de productos e implantación y mercadeo. Más adelante se proporciona información sobre el alcance de cada servicio.


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II. Siembra y cosecha del algodón

La planta del algodón es un arbusto leñoso, perenne de temporada cálida que se cosecha anualmente. Como las plantas se siembran en ambientes diferentes, el agricultor de algodón tiene una gran variedad de semillas de algodón de donde elegir y que se cultivan para ser productivas en distintas condiciones ambientales y culturales. Después que se plantan las semillas y que las plantas empiezan a crecer y desarrollarse, se deben proteger de insectos, enfermedades y mala hierba. Después de su floración, las fibras del algodón (borra) se desarrolla en la cápsula en tres períodos. El primer período es el de elongación en el que se desarrolla la pared primaria delgada con una vacuola grande (0 a27 días). Durante el segundo período (15 a55 días), se contrae el protoplasto (circunferencialmente) de manera progresiva mientras, adentro de la pared primaria, se deposita una masa de celulosa casi pura como una pared secundaria. Cuando ha madurado la cápsula, en el tercer período, la pared secundaria llena la mayor parte del volumen celular, dejando el lumen, la cavidad central pequeña que contiene el citoplasma y la vacuola. Conforme se abre la cápsula, ocurre una desecación rápida y se colapsan las células tubulares longitudinalmente, adoptando una forma similar a un listón con torsión, llamados convoluciones- Antes de la cosecha, se desfolian las plantas, con lo que se reducen grandes cantidades de follaje en la planta del algodón que podría interferir con la cosecha mecánica. Aproximadamente 85 por ciento del total de las cosechas de Estados Unidos se cosechan mecánicamente y el 15 por ciento restante, básicamente en Texas y Oklahoma, se descarga con máquinas.

Las desmotadoras cosechan el algodón de las cápsulas y dejan las cápsulas sin abrir y las cápsulas vacías en la planta. Esto se logra con los husos revolventes que arrancan la fibra de la cápsula. Las maquinas quitan todas las cápsulas, abiertas y cerradas, de la planta. La fibra que se retira de la planta también contiene las semillas de algodón y se le conoce como algodón bruto. Después de la cosecha, se transporta el algodón bruto a la despepitadora.


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III. Despepitado

En un sentido estricto, el despepitado es el proceso de separar las fibras de algodón de las semillas, que es lo que logró la invención de Eli Whitney, la despepitadora de algodón, en 1794. Sin embargo, la despepitadora moderna de nuestros tiempos debe hacer muchas cosas más. Para convertir el algodón cosechado mecánicamente en un producto comerciable, las despepitadoras tienen que secar y limpiar (quitar partes de plantas y basura de los campos) del algodón bruto, separar las fibras de la semilla, limpiar las fibras de nuevo y colocarlas en un paquete aceptable, siempre conservando su calidad. El algodón American Upland se despepita con despepitadoras de sierra, que es un proceso diferente al despepitado con rodillos que se usa para el algodón American Pima. La despepitadora de sierra puede funcionar a capacidades de hasta 12 (480 lb.) pacas por hora. La despepitadora de sierra retira la fibra de las semillas de algodón usando un cilindro que tiene dientes de sierra alrededor de su circunferencia. Hay aproximadamente 1600 despepitadoras localizadas en toda la región algodonera. En Estados unidos, el despepitado de rodillos está limitado a las áreas del oeste de Texas, Nuevo México, Arizona y California, que producen algodón Pima.

Después del proceso de despepitado, la fibra producida se comprime en pacas. En esta etapa, a la fibra se le conoce como algodón crudo. Se toman muestras de ambos lados de cada paca producida y se envían al Departamento de Agricultura de Estados Unidos para su clasificación. Sin embargo, de hecho la despepitadora de algodón produce dos productos con valor económico – algodón crudo y semilla de algodón. Las semillas de algodón retiradas durante el despepitado se embarcan a máquinas para extraer el aceite del algodón. Las fibras cortas (conocidas como linters) que no retiró el despepitado se quedan en estas semillas de algodón. En la máquina extractora de aceite, se retiran los linters de las semillas con máquinas desborradoras, usando los mismos principios que las despepitadoras de sierra. Se pueden pasar las semillas a través de una máquina desborradora una vez, en cuyo caso a los linters producidos se les conoce como linters producidos en molinos. Casi todos los molinos hacen pasar la semilla dos veces y producen linters de primer corte y segundo corte. Los primeros cortes consisten de fibras más largas y resistentes y se usan para producir papel bond de alto grado y como una fuente de celulosa en la industria química. Después de que se retiran los linters, se convierte el resto de la semilla del algodón en alimento para humanos o para ganado, fertilizante y cubierta orgánica para plantas.

Otro producto secundario de la despepitadora son las motas. Las motas son semillas pequeñas e inmaduras con fibra pegada que se retiran en una etapa diferente del despepitado que las semillas maduras. Se puede retirar la fibra de las motas usando una máquina desborradora. A esta fibra se le conoce como fibra de mota de despepitado y se usa en productos no tejidos.


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IV. Clasificación del algodón

La clasificación del algodón es el proceso de describir la calidad del algodón en cuanto a su grado, longitud de la fibra y micronaire. Antes, se usaba el tacto y la vista para hacer esta clasificación. Se realizan determinaciones del micronaire con una medición del flujo de aire, que indica la finura de la fibra.

La clasificación es esencial para los sistemas de fijación de precios del algodón, pero se necesitan pruebas adicionales para tener un control de calidad de alto nivel en la producción de textiles. Por lo tanto, se desarrolló un instrumento para medir casi todas las propiedades de la fibra. A este instrumento se le conoce como el Instrumento de Alto Volumen (HVI) y es fabricado por Zellweger Uster, Inc. Actualmente, su sistema de clasificación consiste de mediciones del instrumento para la longitud, resistencia, uniformidad de la longitud, micronaire, desechos y color de la fibra. Desde 1991, el HVI clasifica el 100 por ciento de las cosechas de Estados Unidos.


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V. Propiedades físicas del algodón

Las tres propiedades del algodón que se mencionan con mayor frecuencia en los productos no tejidos son micronaire, longitud y resistencia.

A. Micronaire
Micronaire es una medición del flujo de aire que se realiza en una muestra de prueba de 2.34 gramos, comprimida a una volumen específico en una cámara porosa. Se hace pasar aire por la muestra y la resistencia al flujo de aire es proporcional a la densidad lineal de las fibras (expresado en microgramos por pulgada) – El rango de micronaire para el algodón Upland es de 2.0 a 6.5. Como la unidad de medida del tamaño de hilos (denier) es igual al micronaire dividido entre 2.82, por lo general los algodones Upland están en el rango de 0.7 a 2.3 denier.

B. Longitud
La longitud de la fibra de algodón varía genéticamente y tiene una gran variedad o distribución de longitudes ( Figura 1). El HVI indica la longitud de la fibra como la longitud media en la mitad superior en centésimos de una pulgada. Las longitudes de los linters y residuos de peinadora son menores a 0.5 pulgadas; el algodón crudo Upland de Estados Unidos por lo general está entre 0.9 y 1.2 pulgadas y el algodón Pima puede tener hasta 1.6 pulgadas de largo.


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Figura 1. Variedad de longitudes de la fibra

C. Resistencia
Se mide la resistencia de la fibra con el HVI, usando una distancia de 1/8 de pulgada entre las mordazas sujetadoras y se indica en gramos por tex. Una unidad tex es igual al peso en gramos de 1000 metros de fibra. Por lo tanto, la resistencia indicada es la fuerza en gramos requerida para romper un haz de fibras de una unidad tex de tamaño.

D. Neps
A veces los neps afectan la apariencia visual. Un nep es un nudo enrollado pequeño de fibra que es causado con frecuencia por el procesamiento mecánico. Ahora se pueden medir los neps con un probador de neps de AFIS y se indican como los neps totales por 0.5 gramos de algodón y el diámetro promedio en milímetros. La máquina bien equipada y configurada reducirá al mínimo la formación de neps durante el procesamiento.

Ahora se puede usar el equipo AFIS para medir la longitud de la fibra y el contenido de desechos, al igual que los neps. Es muy efectivo para medir cualquier cantidad pequeña de desechos residuales presentes en el algodón blanqueado. La tabla I presenta los datos obtenidos por el AFIS-M.


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Tabla 1. Zellweger Uster AFIS-M
  • Neps
    • Cuenta/g
    • Diámetro, mm
  • Distribución de la longitud (por peso y número)
    • Longitud, pulgadas y UQL
    • Contenido de fibras cortas, %
  • Desechos
    • Cuenta/g
    • Tamaño medio, mm
    • Basura (mayor a 500 micrómetros), cuenta/g
    • Polvo (menor a 500 micrómetros), cuenta/g
    • Materia extraña visible, %

Otro instrumento útil para medir el contenido que no es borra del algodón blanqueado es el Zellweger Uster MDTA-3. Este instrumento usa una muestra de fibra de 10 gramos y separa la borra e indica el contenido que no es borra como un porcentaje de basura (mayor a 500 micrómetros), porcentaje de polvo (menos de 500 micrómetros) y porcentaje de fragmentos de fibra (Tabla II). Se reúne cada uno de estos tres componentes para su inspección visual.


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Tabla II. Zellweger Uster MDTA-3
  • Borra, %
  • -Basura (mayor a 500 micrómetros), %
  • -Polvo (menos de 500 micrómetros), %
  • -Fragmentos de fibra, %
VI. Algodón crudo

El algodón crudo (producto de la despepitadora) contiene fibra de algodón y partes pequeñas de plantas y basura de los campos que no son removidas por el proceso de despepitado. En esta etapa, la fibra de algodón tiene un revestimiento de aceites y ceras que lo hacen hidrofóbico. La fibra cruda es adecuada para que los textiles no tejidos se usen en productos industriales, en los que la absorbencia y estética no son tan importantes. En algunos casos, se pueden procesar con método húmedo de la misma manera que las telas de tejido plano y tejido de punto.

VII. Descrude y blanqueo

Se debe descrudar y blanquear el algodón para muchos productos no tejidos en los que se desea tener absorbencia, blancura y pureza
Las dos técnicas de descrude y blanqueo comercial son en autoclave y a la continua. Ambos procesos logran los mismos resultados por las mismas interacciones químicas, pero con un manejo mecánico diferente. La figura 2 presenta un diagrama esquemático de las diferentes operaciones involucradas en el blanqueo del algodón para aplicaciones no tejidas.

Se logra el descrude mediante la saturación de la fibra de algodón con una solución de sosa cáustica (hidróxido sódico). Se permite que la solución alcalina permanezca en la fibra a temperaturas elevadas para acelerar las reacciones químicas. Durante este tiempo, se saponifican los aceites y ceras naturales (se convierten en jabones), se suaviza el material vegetal, se suspenden las pectinas y otros materiales no celulósicos para que puedan lavar. Después de un tiempo predeterminado para permitir un descrude completo, se enjuagan con agua las ceras alcalinas y saponificadas y los materiales suspendidos.

En este momento, se aplica la solución blanqueadora a la fibra. Se usa un agente oxidante estabilizado, peróxido de hidrógeno o hipoclorito de sodio en el licor de blanqueo para blanquear la fibra mediante la destrucción de la materia colorante natural. En Estados Unidos, el peróxido de hidrógeno es el agente que más se usa en el blanqueo de algodón crudo en forma de fibra. La solución de 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 blanqueo, se han removido todas las impurezas y la fibra de algodón tiene la forma de celulosa pura. Si se hace correctamente, esta fibra cumplirá con las exigencias del algodón purificado en la farmacopea. Los requisitos para la Farmacopea de Estados Unidos se muestran en la Tabla III.


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Figura 2. Etapas del blanqueo del algodón


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Tabla III. Requisitos de la Farmacopea de Estados Unidos para el algodón purificado

Prueba Especificaciones
Absorbencia
tiempo de inmersión, seg.
10 seg. máx.
Retención de agua
de la prueba de inmersión
24 veces el peso original
Residuos de ceniza 0.2 % máx.
Extracto de agua 0.35 % máx.
Extracto de éter 0.70 % máx.

En la actualidad, el algodón blanqueo disponible de fuentes de Estados Unidos ha sido procesado en autoclaves en lotes en las que se usan temperaturas y presiones altas. Se necesita equipo con abertura especial para procesar el algodón blanqueado destinado a productos laminados de alta calidad, como material de cubiertas.

Cotton Incorporated desarrolló un sistema de blanqueo continuo – una metodología avanzada de blanqueo – que incluyó varios elementos patentados. Después que se construyó la primera línea de blanqueo continuo y se demostró su habilidad de proporcionar un algodón blanqueado superior en cuanto a la abertura de la fibra y ausencia de contaminantes extraños, se otorgó la licencia de la tecnología a Edward Hall Ltd. de Inglaterra. Esta compañía está vendiendo fibra de blanqueo continuo, conocida como Luxicot.

Cotton Incorporated ha continuado con sus esfuerzos para mejorar la calidad del algodón blanqueado como una forma para aumentar su participación de mercado en productos no tejidos. En 1990, el Grupo de Fibras Naturales Veratec, una unidad de International Paper, adoptó la tecnología de abertura de la fibra desarrollada por Cotton Incorporated. Veratec usa esta tecnología para producir su algodón super abierto Easy Street. Se ha restringido el uso de esta tecnología mejorada a fibras blanqueadas de alta calidad y no se usa con productos secundarios de fibra, como de peinadora, motas o desechos de plantas. Los clientes que usan esta fibra mejorada son fabricantes de productos laminados no tejidos.


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VIII. Máquina abridora / limpiadora LINTMASTER(TM)

Los esfuerzos continuos realizados por Cotton Incorporated para mejorar el algodón blanqueado en autoclave para usarse en productos laminados no tejidos dio como resultado el desarrollo de una máquina avanzada para la abertura / limpieza de las fibras. Se construyó la máquina abridora / limpiadora LINTMASTER(TM) de acuerdo con la descripción específica de John D. Hollingsworth on Wheels, de Cotton Incorporated, para el procesamiento de algodón blanqueado en autoclave (Figura 3). Esta máquina no solamente abre la fibra y elimina el material particulado residual que no es de borra, sino que realiza estas operaciones a 300 kg / hora y más sin añadir contenido de neps o causar daño importante a la fibra.


Figura 3. Máquina abridora / limpiadora LINTMASTER(TM)


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A. Mayor producción
Para eliminar la recirculación de las fibras en índices altos de producción, se quitó el rodillo descargador y se reemplazó con un sistema nuevo de descarga de aire para retirar la fibra del gran tambor. Se logró un índice mayor de producción usando un cilindro de acero capaz de operar con seguridad a 1000 rpm.

B. Abertura
La abertura de la fibra se obtiene mediante la acción de cardado suministrada por cuatro placas estacionarias localizadas alrededor del gran tambor. Para una abertura adicional, se instaló un segmento de cardado debajo del licker-in (Figura 3, #18).

C. Limpieza
Las características que contribuyen a la eficiencia de limpieza de la máquina abridora / limpiadora LINTMASTERTM incluyen un gran tambor especial que permite velocidades de hasta 1000 rpm y velocidad del licker-in de 1600 rpm. Las fuerzas centrífugas altas ocasionan que las partículas de desechos más pesadas se alejen de los rodillos donde deben removerse. La máquina abridora / limpiadora LINTMASTERTM produce las siguientes tres corrientes de desechos que aprovechan este principio.

  • Se han instalado dos cuchillas de motas debajo del licker-in (Figura 3, #16-#l7) para eliminar la mayor parte de las partículas de desechos pesados.
  • Se proporcionan tres ranuras de vacío entre las cuatro placas estacionarias, conocidas como el sistema de eliminación de basura Cleanmaster. En estos lugares se eliminan los fragmentos pequeños de basura y fibra.
  • Se ha instalado un segmento de limpieza Trashmaster (una cuchilla con un eliminador de vacío) para eliminar la basura adicional que es lanzada del gran tambor en el extremo de salida de la máquina. En este punto también se eliminan partículas pequeñas adicionales de basura.

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IX. Máquina abridora / limpiadora LINTMASTER™: producción de algodón blanqueado

La tabla IV muestra datos de pruebas obtenidos de algodón blanqueado en autoclave proporcionados por fabricantes de productos no tejidos antes y después de su procesamiento en la máquina abridora / limpiadora LINTMASTERTM. Se redujo la longitud de la fibra y aumentó el contenido de fibras cortas, pero estos cambios fueron moderados. La remoción de material que no es borra de cincuenta por ciento para la fibra de algodón blanqueado es un cambio drástico. Asimismo, fue poco común el hecho que esta abertura y limpieza se haya llevado a cabo en una máquina de un metro de ancho con producción de 300 kg / hora sin causar un aumento en neps. La velocidad alta del cilindro (850 rpm), junto con la descarga de aire de la fibra, redujo al mínimo el trabajo en la fibra que por lo general da como resultado fibras dañadas y formación de neps.

Tabla IV. Máquina abridora / limpiadora LINTMASTER™ Evaluaciones de desempeño en fibra blanqueada en autoclave

Propiedad Blanqueo en autoclave LINTMASTERTM
Longitud (in) 0.99 0.93
Fibra corta 16.7 19.8
Neps (por g) 677 648
No borra (%) 0.14 0.07


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X. Máquina abridora / limpiadora LINTMASTERTM: producción de algodón crudo

Como la post-limpieza del algodón blanqueado es mucho más difícil que la pre-limpieza de la fibra cruda, se probó la máquina abridora / limpiadora LINTMASTERTM como una pre-limpiadora. Se prefiere limpiar la fibra antes del blanqueo porque el material que no es borra restante debe consistir de partículas pequeñas fáciles de blanquear.

Se realizó un estudio que usó las máquinas de limpieza de mayor uso en un lote mezclado de fibra cruda. En la tabla V se muestran los resultados de las eficiencias de limpieza y formación de neps.

Tabla V. Comparaciones de equipos de limpieza

Máquina Eficiencia de limpieza Porcentaje de aumento en neps
Máquina abridora / limpiadora LINTMASTERTM 78 4
Limpiadora A 33 37
Limpiadora B 80 35
Limpiadora C 75 43

NOTA: La tasa de producción fue de 300 kg/hr para todas las pruebas.
La máquina abridora / limpiadora LINTMASTERTM se comparó favorablemente en cuanto a eficiencia de limpieza con otras dos máquinas, pero fue superior en cuanto a la cantidad de neps creados.

Se realizó una prueba de rendimiento usando fibra de calidad de hilado de 1.04 pulgadas de longitud con un micronaire de 3.9. Se procesó la fibra a través de la máquina abridora / limpiadora LINTMASTER(TM) a 300 kg/hr. La eficiencia de limpieza para la prueba fue de 83 %, obtenida como resultado de la reducción de materia extraña visible (VFM) de 1.404 % a 0.261%, de acuerdo con las mediciones del instrumento AFIS. El contenido de neps aumentó solamente 6 % con la máquina abridora / limpiadora LINTMASTER(TM). Los datos de rendimiento - 497 libras de fibra de entrada – se muestran en la Tabla VI.


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Tabla VI. Datos de rendimiento de la máquina abridora / limpiadora LINTMASTERTM (Fibra de grado de hilado)

% de rendimiento [peso de producción
(475 lb.) / peso de entrada (497 lb.)]
95.6%
% de total de desechos (22 lb.) 4.4%
% de desechos invisibles (9 lb.) 1.8%
% de desechos de licker-in (1 lb.) 0.2%
% de desechos de Cleanmaster (11 lb.) 2.2%
% de desechos de Trashmaster (1 lb.) 0.2%

NOTA: La tasa de producción fue de 300 kg/hr.

XI. Instalación comercial

Se está utilizando la máquina abridora / limpiadora LINTMASTERTM para el pre-limpiado de algodón crudo antes del blanqueo en autoclave. Los datos que se muestran en la Tabla VII se obtuvieron para fibra producida después de una cantidad típica de 20,000 libras de producción.


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Tabla VII. Máquina abridora / limpiadora LINTMASTERTM Eficiencia en el procesamiento de algodón crudo

Desempeño Propiedad Antes del procesamiento Después del procesamiento
Contenido de neps 291 247
No borra (%) 0.6 0.2
Eficiencia de limpieza (%)   70
Fibra corta (%) 1.3 1.2
Longitud de la fibra (in) 1.05 1.08

Estos datos muestran que la máquina abridora / limpiadora LINTMASTERTM redujo el contenido de neps y conservó una eficiencia de limpieza de 70 %. También redujo el contenido de fibras cortas, dando como resultado un aumento en la longitud promedio de la fibra.

Barnhardt Manufacturing Company vende el algodón blanqueado procesado de esta manera como algodón High-Q(TM).


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XII. Acabado y pruebas de la fibra

La selección del acabado adecuado de la fibra es esencial cuando se considera la fibra de algodón blanqueado como la materia prima para hacer velos no tejidas. El blanqueo quita el acabado natural. En consecuencia, el algodón blanqueado tiene una fricción alta de 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 un lubricante y un agente antiestático.

A través del tiempo, los productos han usado acabados tan diferentes, como jabón, glicerina y productos Tween (ésteres etoxilados de sorbitan) con éxito limitado. Cotton Incorporated descubrió el valor del estearato de butoxietilo (BES) como el acabado de elección para las fibras actuales. Este acabado químico proporciona un grado satisfactorio de lubricidad, sin interferir con la absorbencia. El acabado tiene buena aceptabilidad desde el punto de vista de toxicidad, que siempre es una preocupación más importante que contar con mejores propiedades físicas. Un sistema recomendado para el acabado de las fibras para casi todo el algodón blanqueo incluye las adiciones de niveles de 1.0% BES y 1.0 % de acetato sódico. La adición de la sal proporciona beneficios antiestáticos durante el procesamiento mecánico, como se muestra en la Tabla VIII.


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Tabla VIII. Datos de cardado del algodón blanqueado

Acabado
(% OWF)
Acetato sódico
(% OWF)
Fricción fibra contra fibra (fuerza gm) Resistividad electrostática Experiencia de cardado
Nada Nada 2140 11.85 No se carda a 33 lb./M
2% BES Nada 1790 11.77 No se carda a 33 lb./M
2% BES 1 % 1890 9.96 Se carda 105 lb./M

Cotton Incorporated ha realizado varias evaluaciones de acabados de la fibra en diferentes prácticas de blanqueo y se descubrió que la prueba más útil, a excepción del cardado, es una prueba de rastra de I.C.I(1). El aparato que se usó en esta prueba se muestra en la Figura 4. A continuación se proporciona un ejemplo del procedimiento de la prueba.

(1) Se preparó la muestra de la fibra para su prueba mediante el cardado de 450 granos de fibra a través de una Carda Shirley y recogiendo el velo colocándola en capas 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 la carda y se retiró del cilindro. Se cortaron las muestras de la prueba a un tamaño de cuatro pulgadas cuadradas con un mismo espesor de velo. Después de 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.

(4) El índice de jalón de la máquina para pruebas de tracción fue de 25 mm/pulgada y se registró la fuerza en una tabla. Se tomó el valor de la fuerza de fricción cuando la gráfica llegó a un nivel estable y se registró en gramos.


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Figura 4. Aparato para la prueba de rastra

(1) Imperial Chemical Industries PLC. 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.


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XIII. Química de la celulosa

Después del descrude y blanqueo, el algodón es 99 % celulosa pura. La celulosa es una macromolécula hecha de unidades de anhidroglucosa unidas por puentes 1, 4, de oxígeno (Figura 5). Las unidades de anhidroglucosa están unidas como beta-celubiosa. Por lo tanto, la anhidro-beta-celubiosa es la unidad que se repite en la cadena de polímero. Al número de estas unidades repetidas que están unidas para formar el polímero de celulosa se le conoce como el grado de polimerización (dp).

Figura 5. Estructura química de la celulosa



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Tabla IX. Grado promedio de polimerización para las fibras celulósicas

Fibra de algodón Grado de polimerización 9000 - 15,000
Rayón viscosa  
Regular 250 - 450
Tenacidad alta 500 - 650
Coeficiente mojado alto 400 - 550
Pulpa de madera 600 - 1500


Fuente: Joseph, M., Introduction to Textile Science, 5ª. edición, 1986

Se puede observar que la pulpa de madera, el rayón y el celofán (los tres derivados de celulosa de madera) también se construyen con polímeros de celulosa. La celulosa del algodón difiere de la celulosa de madera principalmente porque tiene un grado más alto de polimerización y un grado más alto de cristalinidad. La cristalinidad indica que las moléculas de la fibra están más empacadas y paralelas entre sí. La tabla IX muestra el grado promedio de polimerización para las fibras celulósicas y la Figura 6 muestra la cristalinidad promedio de las fibras celulósicas. La cristalinidad más alta y el grado de polimerización están asociados con resistencias mayores.


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Figura 6. �reas amorfas y cristalinas de los polímeros

Las cadenas de celulosa dentro de las fibras del algodón suelen mantenerse en su lugar por los enlaces de hidrógeno. Estos enlaces de hidrógeno ocurren entre los grupos hidroxilos de las moléculas adyacentes y son más prevalentes entre las moléculas fuertemente empacadas y en paralelo en las áreas cristalinas de la fibra.

Los tres grupos hidróxilos, un primario y dos secundarios, en cada unidad de celubiosa 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 hidróxilos también sirven como los sitios principales de absorción para las moléculas de agua. El agua sorbida directamente es quemisorbida firmemente en los grupos hidróxilos celulósicos mediante los enlaces de hidrógeno.

De particular interés en el caso de las fibras celulósicas es la respuesta de su fortaleza a las variaciones en contenido de humedad. Por lo general, en el caso de fibras celulósicas regeneradas y derivativas, se reduce la resistencia cuando aumenta el contenido de humedad. En contraste, por lo general aumenta la resistencia del algodón con una mayor humedad. El contraste que se ve entre las fibras en su respuesta a la humedad se explica en términos de enlaces intermoleculares de hidrógeno entre cadenas de celulosa y su grado de cristalinidad (Tablas X, XI).


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Tabla X. Cristalinidad promedio medida por difracción de rayos X para las fibras celulósicas

Fibra Valor de la cristalinidad promedio
Algodón 73
Rayón de viscosa (Regular) 60
Pulpa de madera 35

Fuente: Shirley Institute


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Tabla XI. Resistencia de las fibras (g/tex)

Fibra Seca Mojada
Algodón 27 - 45 30 - 54
Rayón (Regular) 22 - 27 10 - 14
Poliéster 27 - 54 27 - 54

Las fibras termoplásticas se funden a temperaturas elevadas y tienen una temperatura de transición a vidrio (Tg) por debajo del punto de fusión. A la 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  muy estable incluso a temperaturas muy bajas. A temperaturas elevadas, el algodón se descompondrá en lugar de fundirse. Una exposición larga a calor seco por arriba de 300°F ocasionará que las fibras de algodón se descompongan gradualmente y las temperaturas mayores a 475°F causarán un deterioro rápido.


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XIV. Morfología �nica de la fibra de algodón

La figura 7 muestra una estructura esquemática de una fibra de algodón madura con seis partes identificadas y definidas.

Figura 7. Estructura de la fibra de algodón

1. La cutícula es la capa cerosa externa que contiene las pectinas y materiales proteináceos. Sirve como un revestimiento uniforme y resistente al agua, que protege al resto de la fibra. Esta capa se elimina de la fibra con el descrude.

2. La pared primaria es la delgada pared celular original. Está hecha principalmente de celulosa en una red de fibrillas finas (filamentos pequeños de celulosa). Esto contribuye a la formación de un sistema muy bien organizado de capilares continuos, muy finos. Es bien sabido que los capilares finos roban líquidos de los capilares gruesos. Los capilares superficiales finos de cada fibra de algodón contribuyen en gran medida al desempeño limpio y seco del algodón.

3. La capa enrollada es la primer capa de engrosamiento secundario (también se le conoce como la capa S). Difiere en su estructura de la pared primaria o del resto de la pared secundaria. Es una especie de red abierta de fibrillas, alineada a un ángulo de 40 a 70 grados del eje de la fibra.

4. La pared secundaria consiste de capas concéntricas de celulosa que constituyen la porción principal de la fibra de algodón (también se le conoce como la capa S). Después que la fibra ha logrado su tamaño máximo durante el período de crecimiento, se añade una capa nueva de celulosa a la pared secundaria. Se depositan las fibrillas a ángulos de 70 a 80 grados con puntos en los que se invierten los ángulos a todo lo largo de la fibra. Se vuelven a empacar las fibrillas formando capilares pequeños.

5. La pared de lumen separa la pared secundaria de lumen y parece ser más resistente a algunos reactivos que las capas de la pared secundaria (también se le conoce como la capa S).

6. El lumen es el canal hueco que corre a lo largo de la fibra. Está lleno de protoplasto vivo durante el período de crecimiento. Después que madura la fibra y se abre la cápsula, se seca el protoplasto y se colapsará el lumen. Esto deja un gran vacío o poro central en cada fibra.

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 las seis partes de la fibra. En consecuencia, se puede ver la fibra de algodón como una esponja física microscópica con una estructura porosa compleja. Esta estructura interna hace que las fibras de algodón sean accesibles a los líquidos y vapores. La acción capilar de las fibrillas en la fibra atrae los líquidos por acción capilar dónde se mantiene en los poros entre las fibrillas. Esto explica el trenzamiento del algodón y su capacidad absorbente única. 

Cuando se observa toda la fibra de algodón, es un listón plano torcido que tiene 50-100 circunvoluciones por pulgada. Las fibras están ahusadas en un extremo y fibriladas en el otro donde estaban unidas a la semilla del algodón. Esto proporciona a la fibra un tacto suave porque no hay extremos abruptos como en otras fibras sintéticas.


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XV. Seleccione la fibra correcta

Los productos absorbentes, como esponjas quirúrgicas, toallas sanitarias, tampones y almohadillas pueden hacerse de manera satisfactoria de un derivado de la fibra de algodón, i.e., motas de despepitadoras, desperdicio de las peinadoras y otros desechos de la planta. Casi todos estos productos evolucionan de una espira de algodón blanqueado (una mecha de tamaño mayor de lo normal) que necesita poca integridad (cohesión de una fibra con otra). Sin embargo, los productos laminados de velos ligeros hechos por cardado o formación por aire requieren de fibra de grado textil. Las propiedades recomendadas de la fibra y los métodos sugeridos de prueba se muestran en la Tabla XII. Esta tabla menciona algunos otros criterios de desempeño que debe tener el algodón blanqueado para satisfacer las demandas para la fabricación de productos laminados que se pueden usar en cubiertas para pañales y toallas sanitarias y como telas para ropas de protección y áreas de productos domésticos.

Tabla XII. Propiedades del algodón blanqueado para productos laminados no tejidos

  • Micronaire: mayor a o = 4.9
  • Longitud: mayor a o = 0.95 pulgadas
  • Uniformidad: mayor a o = 81.0 por ciento
  • Resistencia: mayor a o = 23.0 g/tex
  • Contenido que no es borra 0.8 % Máximo (MDTA-3)
  • Cohesión de fibra a fibra, 1700 g fuerza máxima (ICI Prueba de Cohesión de la Fibra)
  • Abertura de la fibra igual a 100 cc/gramo mínimo (Método de Prueba ITT)

La longitud y resistencia de la fibra son importantes en la fabricación de productos laminados ligeros por razones obvias. Sin embargo, la buena apariencia de la tela es más importante que su resistencia en algunos productos no tejidos, y el micronaire de la fibra desempeña una función muy importante en estos artículos. Un componente indeseado es el contenido de neps. El algodón de micronaire alto suele tener un  contenido más bajo de neps después del despepitado y es menos probable que forme neps adicionales en el procesamiento subsiguiente.

Para estudiar la influencia del micronaire en algunos criterios para la producción de productos no tejidos, se seleccionaron tres pacas de algodón de micronaire alto y bajo, usando datos de instrumentos de alto volumen. Las propiedades de los algodones seleccionados se muestran en la Tabla XIII. Se tuvo cuidado de mantener constantes otras variables de la fibra para obtener una lectura real sobre las influencias del micronaire.


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Tabla XIII. Propiedades de la fibra para algodones de micronaire alto y bajo

Micronaire
(micro g/pulg)
Longitud
(pulg)
Uniformidad de la longitud
(%)
Resistencia
(g/tex)
Elongación
(%)
4.5 1.0 79.4 25 7.0
3.0 1.0 78.8 25 7.4

Se blanquearon las pacas en una operación comercial usando procedimientos normales de producción y se estableció el contenido de neps en diferentes etapas del procesamiento, usando el Probador Zellweger Uster AFIS. La tabla XIV muestra las comparaciones de neps para los dos algodones. El algodón de micronaire alto muestra un cierto aumento en el contenido de neps, resultado del blanqueo. Es muy probable que este aumento se atribuya a las etapas de abertura de la fibra antes y después del secado. Se observaron aumentos significativos en neps para el algodón de micronaire bajo durante el blanqueo y durante la formación de velo no tejido. Los beneficios de usar algodón de micronaire más alto son realmente espectaculares.

Tabla XIV. Influencia del procesamiento de algodón de micronaire alto y bajo en la formación de neps
   AFIS
Neps/Gramo
Lugar de la muestra Mic alto Mic bajo
Paca original 375 574
Limpieza mecánica 354 860
Blanqueo 520 1140
Velo de carda 540 2406

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XVI. Producción de productos no tejidos

La fibra de algodón se procesa con facilidad para formar velos cardados, por aire cardados / napas cruzadas que se pueden adherir con una variedad de técnicas para formar materiales no tejidos. Algunas sugerencias que deben considerarse para la consolidación del velo (enlace) son:

A. Productos no tejidos perforados con agujas

Se debe considerar la fibra de algodón de longitud regular para el perforado con agujas, porque las longitudes mayores proporcionan mejores resultados. Aunque la fibra de algodón tiene una distribución aleatoria de su longitud, hay suficientes fibras largas en la fibra regular para formar telas resistentes. El acabado de la fibra es crítico en el trabajo con agujas. Se necesita algodón blanqueado con buena lubricidad para prevenir daño a las fibras y rotura de las agujas. El algodón crudo (sin blanquear) también necesita de una selección de agujas sumamente cuidadosa. Las selecciones recomendadas de agujas son:

  • Foster Needle - 15 x 18 x 40 x 3HDB, FBST 206-18-2B/CC
  • Groz-Beckert - 15 x 18 x 40 x 3, F222 G92919
  • Singer - 15 x 17 x 40 x 3 RB22, A 27/04/06 B222 PL5 0/6-4 Con.

Como se muestra en la Tabla XV, la selección de una fibra con un micronaire alto permite la producción de una tela perforada con agujas más resistente, siempre y cuando todos los demás factores permanezcan sin cambio.


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Tabla XV. Propiedades de la tela perforada con agujas Algodones de micronaire alto vs. bajo

Micronaire del tipo de fibra Mullen Burst (lb./pulg. cuadrada) Resistencia a la tensión (lb.)
Alto 33 15
Bajo 23 12


B. Productos no tejidos Spunlaced (Hidroligado)
El método spunlaced, o hidroligado, de consolidación del velo es sumamente atractivo con el algodón porque conserva la condición de la fibra pura, que se presta para elaborar productos con alta absorbencia. Las telas hidroligadas tienen muchas características que son similares a las telas de algodón tejidas, i.e., se tiñen y acaban con facilidad usando métodos textiles convencionales porque tienen buenas características de resistencia.

Se debe dar consideración especial al filtrado de agua en una operación hidroligada. Cotton Incorporated ha trabajado con Valco Chemical Co., Krofta Engineering Corporation y Valmet/Honeycomb Inc., para diseñar procesos adecuados de reciclado de agua. Se puede proporcionar información a las partes interesadas que la soliciten.

C. Telas cardadas adheridas con resina
Se pueden adherir los velos de algodón mediante el rocío, rocío de espuma, calcografía por foulard o impresión con sistemas acuosos de aglutinamiento. Los proveedores de productos químicos conocen las diferentes técnicas de aplicación y pueden hacer recomendaciones de aglutinantes, tomando como base los pesos de los velos y las necesidades de desempeño del producto final. Los patrones impresos proporcionan integridad de la tela sin una rigidez inaceptable ocasionada por el material adherido.

D. Telas cardadas con adhesión térmica
Se pueden hacer telas ligeras adecuadas para cubiertas mezclando algodón con fibras de poliolefina, poliéster o biocomponentes y después aplicando calor y presión al velo usando rodillos calandradores calientes. Por lo general, se necesita un rodillo calandrador gravado con  por lo menos 30 por ciento de área de aglutinamiento para mezclas de algodón y polipropileno (Tabla XVI) – No se puede adherir de manera efectiva el algodón no blanqueado en las mezclas típicas de fibras sintéticas de bajo punto de fusión debido a las ceras naturales presentes en la fibra cruda, que interfieren con la adhesión esperada de la adhesión térmica. Al aumentar el contenido de algodón de las telas con adhesión térmica se reduce el número de puntos de adherencia, con lo que se reduce la resistencia de la tela. Como se ha demostrado, una tela que tenga 60 % de algodón blanqueado en el rango del peso de material para cubierta sigue teniendo buenas propiedades de resistencia (Tabla XVII).


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Tabla XVI. Adhesión térmica de algodón / polipropileno blanqueado tipo Hércules 196

Mezclas % Variación
Peso, g/M cuad. 20
Área de adhesión, % 30
Velocidad, ppm 100
Presión del rodillo, pli 160
Temperatura del rodillo, grados C 158


Tabla XVII. Resistencia del algodón y polipropileno con adhesión térmica

Contenido de la fibra
Algodón / polipropileno
Máquina de resistencia a la rotura (g/pulg)
Máquina cruzada
0/100 3330 690
25/75 2200 400
50/50 1300 280
60/40 1200 270

E. Productos no tejidos unidos por puntos (Stitchbonded)

Las máquinas de tejido de urdimbre de tipo Arachne y Maliwatt se usan para producir productos no tejidos de punto. Por lo general, se usa un hilo de tipo filamento para fines de tejidos de punto, pero se ha demostrado que el hilo de algodón en título de 18/1 a 30/1 Ne permitirá las puntadas en una velo de algodón. Se está investigando este enfoque para un nuevo material industrial de algodón para envolturas. Al igual que con las otras velos de adhesión, se puede procesar en mojado el algodón unido por puntos en telas, al igual que en los textiles convencionales.


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XVII. Asistencia de Cotton Incorporated

Cotton Incorporated está interesado en proporcionar asistencia a las personas que se dedican al desarrollo, producción o venta de productos no tejidos de algodón.

A. Investigación de mercados
Se puede realizar la investigación de mercados a través del grupo de Investigación de Mercadeo de Cotton Incorporated' en Nueva York. Los estudios de los consumidores han sido efectivos para demostrar su conocimiento y preferencias a nivel nacional. El sello del algodón (Seal of Cotton) es una de las marcas más reconocidas en el mercado minorista. Los estudios recientes han demostrado que la presencia del sello aumenta la intención de compra de los consumidores y los orilla a comprar productos en las categorías de pañales, toallitas limpiadoras y de productos para el cuidado femenino. Se puede usar el sello en productos no tejidos que se venden en Estados Unidos y Canadá, siempre que se cumpla con ciertas condiciones.

B. Investigación técnica y desarrollo
Cotton Incorporated contrata muchas actividades de investigación externamente, pero cuenta con las capacidades internas esenciales para realizar estudios de desarrollo y proporcionar asistencia técnica para los clientes del algodón. Algunas de estas facilidades son:

Pruebas físicas y analíticas completas:

  • Fibras – Instrumento de Alto Volumen, Sistema Avanzado de Información sobre Fibras, Analizador de Desechos Micro Dust
  • Hilos – Perfil Completo de las Propiedades e Imperfecciones del Hilo
  • Telas – Resistencia a la Tensión, al Desgaste, a la Abrasión, Retención de la Apariencia y Desempeño en el Lavado

Procesamiento completo de las fibras a través del hilado – todos los sistemas de fibras cortas:

  • Diseño y fabricación Cad / Cam de tejido de punto y tejido plano
  • Investigación química
  • Instalaciones para el teñido y acabado a escala comercial
  • El equipo para productos no tejidos localizado en el Colegio de Textiles, Universidad Estatal de Carolina del Norte (NCSU), permite desarrollos en cooperación
  • También se realiza investigación en John D. Hollingsworth on Wheels y en la Universidad de Tennessee.

C. Desarrollo de programas nuevos
La meta de Cotton Incorporated es aumentar la participación de mercado del algodón. La combinación de investigación en sociedad, implantación de productos y actividades de mercadeo logrará este objetivo.

1. Longitud (pulgadas) A. Fibra corta básica 0.75 - 1.25 B. Motas de despepitado 0.5 - 0.75 C. Peinadora de menos de 0.5 D. Linters del primer corte 0.25 - 0.5 2. Diámetro de la fibra A. Micronaire (micro g/pulgada) 2.0 - 6.5 B. Denier (g/9000m) 0.7 - 2.3 3. Recuperación elástica A. A 2 % extensión 74 % B. A 5 % de extensión 45 % 4. Elongación del empanado (seco) 3 - 9.5 % 5. Resistencia a la tensión A. Seco 27 - 44 g/tex; 3.0 - 4.9 g/denier B. Mojado 28 - 57 g/tex; 3.3 - 6.4 g/denier 7. Capacidad de absorción de agua (método de USP) Mayor a 24 g agua/g de fibra 8. Gravedad específica A. Polímero de celulosa 1.54 g/CM3 B. Fibra de algodón 1.27 g/CM3 9. Grado de polimerización 9000 - 15,000 10. Cristalinidad por difracción de rayos X (promedio) 73 % 11. Color (Colorímetro Hunter) A. Índice de blancura 90 - 100 B. Reflectancia azul 75 - 85 12. Resistencia térmica A. La exposición larga a calor seco por arriba de 300°F causará una descomposición gradual B. Temperaturas superiores a 475°F causarán un deterioro rápido 13. Resistencia a ácidos A. Desintegrado por ácidos diluidos en caliente o ácidos concentrados en frío B. No se ve afectado por ácidos fríos débiles 14. Inflado por resistencia alcalina en NaOH superior a 18 % pero sin daño 15. Resistencia a solventes orgánicos. Resistente a la mayoría de los solventes industriales y domésticos comunes 16. Formación de velo A. Acomodo en seco (cardado, abridora garnett) B. Acomodo por aire 17. Mecanismos de adhesión A. Punzonado de agujas B. Hidroligado C. Adhesión por puntadas D. Adhesión química E. Adhesión térmica (cuando se mezcla con fibras termoplásticas) 18. Propiedades generales: absorbente, respirable, rendimiento alto en mojado (más resistente cuando está mojado), biodegradable (en ciertas condiciones), mecha trenzada excelente, desempeño en seco, esterilizable por todos los métodos industriales, potencial estático bajo, imprimible, teñible, químicamente modificable, recurso renovable 19. Aplicaciones potenciales: toallitas limpiadoras, cubiertas, filtros, productos de higiene personal, entretelas, aislamiento, medios de absorción, productos de galerías, compuestos, prendas desechables, componentes médicos / quirúrgicos, ajuares domésticos

NOTA: El algodón blanqueado está exento de los reglamentos del polvo de algodón de la OSHA.


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XIX. Índice de diagramas / figuras


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XX. Índice de tablas


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Cotton Incorporated es la compañía de investigación y promoción que representa a los productores de algodón. Sus operaciones se basan en sus oficinas centrales en la ciudad de Nueva York, Nueva York. Cotton Incorporated utiliza investigación, publicidad y promociones para crear demanda del algodón en todo el mundo. A través de su Centro de Investigación en Raleigh en Carolina del Norte, el extenso trabajo realizado en calidad de las fibras, procesamiento de las fibras, investigación agrícola e investigación textil mantienen a los molinos en la vanguardia en cuanto al desarrollo del algodón.

Cotton Incorporated es una fuente para toda la información relacionada con el algodón, pero no produce o vende fibra o telas. Las oficinas en Nueva York,  Raleigh, Los Angeles, Dallas, Atlanta, Basilea, Suiza, Osaka, Japón, Singapur y la Ciudad de México proporcionan información a las plantas de textiles, fabricantes, diseñadores, minoristas y la prensa relacionada con pronósticos de la moda, estudios de investigación de mercado, desarrollos agrícolas, introducciones de productos nuevos y avances técnicos.


Las declaraciones, recomendaciones y sugerencias incluidas en el presente se basan en experimentos e información que se cree es confiable solamente con respecto a los productos y / o procesos involucrados en estos momentos. No se ofrece ninguna garantía en cuanto a su exactitud, sea expresa o implícita, y no se autoriza el uso de la información para fines de publicidad o apoyo o certificación de productos. De igual manera, ninguna de las aseveraciones que se incluyen en el presente deberá interpretarse como una autorización o recomendación para el uso de cualquier información o producto que pudiera violar cualquier patente actual. El uso de marcas no constituye un apoyo a ninguno de los productos mencionados ni se otorga la autorización para usar el nombre de Cotton Incorporated o de alguna de sus marcas comerciales, junto con los productos involucrados.


Descripción: Algodón para productos no tejidos: una guía técnica – Esta página es la copia electrónica de un informe técnico que proporciona información técnica sobre el algodón que puede ser útil para los fabricantes de productos no tejidos interesados en suministrar productos de algodón. El Índice de diagramas / figuras indica las ilustraciones que se incluyen en esta guía. El Índice de Tablas incluye todas las tablas que se incluyen en esta guía.


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