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-Procédé da préparation d'un gel hydrophile de cellulose*
On connaît déjà des composés préparés à partir de cellulose, qui donnent des dispersions plus ou moins poussées, pour la plupart en milieu liquide organique.
En recherchant la possibilité d'obtenir des composés analogues agissant en milieu aqueux, Inattention de la demanderesse s'est portée en particulier sur le groupe des alcali-cellulose*
Il est connu que, par trempage de la cellulose dans des lessives alcalines de concentration élevée, on obtient des produits de combinaison qui, par lavage, restituent le produit de départ caractérise par la structure fibreuse (cellulose mercerisée). n a maintenant été constaté que, dans certaines conditions de traitement, il est possible de réaliser une modification plus profonde de la structure des fibres de cellulose, en ce sans que celle-ci subit une dépolymérisation et que le produit ainsi obtenu, mis en présence d'eau, ne restitue plus la fibre initiale, mais forme un gel.
Les procédés comus de mûrissement de la cellulose aboutissent à la formation de composés à partir desquels il est toujours possible de régénérer la structure fibreuse de la cellulose.
Par le procédé suivant l'invention, on réalise une dépolymérisation de la cellulose, donc la formation de chaînes beaucoup plus courtes, et cette dislocation de la structure moléculaire est poussée à un point tel que la régénération da la fibre ne soit plus possible.
L'idée fondamentale du procédé selon l'invention consiste à
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réaliser la fixation d'une proportion déterminée d'alcali sur la cellulose, en laissant à ce composé une teneur en humidité également déterminée, et à réaliser un processus de dépolymérisation de la cellulose de manière à obtenir finalement un produit gélifiable même en milieu aqueux. Cette dépolymérisation peut être réalisée en présence de catalyseurs appropriés, par l'action de la pression et/ou da la température. Dans certaines conditions, on pourra réa- liser le procédé sans faire usage de catalyseurs.
Suivant l'invention, la mise en oeuvre du procédé peut être opérée came suit.
La cellulose, de quelque nature qu'elle soit, est trempée dans une solution alcaline (on pourra utiliser la soude, la potasse ou les carbonates alcalins) à une concentration comprise, de préfé- rence, entre 18 et 40%, cette solution étant maintenue à une tem- pérature relativement basse pour réaliser la fixation du maxim@n d'alcali sur la cellulose, la quantité d'alcali fixé étant inver- sement proportionnelle à la température de trempage.
Le rapport entre le volume de bain utilisé et le poids de la cellulose traitée, ne doit pas être inférieur è5/1 environ et peut, suivant la nature des alcalis utilisés et de la matière traitée, varier entre les limites de 5/1 et 12/1. la durée de trempage pourra varier de 2 à 12 heures, tous ces chiffres n'étant pas limitatifs.
On procède ensuite à l'élimination, notamment par pressage, de l'excès de lessive alcaline, de telle manière que la substance pressée possède encore une teneur en humidité pouvant varier entre 35 et 45% environ.
Ce produit est soumis à une dépolymérisation, avantageusement en présence de catalyseurs appropriés, sous l'effet da la pression et/ou de la température, notamment par un traitement en autoclave.
Les pressions utilisées pourront varier entre 5 et 10 Kg. et les températures entre 40 et 70 C. La durée du traitement sera géné- ralement comprise entre 2 et 24 h.
Cette opération pourra se faire en atmosphère d'air comprimé ou d'oxygène ou d'un mélange d'air et oxygène en proportions va- riables. On pourra employer, coma catalyseurs, des oxydes de métaux du groupe Fe-Al. Sous certaines modifications on pourra aussi opé- rer sans catalyseurs.
A simple titre démonstratif, quelques exemples d'exécution du procédé suivant l'invention se trouvent décrits ci-après.
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Excemple 1 - 100 Kg. de cellulose sont séchés, plongés dans 650 1. d'une lessive de potasse caustique à 40% en poids, dans laquelle on la laisse pendant 2 heures, en Maintenant la température à 50 C.
On égoutte et on sounét la masse à la presse hydraulique, à une pression telle que le produit sortant renferme 40% d'humidité. Les gateaux sont désagrèges et ensuite soumis, en autoclave, à la température de 50 C. sous une pression d'air comprimé de 5 atmosph. en présence d'un catalyseur constitua par un oxyde métallique, tel que décrit plus haut,utilisé dans la proportion de 1% par rapport à la matière sèche. exemple 2. - 100 kg. de cellulose sont sèches et trempés dans 1000 1. de lessive de soude à 30% en poids. On poursuit le trempage pendant 24 heures, et on refroidit le bain de façon à ce que la température se maintienne à 5 C.
Ensuite, on égoutta et on soumet la masse à la presse hydraulique, à une pression telle que le produit pressé renferme encore 45% d'humidité. Les gâteaux sont désagrégés et le produit est soumis, en autoclave, à une température de 5000. sous pression d'air comprimé de 6 atm. maintenue pendant 8 heures. Le produit sortant de 1,$autoclave est directement gélifiable dans l'eau.
Exemple 3. - 285 Kg. de cellulose humide, contenant 65% d'humidité, sont trompés dans une solution de 300 Fg, de soude caustique dans 815 1. d'eau, pendant 24 heures et on maintient la température à 5 C. Ensuite on égoutte et presse de telle manière que le produit fini renferme encore 40% d'humidité. Les gâteaux sont désagrégés et ensuite placés dans des réservoirs métalliques fermés que l'on maintient à une température constante de 22,5 pendant une quinzaine de jours.
Exemple 4. - 100 Kg. de cellulose sèche sont broyés finement et sont mélangés, pendant 6 heures, avec une solution de 100 Kg. de soude dans 235 1. d'eau. Le produit obtenu est placé directement en autoclavé et soumis à une pression de 8 Kg. d'un mélange d'air et d'oxygène dans la proportion de 10% d'oxygène, sous une températire de 60 C., perxiant une durée de 16 heures.
Ainsi qu'il a été dit plus haut, le gel cellulosique obtenu par le procédé présente l'avantage d'être un gel colloïdal qui se distingua surtout par sa propriété de ne plus pouvoir régénérer la structure fibreuse de la cellulose. Cette propriété est précieu- se car elle permet de conserver à ce gel toutes ses qualités physiques dans des coalitions fortdifférentes de milieu, de pH et de réaction. En plus, il est inodore, insipide, et en présence
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d'eau, donne des dispersions assez poussées,
Il peut se présenter sous différents aspects physiques, notam- ment ceux de pâtes molles, fluides ou liquides, simplement en fonction de sa teneur en eau. Son pH normalement neutre peut être réglé dans d'assez larges limites.
Ses applications peuvent être multiples, notamnent dans la préparation des savons, pâtes dentifrices, crames, onguents, en- caustiques, cirages et des gels utilisés dans l'industrie. Sa fabrication est très économique.
Déshydraté, le gel cellulosique se présente sous la forma d'une masse compacte, de structure cornée, translucide, dont les applications peuvent être multiples.
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-Process of preparation of a hydrophilic cellulose gel *
Compounds prepared from cellulose are already known, which give more or less extensive dispersions, for the most part in an organic liquid medium.
In seeking the possibility of obtaining analogous compounds acting in an aqueous medium, the applicant's attention has focused in particular on the group of alkali-cellulose *
It is known that, by soaking cellulose in alkaline detergents of high concentration, combination products are obtained which, by washing, restore the starting product characterized by the fibrous structure (mercerized cellulose). has now been observed that, under certain processing conditions, it is possible to achieve a more profound modification of the structure of the cellulose fibers, in that without the latter undergoing depolymerization and the product thus obtained, placed in the presence of water, no longer restores the initial fiber, but forms a gel.
Common cellulose ripening processes result in the formation of compounds from which it is still possible to regenerate the fibrous structure of cellulose.
By the process according to the invention, a depolymerization of the cellulose is carried out, hence the formation of much shorter chains, and this dislocation of the molecular structure is pushed to such a point that regeneration of the fiber is no longer possible.
The fundamental idea of the method according to the invention consists of
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to carry out the fixing of a determined proportion of alkali on the cellulose, leaving this compound with an equally determined moisture content, and to carry out a process of depolymerization of the cellulose so as to finally obtain a product which can be gelled even in aqueous medium. This depolymerization can be carried out in the presence of suitable catalysts, by the action of pressure and / or temperature. Under certain conditions, the process can be carried out without the use of catalysts.
According to the invention, the implementation of the method can be carried out cam follows.
Cellulose, of whatever nature, is soaked in an alkaline solution (soda, potash or alkaline carbonates can be used) at a concentration preferably between 18 and 40%, this solution being maintained at a relatively low temperature to achieve the fixation of the maximum alkali on the cellulose, the amount of fixed alkali being inversely proportional to the soaking temperature.
The ratio between the volume of bath used and the weight of the treated cellulose must not be less than approximately 5/1 and may, depending on the nature of the alkalis used and the material treated, vary between the limits of 5/1 and 12 / 1. the soaking time may vary from 2 to 12 hours, all these figures not being limiting.
The excess alkaline lye is then removed, in particular by pressing, so that the pressed substance still has a moisture content which may vary between approximately 35 and 45%.
This product is subjected to depolymerization, advantageously in the presence of suitable catalysts, under the effect of pressure and / or temperature, in particular by treatment in an autoclave.
The pressures used may vary between 5 and 10 kg. And the temperatures between 40 and 70 C. The duration of the treatment will generally be between 2 and 24 hours.
This operation can be carried out in an atmosphere of compressed air or oxygen or a mixture of air and oxygen in varying proportions. Oxides of metals from the Fe-Al group can be used as catalysts. Under certain modifications, it is also possible to operate without catalysts.
For demonstration purposes only, a few examples of execution of the process according to the invention are described below.
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Example 1 - 100 kg. Of cellulose are dried, immersed in 650 l of a 40% caustic potassium hydroxide solution by weight, in which it is left for 2 hours, maintaining the temperature at 50 C.
The mass is drained and sounét in a hydraulic press, at a pressure such that the exiting product contains 40% moisture. The cakes are broken up and then subjected, in an autoclave, to a temperature of 50 C. under a compressed air pressure of 5 atmospheres. in the presence of a catalyst consisting of a metal oxide, as described above, used in the proportion of 1% relative to the dry matter. example 2. - 100 kg. cellulose are dry and soaked in 1000 l of 30% by weight sodium hydroxide solution. The soaking is continued for 24 hours, and the bath is cooled so that the temperature remains at 5 ° C.
Then, it was drained and the mass is subjected to the hydraulic press, at a pressure such that the pressed product still contains 45% moisture. The cakes are broken up and the product is subjected, in an autoclave, to a temperature of 5000. under compressed air pressure of 6 atm. maintained for 8 hours. The product leaving the autoclave is directly gellable in water.
Example 3 - 285 kg. Of wet cellulose, containing 65% humidity, are pumped into a solution of 300 Fg, of caustic soda in 815 l of water, for 24 hours and the temperature is maintained at 5 C. Then it is drained and pressed in such a way that the finished product still contains 40% moisture. The cakes are broken up and then placed in closed metal tanks which are maintained at a constant temperature of 22.5 for a fortnight.
Example 4 - 100 kg. Of dry cellulose are finely ground and are mixed, for 6 hours, with a solution of 100 kg. Of sodium hydroxide in 235 l of water. The product obtained is placed directly in autoclaving and subjected to a pressure of 8 kg. Of a mixture of air and oxygen in the proportion of 10% oxygen, at a temperature of 60 C., allowing a duration of 16 hours.
As stated above, the cellulose gel obtained by the process has the advantage of being a colloidal gel which is distinguished above all by its property of no longer being able to regenerate the fibrous structure of the cellulose. This property is valuable because it allows this gel to retain all of its physical qualities in coalitions with very different medium, pH and reaction. In addition, it is odorless, tasteless, and in the presence
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of water, gives fairly extensive dispersions,
It can appear under different physical aspects, in particular those of soft, fluid or liquid pastes, simply according to its water content. Its normally neutral pH can be set within fairly wide limits.
Its applications can be multiple, in particular in the preparation of soaps, toothpastes, crames, ointments, coatings, polishes and gels used in industry. Its manufacture is very economical.
Dehydrated, the cellulose gel is in the form of a compact mass, with a horny, translucent structure, the applications of which can be multiple.