Telas no tejidas: tendencias y oportunidades actuales

Jul 11, 2023

El futuro de los no tejidos promete ser interesante y potencialmente muy gratificante.

Por la Dra. Behnam Pourdeyhimi, editor técnico

Si bien las industrias textiles y no tejidas comparten una herencia común, la industria no tejida ha crecido hasta presentar una amplia gama de productos a base de fibras y polímeros diseñados que son impulsados ​​por procesos innovadores, de alta velocidad, de bajo costo y con valor agregado. La industria de los no tejidos creó un ecosistema basado en la automatización, reduciendo la dependencia de la mano de obra de bajo costo; por lo tanto, la industria no ha tenido que establecer instalaciones de fabricación en regiones del mundo con bajos costos de mano de obra. Los no tejidos normalmente se fabrican y convierten en el lugar donde se venden, minimizando así los costos de envío.

La industria ha adaptado tecnologías de las industrias de pulpa y papel y de extrusión, por ejemplo, para crear los productos deseados a un costo razonable. La conversión automatizada ha sido una parte importante de la cadena de suministro de telas no tejidas durante muchos años y, hoy en día, la industria puede producir más de 1000 pañales por minuto.

Claramente, la alta velocidad, el gran volumen y el bajo costo unitario de producción exigen una automatización total. Esto, a su vez, significa que las tiradas cortas y la flexibilidad en las ofertas se vuelven limitadas.

Los segmentos actuales de la industria de no tejidos incluyen proveedores de materias primas, productores de productos en rollo, convertidores/fabricantes de productos de uso final, una industria de maquinaria que respalda las tres categorías anteriores, proveedores de materiales auxiliares, fabricantes de equipos de bobinado, corte y embalaje, entre otros segmentos. Esta lista no ofrece un panorama tan claro como podría imaginarse, porque el panorama se ve aún más nublado por los distintos grados de integración vertical y horizontal dentro de la industria. A nivel mundial, el panorama se complica aún más por el mercado local y los matices económicos.

Sin embargo, lo que está claro es que la industria de los no tejidos sigue siendo adaptable, creativa e implacablemente oportunista. Esto significa que en los próximos años puede haber una variedad de productos que puedan reemplazar a los textiles más tradicionales; algunos pueden verlo como una oportunidad, mientras que otros pueden verlo como una amenaza.

Si bien el paso a la producción sostenible está impulsado en parte por las regulaciones y los impuestos, la industria de los no tejidos siempre ha estado a la vanguardia liderando la lucha por la sostenibilidad. En ITMA 2015, la sostenibilidad fue uno de los temas principales que dominó algunas de las sesiones educativas, debates y premios. El tema también fue evidente en los temas presentados por varios fabricantes clave. Casi en su totalidad, los expositores de no tejidos en ITMA 2015 se centraron en cierta medida en la sostenibilidad.

Palabras como sostenibilidad, reciclar, reducir y reutilizar son más que palabras de moda en el mundo de los no tejidos: son reales. A estas palabras se suma también reinventar. Dadas las macrotendencias a nivel mundial, la reinvención de productos y procesos existentes es más real que nunca.

En enero de 2018, la Comisión Europea adoptó la primera estrategia integral sobre plásticos del mundo. En mayo, la comisión publicó el informe "Los plásticos de un solo uso: nuevas medidas para reducir la basura marina", que proponía nuevas reglas para reducir los 10 desechos plásticos más encontrados en las playas de Europa, que representan el 43 por ciento de la basura marina total. Los 10 artículos son:

Las acciones recomendadas para reducir este desperdicio incluyen:

Esta prohibición de los plásticos de un solo uso ya ha afectado a la industria de los no tejidos. El artículo 10 de la lista, las toallitas húmedas no tejidas y los artículos sanitarios, fueron sometidos a EPR. Se trata de un enfoque político que extiende la responsabilidad del productor por un producto más allá del alcance actual (para la salud y seguridad de los trabajadores, la seguridad del consumidor y los costos de producción) para incluir también la gestión del producto después de que el producto haya sido utilizado por los consumidores. Las políticas de REP generalmente trasladan parcial o totalmente el costo de la gestión de residuos o la recolección física de los gobiernos locales a los productores. Las políticas también pueden incluir incentivos para que los productores tengan en cuenta consideraciones ambientales al diseñar sus productos.

La EPR fue pionera en Europa hace más de 20 años. Desde entonces, la gran mayoría de los Estados miembros de la Unión Europea han introducido el EPR para los envases.

La EPR no es una opción para productos como toallitas húmedas y productos sanitarios. Estos productos se elaboran utilizando una mezcla de celulosa y una fibra sintética como poliéster (PET) o polipropileno (PP), y se producen principalmente mediante métodos de cardado e hidroentrelazado.

Cumplir con la normativa de la Unión Europea requiere una solución diferente para toallitas húmedas y artículos sanitarios. La industria de los no tejidos ofrece alternativas para producir toallitas y otros productos sostenibles. Por ejemplo, la empresa austriaca Andritz AG ofreció una innovación importante. El proceso Wetlace™ de alto rendimiento para toallitas desechables, dispersables y biodegradables se presentó en 2015. De manera similar, Trützschler Nonwovens GmbH, con sede en Alemania, en colaboración con The Voith Group, Alemania, ofrece soluciones que pueden reemplazar la fibra polimérica de origen fósil existente. productos con celulosa y otros polímeros de base biológica como el ácido poliláctico (PLA) para superar la prohibición de la UE.

Estos procesos pueden producir toallitas combinando tecnologías de colocación húmeda e hidroentrelazamiento probadas para producir telas no tejidas y toallitas no tejidas a partir de materias primas 100 por ciento naturales y/o renovables sin aglutinantes químicos. Los procesos también amplían la gama de ofertas potenciales, permitiendo que el carbono y el vidrio también se procesen en la misma maquinaria.

El modelado permite a los productores diferenciar claramente sus productos con un número casi ilimitado de patrones posibles. En la Figura 1 se muestra un ejemplo de una toallita desechable 100 por ciento a base de celulosa con una obra de arte única.

Estos procesos de colocación en húmedo/hidroentrelazado son económicamente viables porque tienen un rendimiento mucho mayor que los sistemas actuales de cardado/hidroentrelazado que están reemplazando. Si bien los costos de capital pueden ser mayores, el costo total del sistema es menor debido al mayor rendimiento y esto no debería traducirse en ningún aumento en el costo para el consumidor. De hecho, puede resultar en un costo unitario total más bajo si los volúmenes son lo suficientemente grandes (y para los mercados de interés, de hecho lo son).

Otra área importante de atención es la reutilización. Existe una importante actividad industrial en torno al desperdicio cero y al reciclaje. Este es un verdadero desafío para industrias como la industria de los no tejidos, donde un gran volumen de producción también significa un gran volumen de recortes de bordes y otros desechos. La reutilización será un área importante de atención para muchas empresas. Las actividades se centrarán en la búsqueda de nuevas aplicaciones para dichos residuos o la reutilización completa del mismo producto. El desafío será el reciclaje/reutilización de materiales mixtos y también de fibras bicomponentes. Se necesitarán nuevos enfoques, nuevos compatibilizadores y nuevas químicas para reciclar materiales mezclados.

También se prestará mucha más atención al uso de biopolímeros como PLA, polihidroxialcanoato (PHA), polihidroxibutirato (PHB) y sus mezclas y, cuando sea posible, fibras de celulosa. Es probable que una generación de nuevos productos reemplace la tecnología de punta existente. Una clave es que estos nuevos materiales también tienen que ser económicamente sostenibles: hoy en día, la industria tiene muchas soluciones sostenibles que aún no lo son económicamente y que seguirán siendo un desafío a menos que las regulaciones y los impuestos superen los costos de los materiales. En los mercados más especializados, estos nuevos productos bioamigables aparecerán primero, como se vio con los filtros de café/té a base de PLA y las monodosis de café de un solo uso.

Hay varios factores que conducirán al uso de no tejidos en productos textiles tradicionales. Estos son:

El significado de la palabra duradero, una palabra popular en la actualidad, no siempre está claro. Los no tejidos pueden ser duraderos o tener un ciclo de vida corto. La mayoría de los no tejidos están diseñados para ser productos de un solo uso y funcionan adecuadamente para las aplicaciones para las que están diseñados. Productos como los no tejidos para automóviles y los no tejidos geosintéticos están destinados a durar mucho tiempo y, a menudo, se los denomina duraderos. La industria de los no tejidos prefiere referirse a estos productos de mayor duración como no tejidos de larga duración, en lugar de productos duraderos.

La industria también cuenta con no tejidos de usos múltiples. Por ejemplo, muchas toallitas comerciales que se utilizan hoy en día en Europa son de usos múltiples, es decir, pueden usarse para limpiar una superficie, luego lavarse, enjuagarse y limpiarse para reutilizarse muchas veces.

Desde la perspectiva de la ropa funcional, los materiales deben resistir múltiples lavados sin pérdida de funcionalidad o apariencia. Aquí hay una distinción: los no tejidos de larga duración no son necesariamente lavables, aunque pueden funcionar durante mucho tiempo. Los no tejidos duraderos y lavables son una clase completamente diferente, y no hay muchos productos de este tipo en el mercado… todavía. Tenga cuidado con los productos no tejidos funcionales en aplicaciones de ropa técnica porque surgirán mucho antes de lo que muchos imaginan. La tecnología elegida dependerá de los activos existentes, las aplicaciones y las funciones requeridas, entre otros factores. Sin embargo, las estructuras hidroentrelazadas spunbond serán óptimas para tales aplicaciones debido a su resistencia, durabilidad y flexibilidad en la elección de materiales. Polymer to fabric permite el uso de polímeros que no se usan comúnmente, y esto puede conducir a atributos de rendimiento que diferenciarían estas estructuras del paquete.

Históricamente, ha habido dos esfuerzos importantes para formar tejidos duraderos. PGI Nonwovens, que ahora forma parte de Berry Global Inc., con sede en Evansville, Indiana, presentó no hace mucho la línea de telas Miratec®. Estos productos a base de fibras cortadas fueron cardados e hidroentrelazados con enlaces químicos adicionales. El hidroentrelazado se realizó utilizando la tecnología Apex® exclusiva de PGI que podía crear texturas y estructuras equivalentes a cualquier textil. Miratec presentaba mezclas de fibras y podía funcionar igual o mejor que sus homólogos tejidos. La mayoría de estas telas contenían aglutinantes adicionales para garantizar que las telas no se desenredaran durante el lavado. En consecuencia, estos tejidos no tenían el tacto ni la caída necesarios para la mayoría de los usos y, en consecuencia, su uso seguía siendo limitado.

El otro esfuerzo en materia de no tejidos duraderos fue realizado por el Grupo Freudenberg, con sede en Alemania, que utilizó la tecnología spunbond de dos componentes junto con hidroentrelazado.1 La tecnología de extrusión de dos componentes Spunbond implica hilar filamentos continuos compuestos de dos polímeros que se depositan en una banda formadora y se unen mecánica, térmica o químicamente. El proceso de hilado de fibras finas a menudo solo es capaz de producir fibras de más de 10 a 15 micrones. La clave de esta tecnología será formar una estructura compuesta de fibras más pequeñas de lo habitual y eso sólo significa que se necesitarán tipos de fibras exóticas para estas aplicaciones. Una de las patentes clave en esta área es propiedad de Freudenberg (Robert Groten, et al), que detalla el proceso para dividir fibras de pastel segmentadas en un proceso continuo mediante hidroentrelazado, un proceso que utiliza cortinas de chorro de agua a alta presión para mover mecánicamente. envuelven y enredan las fibras.2 Durante el proceso, los chorros de agua dividen los segmentos bicomponentes dando como resultado dos fibras diferentes en forma de cuña (consulte la Figura 2). El término divisible se refiere a fibras de dos componentes que tienen una única interfaz común y donde los dos componentes están expuestos al aire en la superficie de las fibras. Los ejemplos clásicos de fibras divisibles incluyen pastel segmentado (ver Figura 3), cinta segmentada y lado a lado. La división mecánica requiere que los componentes de la fibra tengan poca afinidad entre sí; por lo tanto, la selección de polímeros y las proporciones de polímeros desempeñan un papel clave en la capacidad de dividirse y la calidad de la fibra dividida.3

La tela de Freudenberg se comercializó como Evolon®, originalmente un pastel de 16 segmentos, y es la primera tela de microdenier duradera, reutilizable y spunbond disponible comercialmente. La última versión de Evolon, un pastel de 32 segmentos, es una estructura asombrosa que proporciona una superficie suave y uniforme, ideal para aplicaciones de impresión.

El tamaño de la fibra después de la división depende del diámetro de la fibra original, el número de segmentos y los parámetros de hilatura. Existen algunas limitaciones para la estructura circular segmentada. Sin embargo, las fibras en forma de cuña formadas durante la división tienden a compactarse densamente y, a menudo, esto puede conducir a una baja resistencia al desgarro. Una estructura híbrida compuesta por dos o más fibras de dos componentes puede dar lugar a una mayor permeabilidad y una mayor resistencia al desgarro. Una de esas estructuras es el material no tejido duradero Madeline, producido por Mogul Co. Ltd., con sede en Turquía.

Las microfibras spunbond también se forman eliminando uno de los componentes de una estructura de dos componentes utilizando disolventes cáusticos y otros. La sección transversal más común utilizada es la de islas en el mar, donde se elimina el mar dejando atrás las islas. A medida que aumenta el número de islas, disminuye el tamaño de las fibras resultantes. Debido a que este método requiere la eliminación de un componente, a menudo existen preocupaciones ambientales junto con costos adicionales debido al proceso de eliminación y al desperdicio del polímero marino. Además, el desafío con estas estructuras es que las islas tienden a permanecer agrupadas.

Los no tejidos de microfibra se utilizan en productos de gamuza y cuero, toallitas duraderas y componentes automotrices como revestimientos de techos, pero han logrado pocos avances en aplicaciones de prendas técnicas duraderas y lavables. Esto se debe en parte a que las telas de microdenier hasta ahora han carecido de caída y elasticidad adecuadas, y son difíciles de teñir: no pueden producir tonos profundos.

Ha habido una serie de intentos de superar las deficiencias de los no tejidos duraderos de fibra cortada y microdenier existentes, que han dado lugar a una serie de nuevos desarrollos. A continuación se muestra un vistazo al futuro y a lo que algunas nuevas tecnologías pueden ofrecer en una estructura no tejida duradera.

Estructuras con transporte de súper humedad . Productos como Coolmax®, 4DG y otras estructuras utilizan la forma de la fibra como medio para crear capilaridad para un rápido transporte de la humedad.

Coolmax® es esencialmente una fibra plana con un acabado superficial superior para permitir el transporte de humedad. Debido a su forma, también se empaqueta de manera diferente en comparación con las fibras redondas, lo que genera más capilaridad.

La fibra 4DG (Deep Grooved), desarrollada originalmente por Eastman Chemical Co., Kingsport, Tennessee, y Procter & Gamble Company (P&G), con sede en Cincinnati, se forma controlando la forma de las hileras y, en consecuencia, las fibras normalmente son más grandes de lo que son. Se usa comúnmente en prendas de vestir y no es ideal para aplicaciones de prendas técnicas a menos que se use en una estructura mezclada.

Una estructura nueva y emergente se conoce como fibra alada o fibra de nanocanal (consulte la Figura 4).4 Si bien se creó originalmente para su uso en un tejido no tejido spunbond, los filamentos o incluso las fibras cortadas se pueden utilizar fácilmente en aplicaciones críticas donde Se utilizan Coolmax y otras estructuras similares. Aquí, los filamentos se forman como una fibra de dos componentes donde el componente alado está envuelto por una funda de sacrificio muy parecida a las islas en el mar. La forma se controla mediante el diseño del paquete de hilatura y no a través de la hilera.

En consecuencia, son posibles fibras de tan solo 1 denier o menos y con una densidad de menos de 0,7 gramos por centímetro cúbico, estas fibras pueden ser livianas, ofrecer calidez y control de la humedad como ninguna otra fibra. Con esta tecnología, las fibras se transforman en el producto final y en un paso final se retira la funda de sacrificio para liberar las fibras aladas. Las fibras no se interdigitan, sino que permanecen separadas, lo que da como resultado una mayor permeabilidad y capilaridad. Las fibras pueden alcanzar una superficie específica de 20 metros cuadrados por gramo (m2/g), frente a los 0,2 m2/g de una fibra redonda del mismo tamaño.

La estructura no tejida fabricada con fibras aladas es duradera, drapeable y será un componente interesante en ropa deportiva (consulte la Figura 5). Ya sea como tejido de punto, tejido o no tejido, la gran superficie se traducirá en una absorción mucho más rápida y, por lo tanto, para aplicaciones cercanas a la piel que requieren control de la humedad, esta estructura puede ofrecer un rendimiento inigualable.

Tenga en cuenta que las estructuras hechas con fibras como la fibra alada también se pueden usar para formar toallitas, filtros y productos de gamuza y cuero duraderos.

Estructuras de micro y nanofibras de alta resistencia . Los no tejidos no son necesariamente conocidos por su resistencia porque tienden a asociarse con productos desechables. Sin embargo, los no tejidos de alto rendimiento se utilizan para estabilizar estructuras como carreteras y terraplenes, aunque a menudo son pesados ​​y no necesariamente drapeables.

Recientemente se descubrió que mediante acciones mecánicas (cizallamiento e hidroenredado) las fibras de las islas en el mar pueden fibrilarse (ver Figura 6).5-6 Si el componente del mar se fractura y fibrila, el mar permanece en la estructura no solo haciendo que el proceso sea más económico y respetuoso con el medio ambiente, pero los elementos marinos fracturados/fibrilados envuelven las fibras y pueden actuar como aglutinante cuando se derriten.7

Esto permite la formación de estructuras compuestas de fibras submicrónicas que son superiores en términos de resistencia al desgarro, a la tracción y a la abrasión, y ofrecen propiedades que no se pueden lograr fácilmente.8 Como sustrato recubierto, se pueden formar refugios, tiendas de campaña y toldos. 9 La Figura 7 muestra una tienda de campaña de tamaño completo entregada recientemente a la Base de la Fuerza Aérea Tyndel.

La impresión textil de alta velocidad cambiará las reglas del juego para la industria textil tradicional y también para la industria de los no tejidos. La reducción de SKU y la capacidad de realizar personalización masiva e impresión bajo demanda cambiarán la industria textil tal como la conocemos. Los no tejidos duraderos probablemente también encontrarán un lugar en las áreas más tradicionales de los textiles, donde los no tejidos duraderos impresos reemplazarán a muchos de los textiles tal como los conocemos. La nueva generación de Evolon, el tejido Madeline y las nuevas estructuras de tejido emergentes que utilizan la fibra alada o islas fibriladas en el mar demostradas por The Nonwovens Institute, Raleigh, Carolina del Norte, cambiarán las reglas del juego en este sentido.

Las macrotendencias en sostenibilidad impulsarán importantes innovaciones en productos y procesos en telas no tejidas. Además, pueden surgir nuevos desarrollos en telas no tejidas duraderas como la próxima generación de textiles técnicos para muchas aplicaciones críticas. Estas estructuras también son fuertes y poseen una superficie significativamente mayor que las telas existentes, lo que permitirá funcionalidades que no están disponibles en la actualidad.

Tenga en cuenta que algunos de los avances también pueden afectar a los tejidos y tejidos de punto porque las tecnologías de fibras desarrolladas para los nuevos no tejidos se pueden hilar fácilmente en filamentos y fibras cortadas que se pueden utilizar para fabricar tejidos y tejidos de punto, formando la base para la próxima generación de ropa técnica. telas.

Los no tejidos emergentes, sin embargo, no serán los no tejidos de su padre y serán diferentes de los no tejidos que se utilizan hoy en día. El futuro de los no tejidos promete ser interesante y potencialmente muy gratificante. La feria IDEA de marzo destacará algunas de estas nuevas innovaciones.

Referencias:

1 Groten, R., Grissett, G. “Advances made in Micro-Denier Durable Nonwovens”, presentado en TechTextil, 29 de marzo de 2006, Atlanta, Georgia, EE. UU.

2 Nakajima, T, Advanced Fiber Science, Woodhead Publishing Limited, 1992, págs. 108-109.

3 Durany A, Anantharamaiah N, Pourdeyhimi B, “Tejidos no tejidos de micro y nanofibras producidos mediante fibras fibriladoras/fracturantes de islas en el mar” (2009) J Mater Sci 44(21):5926

4 Fibras de alta superficie y textiles fabricados a partir de la misma, patente estadounidense 8.129.019

5 Nagendra, A., Verenich, S., Pourdeyhimi, B., Telas no tejidas duraderas mediante la fractura de filamentos de islas en el mar de dos componentes. JEFF, Volumen 3, Número 3, 2008

6 Fedorova, N; “Investigación de la utilidad de la tecnología de fibra bicomponente de islas en el mar en el proceso spunbond”, (2007) Disertación, Ciencia de fibras y polímeros, Universidad Estatal de Carolina del Norte

7 Tejidos de micro y nanofibras de islas fibriladoras en el mar, patentes estadounidenses 7.981.226 y 8.420.556

8 Tejidos duraderos y de alta resistencia producidos mediante la fibrilación de fibras multilobales, patente de EE. UU. 7.883.772

9 Fedorova, N; Pourdeyhimi, B. Telas no tejidas a base de microfibras y nanofibras de nailon de alta resistencia mediante hilado, Journal of Applied Polymer Science, 2007, vol. 104, 3434

enero/febrero 2019