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Pour la fabrication de dérivés de la cellulose, tels par exemple de nitrate de cellulose, d'acétate de cellulose, etc... on se sert uniquement de deux matières premières, c'est-à-dire de cotons inférieurs et de cellulose.
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Pour obtenir une epterification régulière, la condition indis- pensable est que la matière fibreuse soit complètement ramollie, de !:la- nière que les fibres sources Raient libres.
Cette exigence, ne pouvait jusqu'à présent être obtenue d'une manière parfaite. Les cotons inférieurs se présentent assurément après le procédéde préparation, habituel, sous l'aspect d'une matière fi- breuse fortement ramollie, nais cependant élis contient encore des quantités plus ou moins grandes de petits noeuds agglomérée ou. durs qu'on désigne dans le langage professionnel sous la dénomination "Nop- pen" ceux-ci n'étant traversés que difficilement ou insuffisamment par le liquide d'esterification.
On ne connaît pas, jusqu'à présent, de procédé pour réaliser pratiquement un ramollissement parfait ou pour supprimer les noeuds
Les difficultés d'esterification occasionnées par le ramol- lissement imparfait des fibres, encore beaucoup plus accentuées pour les matières cellulosiques qui sont livrées on vue de transforma- tions chimiques et particulièrement de procédés d'esterification sous forme de papier ou de pâte, que pour les'cotons inférieurs* Dans ces produits, les fibres séparées ne se présentent pas isolément, mais elles.
sont embrouillées ou collées entre elles, de sorte qu'il est né- cessaire de transformer la cellulose sous une forme telle que le liqui- de d'esterification puisse pénétrer dans chaque fibre séparée, afin d'obtenir un produit d'esterification homogène.
Dans ce but, on a transformé la cellulose en papier-crêpe mince et de cette manière on a généralement obtenu de bons résultats.
Toutefois, la transformation de cellulose en papier-crêpe est coûteuse et rend ce procédé actuellement anti-économique.
C'est pourquoi on a cherché à utiliser comme matière première en vue de l'esterification de la cellulose, les pâtes de cellulose sensiblement moins chères.
Pour vaincre les difficultés suscitées par cet emploi on a essayé plusieurs moyens. Ainsi on a, par exemple, essayé de nitrifier
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directement les pâtes et ceci aussi bien sa.ns désintégration préala- ble, notamment suivant le brevet français n 590.992, les brevets amé- ricains n 1.948,944 et 1.971.237, lebrevet allemand n 509.348, qu' après découpage préalable on gros morceaux, par exemple suivant les brevets américains n 1.914.302, 1.971.237, 1.913.416, espérant ainsi obtenir un produit homogène en s'écartant sensiblement des compositions éprouvées de méalagnges acides normaux et par des conditions d'estérifi- cation anormales.
Selon un autre procédé décrit au brevet allemand n 594.2C9 des 1.c,1., les pâtes de cellulose sèches sont découpées en petites feuilles carrées d'environ 1,5mm. decôté. Dans ce procédé, il est aussi nécessaire, par exemple dans la fabrication de nitro-cellulose, d'employer des mélanges d'acides à composition anormale, en ce cas avec haute teneur d'acide nitrique.
Ce procédé donne assurément dans le cas de la, nitro-cellulose des produits facilement solubles, mais il présente le grand inconvé- . nient qu'il faut des installations de préparation extrêmement coûteu- ses pour le travail dos acides récupérés.
Un autre procédé connu est décrit dans le brevet américain n 2.028.030 (Herkules Polder G - cession?. Stem). Ce procédé repose sur l'emploi d'une machine spécialement construite qui travaille de manière telle que des copeaux sont rabotés sur la pâte, lesdits copeaux ayant une épaisseur tellement faible que pour la fabrication de nitro- cellulose, par exemple, ils sont bien transpercés par les acides ni- freux. La machine est cependant extraordinairement chère à. l'achat et exige de grands frais d'entretien pour rester utilisable.
On a fait en outre de grands efforts pour construire des machine dans lesquelles la pâte de cellulose bon marché est transf or- mée par voie mécanique, en une matièrefibreuse si molle que cette dernière peut être estérifiée directement. On a proposé à cet effet des machines de désintégration de constructions les plus diverses. L'un des procédés les plus connus est décrit au brevet allemand n 663.982
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de la D.C.F. Eilenburg, selon lequel la pâte est traitée par un broyeur à battoir pour désintégration progressive. On a propose dans le même but des broyeurs à disques dentés (brevet allemand n 839.242 C1.29a).
Les expériences ont démontré que tous les procédés qui reposent sur le travail de pâte de cellulose sèche présentent l'inconvénient qu'ilsne sont pas universellement applicables à tous les types de pâte de cellu- lose et pour les pâtes de cellulose à structure particulièrement serrée, telles par exemple les pâtes de cellulose de livres, ils échouent pour autant que la matière fibreuse produite ne se présente pas de façon lio- nogène et contient à côté de fibres indépendantes,des petites particu- les dures, ou noeuds.
Le procédé selon la présente invention est indépendant de l'utilisation de pâte sèche et indique une nouvelle voie qui mène, non seulement à une matière fibreuse en cellulose parfaitement ramollie, mais aussi à une matière provenant de cotons inférieurs, pratiquement dépourvue de noeuds.
Selon l'invention, los matières de départ sent constituées par des suspensions aqueuses de matières fibreuses cellulosiques et notamment pour la cellulose par des suspensions dans le genre de celles obtenues dans les fabriques de cellulose au dernier stade de la prépa- ration à partir de celluloses blanchies avant leur emploi sur la machine à papier ou à pâte et en cas de suspensions de cotons, celles qui dans les installations de préparation de coton correspondent aux suspensions obtenues corme produit finale ?. partir de fibres de coton nettoyéeset éventuellement blanchies avant la déshydratation et le séchage.
Les suspensions sort d'abord a-enées vers un dispositif dans lequel s'opère un ramolli?seront et un défibrage complets de toutes les particules dures ou agglomérées contenues dans les suspensions.
Ces particulas, dans le cas de suspensions de cotons sont ces particules agglonérées désignées ci haut sous la dénomination de "Noppen". Les suspensions de cellulose qui ont été obtenues par batta- ge de pâtes contiennent fréquentent des particules durcies qui contre-
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carrent énergiquement le défibrage et la séparation en fibres séparées.
Toutes ces particules sont désintégrées dans l'appareil à défibrer, ce qui -permet d'obtenir une suspension complètement homogène suspendues dans laquelle les fibres sont pratiquement/ séparées, dans l'eau.
Parmi les appareils qui sont utilisés dans ce buts les dispo- sitifs qui conviennent le moux sont ceux qui n'utilisent que peu ou pas d'effets de broyage, maisqui se servent d'ondes de pression hydro- dynamiques, de forces de cavitation, d'ultra sons ou similaires.
Un tel appareil est représenté par exemple par le dispositif utilise dans l'industrie de la cellulose sous la dénomipatino "Supra- tonator". Le principe de cet appareil consiste en ce qu'il présente un ou plusieurs degré d'étranglement construit sous forme d'un. système à chambre multiples qui se trouvent dans la direction d'avancement de la matière à traiter.
Dans ces étranglements on produit mécaniquement et à l'inté- rieur même de la matière des ondes de pression hdrodynamiques à des fréquences dépendant de la vitesse de circulation et du nombre de cham- bres. Des données plus détaillées se trouvent dans l'ouvrage "Chemie- Ingenicur-Technik 1952", pages 249/250 et 1954-, pages 122/123.
Apres passage dans l'appareillage de défibrage, la suspen- sion fibreuse qui présente normalement une densité d'environ 7% est déshydratée au moyen d'un appareil centrifuge hélicoïdal travaillant do manière continue, la matière essorée dans un tambour conique exté- rieur de filtrage, étant évacuas par un tambour hélicoïdal interne, éga- lomont conique.
Cette opération est réalisée par ce que les nombres de tours des deux tembours s'écartent l'un de l'autre de manière que le tambour hélicoïdal conique interne ne tourne qu'à un nombre de tours qui est environ 5% plus petit que celui du tambour 'de filtrage extérieur. Un tel appareil centrifuge est décrit notamment dans l'Encyclopédie de la Technischen Cheie d'Ullman- 1951 - Livre I - page 515 et est repré- senté à la figure 512.
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La cellulose partiellement déshydratée sortant de l'appareil centrifuge possède, selon les vitesses do circulation des tbours uti- lisées, un degré de sécheresse d'environ 50 à 80%, ainsi qu'une structu- re parfaitement molle, de sorte que les fibres sont désintégrées.
De façon surprenante il se produit dans l'appareil centrifu- ge, en mène temps que la déshydratation, un ennoblissement de la cellu- lose puisque la poussière difficilement estcrifiable et contenant des impuretés, toujours présente dans des celluloses normales, ainsi que les noeuds médullaires à courtes fibres également difficilement estéri- fiables, traversent le filtre du centrifuge avec l'eau essorée et sont ainsi écartés.
Un effet favorable similaire so produit également lors de la déshydratation de suspensions de cotons, en ce que les fibres courtes et poussiéreuses qui, selon l'expérience, tendent facilement à s'agglo- mérer dans les liquides d'estérification, sont évacuées avec l'eau d'es- sorage. En outre, il se produit sur base de l'invention une diminution des frais d'installation et d'énergie, étant donné que 70% de l'eau est écartée mécaniquement et que d'autre part les coûteuses machines habi- tuelles de séchage et de déshydratation de l'industrie do la cellpolse peuvent être écartées.
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Aprés sèchage dans un séchoir usuel de l'industrie et de pré- férence dans un séchoir à tourbillons dans le genre du séchoir Buhler bien connu, on obtient mécaniquement une matière fibreuse parfaitenent molle et ennoblie qui, par estérification selon le procédé usuel normal dans la grande industrie, fournit des produits solubles, estérifiés de manière brillamment homogène. En pratique les phases séparées du procé- dé de préparation décrit ci haut peuvent être exécutées en des endroits différents.
Par exemple, la préparation de la suspension aqueuse cellulo- sique dans l'appareil de défibrage et dans le centrifuge, et le séchage des masses fibreuses obtenues, peuvent être exécutés dans la fabrique de cellulose même. S'il arrive qu'il n'y ait pas un appareil de séchage
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approprié dans la fabrique de cellulose, la matière fibreuse peut après passage dans l'essoreuse hélicoïdale, être pressée, là même, à l'état humide, en balles appropriée,- pour l'expédition.
Le travail ultérieur des balles s'opère alors dans la fabri- que d'estérification, où Le ramollissement des balles et le séchage concomittant est exécuté sans plus dans les appareils habituels.
On peut cependant égaleront partir de pâtes humides ou sè- ches comme elles se présentent dans la fabrique de cellulose pour dés- intégrer celles-ci en une suspension, par battage dans l'eau, cette suspension passant ensuite, après le supratonator, par le centrifuge hélicoïdal et étant ensuite sèchée.
Quant à dire quel est le moyen le plus économique, ceci dé- pend des conditions locales, tels que coûts de transport et similaire.
Le traitement de la suspension de bas cotons jusqu'au produit final sera exécuté de manière conforme dans les blanchisseries de coton. Se- lon une variante du procédé, on utilise le "supratonator" dans la fabri- cation d'esters de cellulose. On emploie en ce cas de la cellulose gros- sièrement désintégrée qui est introduite dans le mélange de réaction, tel par exemple des acides nitrants.
L'homogénéisation ou le détrempage se fait au moyen d'un supratonator qui pompe le mélange de réaction.
Des particules grossières non humectées, agglomérées à l'inté- rieur sont ainsi désintégrées et rendues ainsi accessibles au liquide de réaction. L'ester de c3llulose fabriqué de cette manière, tel la nitrocellulose se fait remarquer par le fait que dans les solutions, les corps gonflants habituels ne sont plus présents, de sorte que la capacité filtrante des dites solutions est sensiblement augmentée.
Exemple 1: 100 Ks. de cellulose de sapin avec un contenu d'environ 90% d'alpha-cellulose sont amenés sous tourne d'une suspen- sion aqueuse d'environ 6% de densité dans un appareil de défibrage, du genre du supratonator et ensuite déshydratés dans une essoreuse héli- coïdale. Le tambour à tamis conique de l'essoreuse hélicoïdale a un
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diamètre de 350/650 mm. - Nombre de tours du tambour à tarais extérieur : 2200/Min. Nombre de tours du tambour hélicoïdal intérieur: 2000/min,
L'opération de déshydratation exige environ 15 minutes,.
La cellulose quittant le centrifuge possède une structure parfaitement molle et un degré de sécheresse de 70%.
Le résultat obtenu monte à 98% par rapport à la quantité originelle de cellulose.
La matière fibreuse ramollie est séchée dans un séchoir à tourbillons d'air tel par exemple un séchoir Bûhle- de façon que la cellulose ne contienne plus que 1 à 2% d'eau. Après nitrification dans les appareils et aux conditions normales, il s'est produit un dissol- vant habituel dans l'Industrie des vernis de laine de collodion.
Exemple 2: 100 Ks. de pâte de cellulose de livres sèche, avec un contenu de 91% d'Alpha sont désintégrés par battage dans envi- ron 2000 Ks d'eau en une suspension.
Pour le défibrage des noeuds encore présents on passe d'abord la suspension dans un appareil de défibrage dans le genre par exemple d'un "supratonator" utilisé dans l'Industrie de la cellulose et ensuite elle passe au centrifuge hélicoïdal, d'ou la cellules sort de manière continue corme matière fibreuse parfaitement molle et homogène.
Après passage'dans le centrifuge hélicoïdale la suspension fibreuse est une matière fibreuse molle avec 30% de contenu en eau.
Après séchage subséquent, la cellulose qui a un contenu d'eau de 2% est examinée quant à son acétylisation selon les procédés habituels 'les plus modernes de l'industrie de- l'Acetyle-cellulose (Description Chemiker Zeiting - Cahier 9 Page 195 (1952).
La clarté et la capacité de filtra- ge du mélange de réaction contenant le triacétate de cellulose sont re- marquables et aussi bonnes que la solution obtenue à partir des meil- leurs triacétates de coton, dans les mêmes conditions*
Exemple 3P: 1000 Ks. de bas-cotons en suspensions aqueuse avec environ 8% de densité sont brièvement traités dans l'appareil de défibrage dont question aux exemples 1 et 2 et ensuite déshydratés dans
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le centrifuge hélicoïdal.
On obtient une matière fibreuse de coton pratiquement exempte de noeuds qui est après séchage remarquablement appropriée pour l'estéfification et qui donne des produits d'estérifi- cation solubles plus clairs., tels par exemple la nitrocellulose. l'ace- tyle-cellulose, l'acetobutyarte, que ceux obtenus par le procédé habi- tuel de cotons prépares.
Exemple 4: 20 Kgs de pâte désintégrée dans un appareil de découpage usuel, tel que le broyeur Eirich, sont mélanges dans une cuve à réaction munie d'un agitateur avec 1000 Kgs. d'acides nitrants. Après que la cellulose a été introduite dans los acides nitrants, la pulpe est pompée en passant par le Supratonator dans une seconde cuve à réac- tion où l'estérification est parachevés.
Les dessins annexés illustrent l'invention. Ils représentent deux formes d'exécution schématiques.
Selon la figure 1, de la pâte de cellulose sous forme arquée ou ronde est grossièrement désintégrée ou divisée en flocons, dans un appareil à déchiqueter usuel. Dans la cuve de mélange 2, s'opè- re la fabrication d'une pulpe à pomper, par addition d'eau (jusqu'à en- viron 7% de matière solide).
Pour le détrempage et l'homogénéisation, c'est-à-dire la dis- solution des particule=: compactes en fibres séparées, la pulpe passe par le Supratonator 3.
La déshydratation s'opère dans un centrifuge d'évacuation hélicoïdal 4. La cellulose essorée tombe dans le dispositif de service de l'installation de sèchage , dans l'exemple représenté par un séchoir à tourbillons d'air.
Si le défibrage de la cellulose se produit, qu'il s'agisse de cotons ou de cellulose, comme suite à l'opération de fabrication, en ce cas la pulpe de cellulose est dirigée directement à la cuve do mélange 2, la phase opératoire est la même que celle décrite ci-haut.
L'eau entrant dans le centrifuge hélicoïdal contient la poussière fibreuse et, dans le cas de la cellulose, également les noeuds médullai.... res. Les particules de suspension (3 à 10% de la cellulose de départ)
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sont séparées dans un filtre ! cellule 6 ou appareil de filtrage simi- laire et peuvent être pour des papiers de moirdre qualité.
L'eau clarifiée peut être retournée au circuit.
Selon la figure 2, on désintègre d'abord grossièrement, en vue de la nitrifiée tien, de la pâte de cellulose sèche ou de bas-cotons dans un appareil de découpage habituel 7 (broyouse ou broyeuse-Condrix, etc.) et on l'amené vers un appareil de dosage 8. La matière tombe de la trémie de dosage dans la premier réacteur 9 et en même les acides nitrants arrivent dans celui-ci.
On mélange par exemple; 20 Kgs. de cellu@@e avec
100 kgs. diacides nitr-rts.
Le réacteur 2 se compose soit d'un réservoir;, cylindrique ou ovale en coupe, muni d'agitateurs ou d'un réacteur travaillant de maniè- re continue en forme de bac longitudinal, qui est parcouru par l'acide, le intérieur du bac se trouve un cylindre percé de trous., travers le- quel la matière est déplacée au moyen d'un pas hélicoïdal.
Tandis que selon la forme d'exécution représentée en figure 1. on travaille de manière discontinue, on peut selon le second appareil- représenté en figure 2 travailler de paniers continue.
Après que la masse est imprégnée par l'acide, elle est pcm- pée en passant par le supratonator 10, vers le ceuxième réacteur 11 en vue d'homogénéisation et dissolution des particules grossières présen- tes. la pulpe reste dans ce second réacteur aussi longtemps qu'une es- térification irréprochable se soit produite (10 minutes et plue)
Pour travail discontinu, il y a plusieurs post réacteurs qui sont vidés par intervalles dans un centrifuge après terminaison de 1' estérification.
Le deuxième réacteur 11 peut également travailler de manière continue à la manière du premier réacteur.
Pour la désacidification, on se sert d'un centrifuge travail- lant de manière continue, tel essoreuse à compartiments ou centrifuge d'évacuation hélicoïdal.