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FABRICATION DE PRODUITS,DE CELLULOSE REGENERES.
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La présente invention conoerne des perfeotionne- ments nouveaux et utiles dans'la fabrioat,ion de la pâte de bois ohimique raffinée qui est à transformer en rayonne viscose, cellophane, aoetate de cellulose et produits simi- laires. Plus particulièrement, la présente invention con- oerne l'utilisation d'un agent spécifique actif de surface qui, lorsqu'employé'de la manière décrite plus complètement:
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ci-après, faoilite grandement le passage de la pâte de bois ohimique à la viscose appropriée pour la fa- brioation de produits en oellulose régénérés, c'est-à- dire des filaments tels qu'utilisés dans les fils textiles, carcasses de pneus et films, tels que cellu- phane, aoétate de cellulose et autres.
Généralement parlant, dans la préparation de viscose la pulpe est trempée dans une solution de soude caustique forte à température ambiante ou plus élevée, pressée de manière à enlever l'excès de mordant et ensuite réduite en miettes par déchiquetage. Après une période de repos adéquate pour réduire le poids moléoulaire, on ajoute du CS2 et la cellulose est dispersée dans une solution de soude caustique diluée xanthatée pour produire la "solution" viscose. Avant l'étirement en film ou fil, la matière est "mûrie" et filtrée. Pendant le filtrage de la oellulose non dissoute, des particules étrangères et des colloïdes non dispersés sont éliminés par l'em- ploi de divers agents filtrants successifs. La matière non dissoute, bien qu'importante pour la teneur, n'af- fecte ordinairement pas sérieusement la filtrabilité.
Ce sont plutôt la cellulose imparfaitement dispersée, les colloïdes, qui bouohent les pores du filtre. Une viscose à faible pouvoir filtrant entraîne de nombreu- ses et coûteuses interruptions du processus en exigeant de fréquents arrêts et le remplacement de l'agent de filtrage. C'est pourquoi le consommateur exige un niveau de filtrabilité qui permette une production élevée à frais réduits de main-d'oeuvre et de matériel de fil- trage.
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Au début de la fabrioation de la pulpe, les pulpes étaient caractérisées par une forte teneur-en extraotifs qui étaient oomposés de "lignine", dérivés de lignine et autres impuretés telles que les résines naturelles présentes dans le bois brut. Ces pulpes don- naient de pauvres résultatsen matière de filtrage et 'de filature provoquées par la présence de dépôts gom- meux. Des perfectionnements aux conditions de réduction en pulpe et l'ajoute d'étapes de purification ont oon- duit à la production de pulpe oaraotérisée par une fai- ble teneur en extraotifs.
On obtint à ce moment une amélioration importante en filtrabilité. Comme les procédés de purification fu- rent améliorés ultérieurement pour produire des pulpes de oellulose à "haut alpha" pour obtenir du fil ayant de meilleures propriétés, on revint à de moins bonnes qualités de filtrage. Il devint apparent à ce stade que quoique certaines des impuretés puissent être indsira- bles, d'autres,,avaient un effet bénéfiques sur le pro- oessus.
Les études des fabricants de pulpe et viscose ont révélé que l'addition de diverses matières à la pulpe avant le trempage ou pendant le déchiquetage ra- mènent la filtrabilité. En général, toutes les matières effeotives sont des agents actifs de surface. Ces oom- posés oontiennent une portion hydrophobe et une portion hydrophile qui affectent la solubilité dans n'importe quel milieu de manière telle que les molécules tendent à.se concentrer à la surface entre deux phases, qu'el- les soient air et liquide, ou huile et eau. En ohan- geant les-groupes, divers effets tels qu'émulsionnement,
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remouillage, élimination des mousses et autres peuvent être obtenus avec ces oomposés.
Contrairement aux diverses affirmations qui appa- raissent dans la littérature, une filtrabilité accrue d'une solution en viscose ne résulte pas automatiquement de l'addition d'un agent actif de surface à la pulpe, in- dépendamment de l'importance de l'agent actif de surface qui est ajouté ou du stade particulier de fabrication de viscose auquel l'agent actif de surface est ajouté.
Un certain nombre de faoteurs en supplément de ceux cités dans la littérature affectent la filtrabilité des solu- tions en viscose. Parmi ces facteurs se trouvent le pro- cédé de réduction en pulpe particulier et des variations dans le genre des stades de fabrication employés par le fabrioant de viscose.
Par exemple, de la pâte de bois préparée par le procédé "sulfate" aboutit à une solution en viscose ayant généralement des qualités de filtrage extrêmement pauvres, tandis que les pates de bois préparées par le procédé "sulfite" n'exigent souvent pas l'addition d'agents ac- tifs de surface et ne gagnent en fait généralement pas dans une large mesure à l'addition de tels agents actifs de surface. De plus, à moins qu'une opération préliminaire d'hydrolyse (comme expliqué ci-après) n'ait été oomprise dans la fabrication de la pulpe au sulfate, on n'a pas constaté que les agents actifs de surface augmentaient sensiblement la filtrabilité des solutions en viscose faites à partir d'une telle pulpe.
L'opération de trempage constitue une autre variable affectant le degré d'augmentation de la filtra- bilité qui peut 'être obtenue en ajoutant des agents ao-
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tifs de surface dans le procédé de Viscose. Les deux méthQ. dès de trempage actuellement employées dans la branche sont définies comme "trempage classique en feuilles" et "trem- page par coulis" et on a observé que les agents actifs de surface amélioraient la filtration de viscose à des degés variables en fonotion de celle des méthodes de trempage em- ployées dans le procédé de fabrication de viscose.
Etant donné que la filtration de la solution vis- cose n'est qu'une étape dans le proo-essus extrêmement oom- plexe de fabrication de produits en cellulose régénérés, chaque agent actif de surface, pour être vraiment utile, ne devrait pas seulement augmenter la filtration, mais de- vrait de plus avoir des effets bénéfiques à un ou plusieurs des stades suplémentaires du processus. Il est incontes- table que tout agent actif de surface qui rend une quel- conque étape du processus plus difficile ou moins avanta- geux ou qui tend à altérer la qualité du produit fini se- rait inacceptable pour l'industrie.
Un objet de la présente invention est de fournir un agent actif de surface spécifique qui accroîtra sensi- blement la filtrabilité des solutions viscose fabriquées à partir de pâte de bois au sulfate préhydrolysée lorsqu'on pratique une opération de trempage conventionnelle. Dans l'mn de ses aspects, la présente invention comprend l'ad- dition de cet agent de surface actif à la pâte de bois au sulfate préhydrolysée à un moment antérieur à l'accomplis- sement du déohiquetage de la cellulose alcaline.
Un autre objet de l'invention est de fournir un agent de surface actif spécifique qui ne présente pas de
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caractéristiques désavantageuses à aucun moment de la transformation de la pâte de bois chimique en produits de cellulose régénérés et qui, de plus, améliore de fa- çon étonnante la qualité du fil viscose.
Un autre objet de l'invention est.de fournir une pâte de bois chimique au sulfate préhydrolysée qui a été traitée avec l'agent actif de surface de la présente invention et qui est d'utilité marquante dans la fabrioa- tion de produits de cellulose régénérés.
Comme il a été indiqué ci-dessus, la présente invention comprend en partie l'emploi de pâte de bois au sulfaté préhydoolysée. Dans l'opération de préhydro- lyse, des copeaux de bois ou d'autres matières en cellu- lose oontenant de la lignine sont traités de la manière courante avec de l'eau, de la vapeur ou une solution d'acide dissout (jusqu'à 0,3o env.de solution d'acide), à une température allant d'environ 300 à environ 375 F, et à des pressions plus grandes que la pression atmos- phérique pour des temps de réaction allant jusqu'à en- viron 120 minutes.
On procède à ce traitement dans des conditions acides qui peuvent être produites par l'addi- tion d'un acide tel que, par exemple, l'acide acétique, citrique, nitrique, oxalique, phosphorique, sulfureux (anhydre), sulfurique ou des combinaisons de ceux-ci.
Alternativement, si l'on souhaite n'employer aucun aude et pour autant qu'on n'ait ajouté aucun agent alcalin, une condition acide se développera comme résultat de l'hydrolyse de la matière brute oellulosique qui a été chauffée. A la fin de ce traitement ; le liquide d'hydro- lyse
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est évaoué et la matière solide restante peut être lavée sur place, ou la liqueur de cuisson pour l'étape suivan- te peut être ajoutée directement sans lavage.
La matière hydrolysée contenant de la lignine est alors réduite en pulpe par le procédé sulfate dans le- quel les ingrédients actifs de digestion sont l'hydro- xyde de sodium et le sulfure de sodium. Ce procédé est bien connu de ceux versés en la matière et toute réfé- renoe à la méthode "sulfa-ce" de digestion apparaissant dans le présent texte ou dans les revendications annexées se rapporte à la digestion, dans laquelle les ingrédients- actifs de digestion sont l'hydroxyde de sodium et le sulfure de sodium.
Comme il est bien connu dans la branche, dans la production de viscose par la méthode classique, des feuilles de cellulose séohées sont placées dans une près-. se et trempées dans une solution de soude caustique forte.
La solution de soude caustique est normalement introduite depuis le fond de la cuve d'une manière telle qu'elle monte le long des feuilles dans la direction de l'orienta- tion longitudinale prédominante des fibres de pulpe en proportion égale à la montée produite par la capillarité.
, de la pulpe L'o pération est généralement exécutée à la température ambiante. Après environ une heure d'immersion, la pulpe est pressée pour obtenir la composition cellulosique volati le souhaitée et est alors réduite en miettes dans une délisseuse. Cette dernière opération mécanique prend en- viron une à deux heures. Les miettes de cellulose alcali- nes sont alors mûries dans des conditions soigneusement contrôlées.
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Ioi, par oxydation aloaline, la longueur moyenne de la chaîne moléculaire de oellulose est réduite de manière telle que la matière aura une viscosité de solution moindre. Après mûrissage, les miettes de cellulose al- oalines sont mélangées mécaniquement avec une propor- tion de CS2 adéquate, qui se combine chimiquement pour former du xanthate oellulosique. En ajoutant une solu- tion de soude caustique diluée dans un dispositif mélan- geur, les miettes de xanthate cellulosique de oouleur orange se dissolvent et forment une solution sirupeuse qui est oonnue comme solution en viscose. La solution en viscose est alors mûrie à des températures contrôlées.
A ce stade de murissage, il se produit des changements chimiques et colloidaux complexes, de sorte que le xan- thate de cellulose est plus aisément régénéré en cellu- lose par filage. La régénération en filaments ou films consiste à étirer (extruder) une solution en viscose à travers les petits trous ou fentes d'une filière dans un bain oontenant de l'acide et des sels. Le composé cellulosique dissout dans la viscose réagit avec les solutions acides pour ooaguler et régénérer la cellulose qui précipite et forme des filaments ou films continus solides. Des sels dans le bain aident à contrôler la précipitation de la cellulose et à modifier les propié- tés du produit. Les filaments combinés d'une seule fi- lière forment le fil qui est lavé, traité chimiquement pour enlever le soufre résiduaire, 'lavé à nouveau et séché.
Les filaments sont organsinés (tordus) pour donner au fil force et unité. Dans la fabrication de
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films, on procède également aux opérations de lavage, éli- mination du soufre, lavage et séchage.
L'agent actif de surface spécifique, dont l'emploi forme une partie de la présente invention, est un produit de condensation de polyoxyéthylène de la diamine polyoxy- propylène-éthylène ayant la configuration structurale suivante.
EMI10.1
dans laquelle PrO représente une unité d'oxyde de propy- lène et y a une valeur moyenne d'environ 7 et EtO repré- sente une unité d'oxyde d'éthylène et x a une valeur moyenne d'environ 12.
Ce produit est fabriqué couramment et vendu par la Wyandotte Chemicals Corporation, Wyandotte Miohigan, sous le nom d'identification Tetronic 505.'
Des solutions en viscose faites à,partir de pâtes de bois au sulfate préhydrolysée contenant de 0,02% env. à 0, 2 % env. au poids, de l'agent actif de surface, ceci dé- pendant de la pulpe, montrent des niveaux de filtrabilité extrêmement élevés lorsque la méthode classique de trem- page est employée dans le procédé. Un filtrage exceptionnel et une amélioration des propriétés de fil viscose peuvent
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être réalisés lorsque la pulpe en sulfate préhydrolysée contient de 0,1% env. à 0,2% env. au poids de l'agent actif de surface de la présente invention.
Dans les exemples qui suivent, on illustre des réali- sations préférentielles de l'invention, mais les exemples ne sont pas à considérer comme limitation de la portée de la présente invention.
Exemple 1.-
Le Tetronio 505 (comme défini oi-avant) était appli- qué comme une solution aqueuse à 2 grammes par litre uni- formément sur toutes les surfaces de feuilles de pulpe au sulfate préhydrolysées en air sec. Ces feuilles de pulpe, contenant une quantité de Tetronio 505 égale à 0,1% du poids de la pulpe séchée à fond étaient traitées en les plaçant dans une presse de trempage. L'orientation longi- tudinale prédominante des fibres de la pulpe dans les feuilles étant perpendiculaire au fond de la presse. 18,5% de solution de soude caustique étaient introduit s dans la presse de trempage jusqu'à ce que la presse soit remplie jusqu'à un niveau d'un pouoe et demi au-dessus du sommet des feuilles de pulpe.
Après une heure d'immersion à la température ambiante, la pulpe trempée était pressée hydrau- liquement jusqu'à 2,9 fois le poids d'air sec des feuilles originales. Cette combinaison de trempage et de conditions de pressage est choisie pour obtenir la composition alca- line cellulosique désirée.
La pulpe pressée et pesée était alors déchiquetée pendant une heure à une température de 29 C. Lors de l'ao-
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oomplissement du déchiquetage, la pulpe réduite en miettes (miettes de cellulose aloaline) était placée dans des jarres et mûrie pendant.21 heures à 29 C.
Après maturation, du CS2 était ajouté à la solution aloaline dans les jarres dans une proportion suffisante pour former 34% de CS2 basé sur le poids de cellulose de la cellulose aloaline. Les jarres étaient scellées et placées dans une machine pour y rouler et Culbuter pendant une heure à, 25 C. Le CS2 en excès était alors enlevé sous vide et une solution de soude caustique était ajoutée en pm por- tion suffisante pour produire une ,solution 'aqueuse alcaline de viscose colloïdale contenant 0,7% de cellulose et 6,0% d'hydroxyde de sodium. Cette solution de viscose était alors agitée pendant deux heures à l'aide d'un mélangeur méoani- que.
Ensuite, la solution de viscose était versée dans un cylindre d'acier qui était alors soellé, et on utilise la pression d'air pour faire passer la solution de viscose à travers un filtre de taille et de construction standard.
Le filtrat était pesé et le temps d'accomplissement de la filtration était enregistré.
Comme contrôle, on traite de la même manière une pulpe au sulfate préhydrolysée, à laquelle aucun agent actif de surface n'a été ajouté.
La solution de viscose préparée à ;partir de la pulpe de contrôle donne 640 grammes de filtrat, les limites statistiques de confiance étant de plus ou moins 95 gr. de filtrat. La solution de viscose préparée à partir de la pulpe de sulfate préhydrolysée à laquelle on a ajouté du
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Tetronio 505 de la manière indiquée donne 6,935 grammes de fil- trat avec des limites statistiques de confiance de plus ou moins 1,395 grammes de filtrat.;Il faut noter que la filtration a été augmentée approximativement dix fois par l'addition de Tetronio 505 à la pulpe. De plus, l'emploi de Tetronio 505 n'occasionne d'effets désavantageux dans aucune des opérations précédant la filtration viscose.
Exemple II.-
Outre la remarquable augmentation de filtration qu'il faut attribuer au Tetronio 505 tel que décrit plus haut, cet agent actif de surface, lorsqu'il est utilisé dans la fabrication de fil textile en rayonne viscose, montre une faculté peu courante de oonférer au fil certaines caractéristiques de perfectionne- ment grandement souhaitées.
Du fil viscose traité par le procédé de trempage courant de l'exemple I à partir de pulpes au sulfate préhydrolysées identiques, auxquelles on ajoute 0,1% et 0,2% en poids de Tetronio 505 suivant la pulpe sèche à l'absolu, présente les perfectionnements suivants :
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Le facteur soie est bien connu dans la branche comme le pro- duit de oohésion et d'allongement du fil et on considère qu'il compense la perte d'allongement qui aoco mpagne normalement une
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augmentation de ténacité. Les donnes ci-dessus montrent qu'un perfectionnement marquant-dans les propriétés phy- siques du fil résultait de l'emploi du Tetronio 505 comme énoncé.
L'agent actif de surface de la présente invention peut être ajouté à la oellulose à n'importe quel stade adéquat du processus. Par exemple, il peut être ajouté à la pulpe pendant la formation de la feuille de pulpe, après formation de la feuille mais avant d'avoir séché celle-ci ou après que la feuille ait été formée et séchée. L'agent actif de surface peut aussi être ajouté à la cellulose al- caline avant l'opération de déchiquetage. Il peut être ré- pandu sur toute la zone de surface de la feuille ou appli- qué à la feuille en bandes étroites.
Le procédé de préhydrolyse de la pulpe employé peut varier considérablement et les détails de celui-ci ne font pas partie de la présente invention. On se référera à cet égard à "Pulp and Paper" par James P.Casey (Inter- science Publishers, New York City), Volume 1 (1952), pages 319 - 321.
On pourrait faire un commentaire identique en ce qui concerne le traitement sulfate de la pulpe amplement discuté dans la publication Casey dans la section intitu- lée "Alkaline Pulping", commençant à la page 133.