UNIVERSIDAD NACIONAL MAYORDE SAN MARCOS

FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIALESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA TEXTIL

TEMA: FIBRAS NATURALES DE CELULOSA ( ALGODÓN)

ING. NANCY BARREDA G.

ALGODON

ALGODON

• El algodón es la fibra natural y vegetal más importante.

• Existen cinco variedades botánicas, todas ellas pertenecientes al género gossypium: arboreum, barbadense, herbaceum, hirsutum y peruvianum. Las plantas miden de 1 a 6 metros de altura, según la variedad botánica.

ESTRUCTURA DE LA CELULOSA

• La unidad estructural de la celulosa es la unidad de D-glucosa, que es la misma para fibras naturales y regeneradas.

• D-glucosa es un enantiómero, presenta isomería óptica desvía el plano de luz polarizada hacía la derecha.

Enantiómeros, las moléculas que son imágenes especulares una de la otra se denominan enantiómeros.

Los enantiómeros no se diferencian por sus propiedades escalares (puntos de fusión y ebullición, índices de refracción, espectros) pero se comportan de manera diferente frente a la luz polarizada. La Dextrógira (D) desvía el plano de la luz polarizada hacía la derecha.La Levógira desvía el plano de la luz polarizada hacía la izquierda.

• El polímero de celulosa se forma por eliminación de agua de la glucosa. Las unidades estructurales están unidas por puentes de oxígeno.

• Su composición elemental de la celulosa es la fórmula (C6H10O5)n

ENLACES EN LA CELULOSA

• La Celulosa es un polímero formado por la condensación de moléculas de D-glucosa unidas entre sí por enlaces β-glucosídicos entre los átomos de carbono 1 y 4.

La configuración existe realmente en las regiones cristalinas, pero en las regiones amorfas, las unidades estructurales pueden girar alrededor de los enlaces glucosídicos.

Los anillos de las unidades estructurales de la celulosa no son planos, pues tienen forma de sillas para reducir la tensión entre los enlaces.

NATURALEZA QUÍMICA DE LA CELULOSA

• La reactividad química de la celulosa se relaciona a los tres grupos oxhidrilos (grupos OH) de la unidad de glucosa.

La celulosa consiste esencialmente de poly- 1,4 D-glucopyranosa y consecuentemente se puede referir como un alcohol polihídrico.

• Las unidades estructurales están unidas por puentes de oxígeno, los tres hidroxilos son capaces de esterificarse y eterificarse.

Eterificación, formar grupo R-O-R Los dos grupos R unidos al Oxígeno pueden ser iguales o diferentes y también pueden ser alifáticos o aromáticos.

O //Esterificación: Formar grupo R-C-OR’ Como alcohol la celulosa, puede reaccionar con ácidos carboxílicos ( ácido acético) Puede reaccionar con halogenuros de acilo (cloruro de acetilo).Puede reaccionar con colorantes reactivos.

El grupo hidroxilo primario es el mas reactivo que los secundarios, el alcohol primario CH 2 OH , es el más reactivo con respecto a las otros alcoholes secundarios.Debido a la electronegatividad de átomos de oxígeno, los grupos hidroxilos se ionizan. Esta propiedad de la celulosa es aprovechada por los Colorantes Reactivos.Los alcoholes polihídricos, son más ácidos que los simples alcoholes y realmente son comparable con el agua. Esto es mostrado por las constantes de disociación (K) : Agua K = 2.09 x 10 -14 Metanol K = 8.1 x 10 -15 Celulosa K = 1.84 x 10 -14

• La K celulosa se refiere a la ionización del grupo hidroxilo primario CH 2 OH del anillo glucopiranosa. Los otros grupos hidroxilos son menos ácidos.

• La celulosa es consecuentemente ionizada bajo condiciones alcalinas y puede actuar como reactivo nucleofílico.

• Ionización de la celulosa

Cell = Celulosa (Alcohol polihídrico)

_ + CellOH --------- CellO + H -------- Un reactivo nucleofílico, es una especie química afín con las cargas positivas, es

decir tiene zonas ricas en electrones, ya sea que tenga carga neta negativa (anión), tenga electrones sin compartir o tenga electrones accesibles.

• Ejemplo de reactivos nucleofílicos:• Con carga: _OH CN_ X_ (halógeno) NH2 _• Con electrones sin compartir : aminas, alcoholes, agua • El oxígeno es el que tiene electrones sin compartir.• Con electrones accesibles: alquenos y anillos aromáticos.

• Generalmente, los reactivos nucleofílicos atacan a los

reactivos electrofílicos para formar enlaces covalentes.

FIBRAS DE CELULOSA NATURAL

FIBRAS NATURALES Fibra Símbolo (según ISO) Vegetales De semilla y fruto Algodón CO Coco - Asclepias - Kapoc KP De tallo Lino LI Cáñamo HA Yute JU Ramio RA Retama - Caña bambú - De hoja Sisal SI Esparto - Abacá - Rafia -

PROPIEDADES DE LA FIBRA DE CELULOSAPropiedades Importancia para el consumidor

• Gran poder de absorción.

• Buen conductor del calor.• Capacidad de soportar temperaturas

elevadas.

• Baja resiliencia.

• Buen conductor de la electricidad.

• Dañadas por ácidos minerales pero poco afectadas por ácidos orgánicos.

• Adecuada para prenda de verano • Agradable uso , sensación frescura.

• Las telas pueden hervirse o tratarse en autoclave para esterilizarla.

• Las telas se arrugan fácilmente a menos que se le de un acabado para evitarlo.

• No acumula la electricidad estática.

• Las manchas deben eliminarse de inmediato de una prenda.

PROPIEDADES DE LA FIBRA DE CELULOSAPropiedades Importancia para el consumidor

• Resistente a las polillas.• Atacada por los hongos.

• Inflamabilidad

• No tiene elasticidad

• Se simplifica su almacenamiento.• Las prendas sucias no deben guardarse

mojadas.

• Las fibras de celulosa se encienden con rapidez, arden vivamente y tienen un brillo posterior anaranjado dejando una ceniza gris ligera. Las prendas muy delgadas no deben usarse cerca de una flama abierta.

• Poco alargamiento o elongación en la rotura.

VALOR MEDIO DEL GRADO DE POLIMERIZACION (DP)

FIBRA DP FIBRA DP

ALGODÓN 2800-3500 RAYON VISCOSA

250-700

RAMIO ›2700 CUPRO 400-600

LINO 2500-3200 ACETATO 220-300

RESIDUOS DE ALGODÓN

800-1500 POLIAMIDA 100-180

LYOCELL 600-800 POLIESTER 130-220

Grado de Polimerización: es el tamaño molecular promedio del polímero, en relación a su número de monómeros por molécula; es el número de veces que se repite el monómero para formar la macromolécula.

• DIAMETRO, FINURA• La finura de la fibra tiene gran importancia para determinar el funcionamiento y el tacto de una tela.• Las fibras gruesas son rígidas, ásperas, dan cuerpo y dureza.• Las fibras finas dan suavidad y facilitan los dobleces.• Las fibras naturales están sujetas a irregularidades en su crecimiento y por lo tanto no son de tamaño

uniforme.• En las fibras naturales la finura es uno de los principales factores que determinan la calidad.• La finura de las fibras naturales se mide en micras . La finura del algodón también se mide en micronaire.• La finura de las fibras sintéticas se mide en denier.

PESO TENACIDAD TENACIDAD ALARGAMIENTO ALARGAMIENTO RESUMEN RECUPERACION ELÁSTICA MODULO ELASTICO

CARACTERISTICAS

ESPECIFICO

(acondicionado) (EN HUMEDO) % EN LA ROTURA EN LA ROTURA HUMEDAD DEFORM RECUPERO (Inicial)

g / den de acondicionado (acondicionado)% (húmedo) (20ºC 65 % % g / den

% del acondicionado % H R)

ALGODÓN 1,5-1,55 2,5-6 110-130 3-7 106 8,5 2 74 42-82

5 50

LINO 1,50 4-6 110-130 3-5 120 12 1 74

2 65

CÁÑAMO 1,48 5-7,5 93-100 1,5-5 90-120 12

YUTE 1,48 3-4 - 1,7 100 13,75

RAMIO 1,48-1,5 6-7,5 100 3-7 100 12,5

2 99

LANA 1,32 1-1,7 76-95 30-50 120-140 11-16 20 67 24-34

Normal 1,5-1,52 1,5-2,4 45-60 15-30 20-40 13 1-3 65-67 46-48

VISCOSA Alta tenacidad 1,5-1,53 3-5 fino al 70 9-26 14-32 13 2 70-100 74-170

Polinosica 1,5-1,52 4-6 fino a 80 10-14 12-15 8-9 3 95

CUPROAMONIACAL 1,5-1,54 1,8-2,3 60-70 16-18 27-29 12,5 5 48 64-71

15 32

ACETATO 1,32-1,33 1,2-1,8 60-74 23-25 35-40 6,5 2 94

4 48-65 25-40

TRIACETATO 1,3-1,32 1,2-1,4 65-75 35-40(fibra) 30-40(filo) 3,5 3 88

25-28 (filo) 10 43 35-44

SEDA

1,25-1,37 2,8-5,2 75-95 13-25 25-30 11 2 92

5 52 75-117

POLIAMIDA 6.64,5-6(filo norm.) 90-95(filo norm.) 25-40(filo norm.) 30-38(filo norm.) 4,2-4,5 2 100

1,14 6-9,5 (filo a.t.) 85-90(filo a.t.) 16-28(filo a.t.) 18-32 (filo a.t.) 4,2-4,5 4 100 25-45

4-7 (fibra) 85-90(fibra) 18-40(fibra) 42-50(fibra) 4,2-4,5 8 100

POLIAMIDA 6 1,144,1-5,8(filo norm.) 85-90(filo norm.) 23-45(filo norm.) 28-45(filo norm.) 3,5-5 2 100

6,8-8,3 (filo a.t.) 85-90(filo a.t.) 16-20(filo a.t.) 18-30(filo a.t.) 3,5-5 4 100 10(filo norm.)

3,8-6 (fibra) 85-90(fibra) 35-50(fibra) 42-50(fibra) 3,5-5 8 100 25(filo a.t.)

POLIAMIDA II. 1,04 6,5 97 12-25 12-25 1,18 6 100

10 96 45

TABLA DE PROPIEDADES DE LAS FIBRAS

COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL ALGODÓN

• COMPONENTE (%) TOTAL EN FIBRA (%) PARED PRIMARIA (%)

• Celulosa ….. 88 - 96 52• Agua ….. 6 - 8 -• Sales Minerales …… 0.7 - 1.6 3• Proteínas (ácidos orgánicos ) …… 1.1 - 1.9 12

• Pectinas …... 0.7 - 1.2 12• Grasas y ceras ….. 0.4 - 1.0 7• Otros residuos • (Pigmentos, motas) …… 0.5 - 1.0 14• • Química y tecnológicamente la celulosa procedente del algodón recibe el nombre

de celulosa estándar y todas las demás celulosas se refieren o clasifican respecto a ellas.

• Los constituyentes no celulósicos, varían de acuerdo a la variedad de la fibra y las condiciones de cultivo.

ESTRUCTURA FÍSICA DEL ALGODÓN

• El algodón en rama es de color blanco amarillento. La calidad del algodón depende de la longitud de la fibra, del número de convoluciones y de su brillantez.

• Longitud:• Las fibras de algodón varían de 1/2 a 2 pulgadas de longitud (12.7mm a 50.8

mm) dependiendo de la variedad. Los algodones largos son los más finos, son los más apreciados. Entendemos que un algodón es corto cuando tiene una longitud inferior a 25.4 milímetros.

• Convoluciones:• Las convoluciones o dobleces en forma de cinta caracterizan a las fibras de

algodón. La ondulación natural permite que las fibras tengan cohesión una con otra, de manera que a pesar de su corta longitud el algodón es una de las fibras que se hila con mayor facilidad. El algodón de fibra larga tiene 300 convoluciones por pulgada, y el de fibra corta tiene menos de 200 convoluciones por pulgada.

• Diámetro:• Las fibras de algodón varían de 16 a 20 micras de diámetro.

• Finura• Su finura se expresa con el índice micronaire. Un algodón con un micronaire de 3 significa que una

pulgada (25.4 milímetros) de esta fibra de algodón tiene una masa de 3 microgramos.• 1 MICROGRAMO ES EQUIVALENTE A 0.001 MILIGRAMO.• Cuánto más alto es el micronaire, más grueso es el algodón.• El micronaire es un concepto que incluye también la madurez.• Indice micronaire inferiores a 3 corresponden a algodones muy finos.• Entre 3 y 5 micronaire, algodones de finura media y superiores a 5, algodones gruesos.• Para convertir a decitex una finura dada en micronaire:

• decitex = índice micronaire/2.54• Y su equivalente en denier será:• denier = decitex/1.11• Una fibra de algodón puede tener diferente grado de madurez.• Cuanto más maduro es el algodón, más tiñe. Si en una floca de algodón existen fibras pocos

maduras (muertas) tendremos problemas en la tintura debido a su escasa afinidad por los colorantes.

• El algodón tiene una tasa de humedad alta (8.5), por lo que absorbe mucha humedad y las prendas tardan en secar.

• El algodón es una fibra con un peso específico elevado, por lo que las prendas, en igualdad de condiciones técnicas, resultan más pesadas que otros artículos confeccionados con fibras de menor peso específico.

• Tiene baja resistencia a la abrasión. Se refuerza la resistencia al desgaste por abrasión del algodón mezclándolo en hilatura con poliéster.

• El algodón se mezcla preferentemente con poliéster y viscosa, aunque en los últimos años existen las mezclas con lino, con seda, con lana, o con fibra modal para buscar sinergias entre las fibras.

ALGODÓN

Corte transversal

Corte longitudinal

ESTRUCTURA FÍSICA DEL ALGODÓN

Cutícula

Pared primaria (Impurezas)

Lumen Pared Secundaria(brillo, longitud, color)

• Cutícula, es una película serosa.• En la pared primaria se encuentran todas las impurezas y la pared secundaria

propiedades de brillo, longitud y color.• El Colorante reactivo tiñe hasta el lumen.

VARIEDADES DE ALGODÓN

VARIEDADES DE ALGODÓN CULTIVADAS EN EL PERU

• TANGUIS, descubierta por Fermín Tangüis en 1917.• Propiedades:• Blancura excepcional• Presenta un textura rugosa• De 5 a 7 micronaire.

• PIMA, desarrollada en 1910 en Arizona EE UU. Introducida en Perú en 1918, adaptándose al clima existente en el norte del Perú (Piura).

• Propiedades:• Fibra extralarga de gran longitud hasta 44 milímetros.• Muy fino. De 3 a 4 micronaire• Su composición química tiene mayor cantidad de grasas, metales y materia

reductora.

• DEL CERRO, variedad del tipo Upland, de origen híbrido. Fue introducida en el Perú en 1957 (Lambayeque).

• De 2.8 a 4 micronaire.

• ASPERO, Variedad nativa, cultivada en zona tropical del país. Es de tipo arbustivo, permanente y rústico.

• De 6.5 micronaire.

• HAZERA, es un híbrido cultivado en Perú (Cañete).• De 3.8 micronaire.

ALGODÓN CULTIVADO EN EL PERU

TIPO LONGITUD (mm)

FINURA(micronaire)

PERIODOVEGETATIVO(meses)

COLOR ZONA

PIMA 38-44 3.75 6-7 Blanco cremoso

Piura

TANGUIS 30-34 5.41 8-9 Blanco

Norte

UPLAND 33-37 3.6-3.8 5-6 Blanco brillante

Lambayeque

ASPERO 24-27 6.5 8-9 Blanco pardo Tropical

HAZERA 35-36 3.8 5 Cañete

PROPIEDADES DEL ALGODÓN• El algodón es una fibra de resistencia media. Su resistencia a la ruptura es de

3.5 a 4 gr/de. Es más fuerte cuando está húmeda.• Tiene una elasticidad baja ya que es una fibra rígida.• Produce telas muy agradables al contacto la piel, debido a su absorción y a

que es un buen conductor de calor y buen conductor de electricidad.• El algodón no es termoplástico. Puede plancharse con seguridad a

temperaturas elevadas.• El algodón se deteriora con los ácidos minerales concentrados como el acido

clorhídrico y acido sulfúrico, se forma la hidrocelulosa, es decir la celulosa ha sufrido la hidrólisis de su anillo glucósido.

• Los ácidos orgánicos fuertes (acido fórmico) es mucho menos enérgica que los ácidos minerales.

• Los ácidos orgánicos débiles (acido acético) bajo condiciones textiles no tienen acción degradativa sobre la celulosa.

• No le afecta las soluciones diluidas de álcali (hidróxido de sodio, carbonato de sodio), ni aun en ebullición.

• Es resistente a los disolventes orgánicos.

• Acción de los agentes oxidantes: hipoclorito de sodio, peróxido de hidrógeno, perborato de sodio, permanganato de sodio, ácido crómico.

Son capaces de causar degradación en la celulosa, formar oxicelulosa o romper la cadena polimérica.

• En condiciones diluidas, no le afecta.

• Es atacado por los hongos especialmente en telas almidonadas.• Se oxida con la luz solar, lo que hace que los colores blanco y

pastel se tornen amarillentos pastel y que las fibras se degraden.• Se refuerza la resistencia al desgaste por abrasión del algodón

mezclándolo en hilatura con poliéster. El algodón se mezcla preferentemente con poliéster y viscosa, aunque en los últimos años prevalecen las mezclas con lino, con seda, con lana o con fibra modal, para buscar sinergias entre las fibras.

• El algodón se encoge al primer lavado doméstico y las prendas se arrugan.

• Tiene un peso específico elevado, por lo que las prendas en igualdad de condiciones técnicas, resultan más pesadas que otros artículos confeccionados con fibras de menor peso específico.

• Actualmente cuando se compra un algodón se acompaña un certificado del equipo HVI (High Volume Instrument) (USTER).

• Equipo digital de laboratorio que determina, a gran velocidad, las principales características de las fibras de algodón: longitud, la finura, la madurez, dispersión de longitud, color, resistencia de la fibra a la rotura por tracción, reflectancia y amarillamiento.

• Equipo AFIS (USTER) Es un sensor único y patentado, analiza productos acabados (cintas,

cintas peinadas) . Este equipo consta de un casete donde se pueden colocar 30 muestras. Dentro del casete se introduce una cinta de unos 30 cm. Cuenta los neps, el contenido fibra corta, la madurez, la basura y el polvo todos los cuales influyen en el rendimiento de la fabricación del hilo.

EQUIPO USTER AFIS

PROPIEDADES DEL ALGODON

FIBRA LONGITUD (mm)

FINURA (micronaire)

RESISTENCIA (gr /tex)

ELONGACION (%)

CortaMedianaLargaExtra larga

Menor 22 22-28 28-35 Mayor 36

Muy FinoFinoPromedioGruesaMuy gruesa

Menor 3.0 3.0 – 3.9 4.0 – 4.9 5.0 – 5.9 Mayor 6.0

Muy débilDébilPromedioResistenteMuy resistente

Menor 20 21 – 25 26 – 29 30 – 32 Mayor 32

Menor 5 5.0 – 5.8 5.9 – 6.7 6.8 – 7.6 Mayor 7.6

TRATAMIENTOS• Gaseado o chamuscado: Tratamiento puramente mecánico,

donde el tejido (tejido plano o tejido punto) pasa a través de llamas producidas por gas en combustión, con el fin de eliminar vellosidad superficial.

• Desencolado: Proceso de eliminar los almidones, colas que se agregaron a los hilos de urdimbre (tejido plano).

Descrude: Es el proceso mediante el cual se elimina todo rastro de impurezas, grasa y aceite de la superficie del material textil. Normalmente se hace en medio alcalino y a ebullición (98ºC).

Con este proceso se hinchan las fibras y se extraen las impurezas del algodón. Las proteínas se disocian, las grasas se saponifican, y las pectinas se disuelven.

Blanqueo Químico: Es el proceso oxidante (peróxido de hidrógeno) en medio alcalino, para lograr degradar los pigmentos naturales de la fibra natural, adquiriendo el tejido un aspecto mas blanco. Sólo se lleva a cabo para el caso de colores claros, vivos y brillantes.

Además se logra la total remoción de las cáscaras y semillas.

Hidrólisis, oxidación de restos de almidón. Se logra absorbencia en los tejidos.

• Colorantes: Se tiñe fácilmente con colorantes directos, tinas, reactivos, naftoles, resultando tinturas sólidas, cuando el proceso de teñido es controlado.

• Sanforizado: Es un acabado que evita el encogimiento que se producen en los artículos de algodón en los primeros lavados y que es consecuencia de la relajación de las tensiones aplicadas en la hilatura y tisaje.

• Acabados con resinas: Tiene como función comunicar al algodón propiedades de lavar y usar para evitar el arrugado durante el uso y el lavado.

• Tratamiento antibacteriano.• Tratamiento retardantes a la llama.

PROCESO MERCERIZADO

• El mercerizado es un proceso inventado por Mercer en 1844.

• El mercerizado consiste en someter al algodón (hilado, tejido punto, tejido plano) a un tratamiento con Soda Caústica concentrada,

• Y someterlo a una fuerte tensión.• Las propiedades que adquiere son las

siguientes:

• Los efectos de la mercerización son:

• Mayor resistencia de las fibras. Produce cambios físicos en las fibras. Las cadenas moleculares ya no se encuentran en forma de espiral y están más orientadas axialmente, el número de repliegues disminuye, su sección transversal redondeada, haciendo las fibras un 30 por ciento más resistentes.

• Mayor absorción debido al hinchamiento de la fibra. La estructura molecular se abre de manera que se puede absorber humedad. La mercerización se hace principalmente para mejorar la tintura del algodón.

Algodón mercerizado

• Proporciona mayor brillo, porque las fibras se hacen más redondas con menos repliegues.

• Aumenta la densidad

• Se logra un buen tacto

REACCION COLORANTE CON LA CELULOSA

USOS EN GENERAL

• Tiene aplicaciones en la Indumentaria, en la Industria y en el hogar.

• Para el hogar se utiliza en tapicería, lencería, sábanas, toallas y ropa de trabajo.

• En las épocas de calor para todo tipo de prendas y en temporada más fría sobre todo para camisería.

• MUCHAS GRACIAS!!!