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Nouveaux dérivés de la cellulose leur procédé d'obtention et leur emploio
La présente invention a pour objet de nouveaux dérivés précieux de la cellulose, qui sont stables et généralement insolubles dans l'eau et dans les alcalis aqueux dérivés qui contiennent un colorant ou une matière intermé- diaire capable d'engendrer un colorante ce colorant étant
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lié à des groupes hydroxy de la cellulose. Liinvention viae surtout des dérivée cellulosiques, dont la teneur en colorant ou en matière intermédiaire liés chimiquement est supérieure à 7% et comprise de préférence entre 10 et 300%.
On peut obtenir les dérivés cellulosiques confor- me* à l'invention en produisant un gonflement important d'une cellulose, de préférence non mise en forme, par exem- ple de cellulose pulvérisée et/ou gonflée et en faisant réagir le produit sur des colorants organiques ou des matiè- res intermédiaires capable, de former des colorante, qui peuvent réagir sur les groupée hydroxy de la cellulose utilisée avec formation d'une liaison de covalence, ceci en milieu aqueux et en présence d'agents liant-les acides et si on transforme, le.cas échéant, après élimination des parties non liée* des produits générateurs de colorants, ces derniers en des colorants, de préférence par copulation ou respectivement diazotation et copulation.
Comcae cellulose, utilisable à titre de matière de départ, on mentionne surtout la cellules* fibreuse ou granuleuse, pulvérulente et gonflée ayant un degré de poly- mérisation de préférence inférieur à 800.
Comme colorants organiques ou produits chomrogènes, qui peuvent réagir sur les groupes hydroxy de la cellulose avec formation d'une liaison chimique de covalence, on
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utilise dans le procéda de l'invention avantageusement ceux qui sont solubles dans les alcalis aqueux, éventuel- lement avec addition d'agents réducteurs, tels que par exem- ple des colorante organiques ou des constituants diazota- bles ou copulables. qui remportent, en plus du groupement capable de réagir,des groupes carboxyliques et surtout des groupes sulfoniques.
Comme groupements capables de réa- gir, on doit mentionner les groupes époxy, les groupes éthylènimine, les groupes isocyanate, les groupée des esters carbamine-aryliques, les groupes acrylamino- et les groupée propiollques et surtout des substituant* labiles, qui peuvent être facilement scindée avec enlèvement de la paire d'électrons de liaison, par exemple des groupes des esters phosphoriques ou sulfuriques liés à un groupe ali- phatique, les groupes sulfonyloxy liés à un groupe alipha- tique et surtout les atomes d'halogène, en particulier un atome de chlore lié à un groupe aliphatique.
Avantageu- sement, ces substituans labiles sont fixés en position # ou du reste aliphatique, qui est lié directement ou par l'intermédiaire d'un groupe amino-, sulfone- ou sulfo- namide à la molécule du colorante dans les colorants à utiliser qui contiennent des atomes d'halogène comme subs- tituante labiles les atomes d'halogène échangeables peuvent également faire partie d'un reste acyl aliphatique, par exemple d'un reste acétyl ou 4tre fixé en position ss et
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respectivement Ó et / , d'un reste acryl ou d'un reste propionyl ou mieux encore d'un reste hétérocyclique,
par exemple d'un reste pyrimidine et surtout d'un reste tria- ziniqueo Les colorants et les produits chromogènes ren- ferment avantageusement le groupement ayant la formule
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où X est un pont d'azote et Z un groupa aminogène, de préférence substitué, un groupe hydroxy ou un groupe mercapto substituée ou un atome de chlore ou encore un groupe alkyl-, aryl- ou aralkyl-,
Il est particulièrement intéressant d'utiliser des colorants qui contiennent un groupement ayant la formu- le
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dans laquelle n est un nombre entier au plus égal à 4 et Z à la signification déjà indiqua.
Pour la mise en oeuvre du procéda on peut utiliser les colorante les plus divers, par exemple les cola-
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rants oxaziniques, triphénylméthaniques, xanthéniques, les colorante nitres, les colorants périnoniques et surtout les colorant* azoïques, anthraquinoniques et les colorants de phtalocyanine.
Parmi les colorants aqoïques, on cite comme exem- ples les colorants dis- ou trisazoïques et de préférence les colorante monoazoïques.
Parmi les colorante anthraquinoniques, on mention- ne spécialement ceux qui dérivent de l'acide 1,4-diamino- anthraquinone-2-sulfonique. Comme colorants de phtalo- cyanine appropriée, on cite en particulier ceux qui déri- vent des phtalocyaninesulfonamides contenant au moins deux groupes d'acide sulfonique libre dans la molécule et dans au moins un reste sulfamidique un groupement qui contient au moine un atome d'halogène labile.
Les produite chromgogènes, qui renferment les groupes ou groupement* respectifs précités, sont également connus en grande partie.
La réaction conforme à l'invention entre les colorante ou les produite chromogènes capables de réagir et la cellulose gonflée s'accomplit en solution aqueuse, avantageusement en présence d'agents minéraux liant les bi acides, tels que les/carbonates de métaux alcalins, les alcaline carbonates de métaux alcalins, les phosphates de métaux et surtout les hydroxydes de métaux alcalins ou leurs
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mélanges, avantageusement en utilisant une quantité suffi- sante de colorant ou de produit chromogène permettant d'ob- tenir des produits réactionnale, qui contiennent au moins 7, de préférence même 10 à 300% de colorant lié chimique- ment à la cellulose.
Au lieu d'effectuer le gonflement de la cellulose, par exemple,dans de l'acide chlorhydrique, . une tempéra- ture inférieure à 0 ou en présence d'hydroxyde* de métaux alcaline, tels que l'hydroxyde de sodium,, ce qui exige une neutralisation ultérieure jusqu'à l'obtention de la valeur du pH désirée pour la réaction, il est indiqué dans beaucoup de cas de soumettre la cellulose tout d'abord à un gonflement préliminaire pendant un certain temps dans la solution ou la suspension des colorante réactifs ou des produits choromgènes, puis d'ajouter la solution d'un hydroxyde de métal alcalin,en agitant, au milieu réactionnel. On effectue la réaction avantageusement à froid, à la température ordinaire ou à une température modérée, c'est-à-dire, par exemple, entre 20 et 40 .
De cette manière, on peut préparer des dérivée ayant une teneur élevée en colorant, c'est-à-dire des dérivée qui en contiennent plue d'environ 7% et couvent 10 à 300% (calcu- lés par rapport au poids sec de la cellulose mine en oeuvre). Selon les composée réactifs qu'on utilise, la réaction peut demander plus ou moins de temps, on peut
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cependant obtenir en général déjà après une heure pour les colorants relativement actifs et après plusieurs heures pour les colorants moine actifs un taux de réaction élevé
Après la fin de la réaction on peut isoler les produite obtenue, par exemple, par neutralisation et fil- tration du mélange réactionnel.
Si on a utilisé des pro- duits chromogènes, on les transforme,, de préférence après un lavage soigneux servant à éliminer les parties non fixées chimiquement, à l'aide de procédés connus par condensation ou par copulation ou, respectivement, par diazotation et copulation, en des colorante.
Une telle préparation de dérivés cellulosiques colorée par synthèse des colorants après la fixation d'un constitant sur la cellulose présente, comparativement aux procédés utilisant pour la réaction des colorants déjà terminés, l'avantage que, d'une part, il est plue facile d'éliminer les parties non fixées des matières de départ et d'obtenir ainsi des produits unifor- mes et, d'autre part, qu'on obtient ainsi des dérivée colorée qui contiennent un taux plus élevé de colorant que celui que présentent les dérivés obtenue par réaction di- recte avec le colorant correspondante
Les dérivée colorés cellulosiques obtenue confor- mément à l'invention représentent des colorants à poids moléculaire élevé,
qui sont constituée pratiquement par de la cellulose et par du colorant.
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On peut utiliser ces dériva comme pigmente, par exemple pour la teinture du papier dans la Basse ou pour
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l'obtention d'éther. collulosiquen coi8rési selon des procédés connus, par exemple par réaction avec des agents
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d?alkylation, tels que les alkyl- ou aralkylhalogénures, tels que le chlorure de méthyle ou le chlorure d'éthyle, le chlorure de butyle, le chlorure de benzyle, l'aide
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chloracétique, l'oxyde d'éthylène ou 3,'ecryicmitriLe.
en présence d'hydroxydes de métaux alcaline. On obtient ainsi des éthers cellulosiques, qui portent des groupe hydroxy bloquds par des molécules de colorant et qui peuvent être utilisés pour l'obtention d'articles colorée mis en forme, en particulier de fibres ou de feuilles ou pour la teinture des matières les plue diverses. Si les dérivée cellulosi- ques sont alkylée si fortement qu'ils deviennent solubles dans l'eau, on peut aussi les utiliser* par exemple, comme colorants de marquage qui s'éliminent facilement par lavage.
Dans les exemple, non limitatif. ci-après, les parties et pour-cent s'entendant, sauf mention contraire, en poids et les températures sont indiquées en denrée centigrades.
EXEMPLE 1
On met en suspension 10 parties de cellulose de peuplier dans 100 parties de solution d'hydroxyde de sodium à 15%. Après un gonflement de 30 minutes, on ajoute d'un
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seul coup une suspension de 2 parties du composé ayant la formule
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de 15 parties de chlorure de sodium et de 20 partie de carbonate de sodium dans 300 parties d'eau, Apre* une heure d'agitation à la température ordinaire, on sépare la suspension par filtration et on lave à fond le gâteau restant sur le filtre.
On traite le produit obtenu pendant une heure avec 200 parties d'une solution froide à 3% du diazolque de la m-chlroaniline, stabilisé au moyen de chlorure de zinc, on sépare le mélange par filtration, on lave le produit à froid et à chaud et on le sèche.
On obtient ainsi une cellulose colorée en rouge foncé, qui renferme 8% de colorant.
EXEMPT 2
On met en suspension 10 parties de linters de coton dans 100 parties de solution d'hydroxyde de sodium à 15%. Après 30 minutes de gonflement, on y verse d'un seul coup une suspension de 1,2 partie du composé ayant la formule
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de 15 parties de chlorure de sodium et 20 parties de bicarbonate de sodium dans 300 parties d'eau. Après une heure d'agitation à la température ordinaire, on sépare la suspension par filtration et on lave à fond le gâteau restant sur le filtre.
On introduit la masse obtenue dans 200 parties d'eau,contenant 5 parties diacide chlorhydrique concentré et on traite le produit à 0-10 par de la solution O,2-nor- malt de nitrite de sodium jusqu'à apparition d'une réaction positive sur le papier iodo-amidonné, puis on sépare le produit par filtration et on le lave à froid.
On introduit le produit ainsi diazoté dans une solution de 2 parties diacide 1-(2'-chlorophényl)-3-méthyl- 5-pyrazolone-4'-sulfonique et de 5 parties d'acétate de sodium dans 300 parties d'eau et on laisse réagir pendant une heure. Après cela, on sépare le produit par filtration, on le lave à fond à froid et à chaud et on le sèche.
Le produit cellulosique de couleur jaune foncé quon obtient renferme 8 parties de colorant pour 100 parties de cellulose.
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. EXEMPLE 3 On met en suspension 10 parties de linters de coton pulvérisés dans 100 parties d'une solution d'hydroxy- de de sodium à 15%. Après 30 minutes de gonflement, on ajoute une solution de 5 parties du colorant ayant la formule
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et 15 partira de chlorure de sodium en suspension dans 300 parties d'eau. Apres 6 heures d'agitation à la tem- pérature ordinaire, on neutralise le mélange avec de l'a- cide chlorhydrique binormal, on sépare par filtration le composé obtenu et on le lave à fond' froid et à chaud.
On obtient ainsi une cellulose en poudre de couleur orange foncé.
EXEMPLE 4
On met en suspension 10 parties de cellulose régénérée et broyée dans 100 parties d'une solution d'hydro- xyde de aodium à 15%. Après 30 minutes de gonflement, on y verse dun seul coup une suspension de 5 parties du colo- rant ayant la formule
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de 15 parties de chlorure de sodium et de 20 parties de bicarbonate de sodium dans 300 parties d'eau. Apres une heure d'agitation à 1& température ordinaire, on filtre le compose obtenu et on le lave à fond à froid et à chaud.
On obtient une cellulose en poudre de couleur orange foncé.
EXEMPLE.2
On mélange 10 parties de cellulose en poudre ayant un taux moyen de polymérisation de 615 avec 100 parties d'une solution d'hydroxyde de sodium à 15%. Après 20 minutes de gonflement,, on mélange intimement avec la masse gonflée 4,7 parties du composé ayant la formule
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Après 14 heures de repos, cette masse est introduit* dans 1000 parties d'eau. On neutralise l'alcali en excès, on sépare la cellulose par filtratioh et on la lave à froid et à chaud.
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On introduit le produit obtenu dans 200 parties d'eau, qui contiennent 5 parties d'acide chlorhydrique concentré et on ajoute de la solution 0,2-normale de nitrite de sodium, à 0-10 , jusqu'à apparition de la faction positive sur le papier iodo-amidonné. On sépare ensuite le produit par filtration et on le lave froid.
On introduit le produit diazoté clans une solu-
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tion de 4 parties d'acide 1-(2'-chlorophényl)-3-dthyl-5- prrazo3ota.-4tsuifonique et de 5 parties d'acétate de sodium dans 300 parties d'eau et on laisse réagir pendant une heure; après cela, on sépare le produit par filtra- %ion, on le lave à fond à froid et à chaud et on le sèche Le produit cellulosique, de couleur jaune foncé, qu'on obtient renferme 19 parties de colorant pour 100 partie* de cellulose,
EXEMPTS 6 à 13
En procédant comme indiqué dans l'exemple 5, mais avec utilisation d'autres copulants, on obtient les colorants énumérés ci.-après
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COPULo\NT COULEUR H03S.. -r$3-C0.CH3 oran H03S.
(()-NH-Co..c yv orangé OH OH {Yî orangé rouge so3H OH 8 IIcy-W-S031! orangé rouge ü4 I-CO.., HO Ll NH-Co-O rouge H03S-W-S 3H rouge HO NH-I'f-NH- 0 NH-C,;, f-Nu- 10 H03S 'c,..,N 1 rouge VV\ Cl so3H ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
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COPULANT COULEUR HO NH2 bleu fone' 11 -.NN bleu foncé H03S-W-S03H S03H H H 3 Il S03H jaune N N jaune S03H 13 2/3 de H3C-c/ C -OH N N --9-sO3H Cl et vert 1/3 de MMO NH2 -N:-N- H035- -5 3H q S03H
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EXEMPLE 14
On met en suspension 10 parties de cellulose en poudre (taux de polymérisation 615) dans 50 parties d'une solution d'hydroxyde de sodium à 15%. Après 30 minutas de gonflement, on ajoute 50 parties d'eau et on introduit lentement et en agitant 10 parties de bicarbonate de so- dium dans le mélange.
On ajoute ensuit* 3,4 parties du composé ayant la formule
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et on brasse bien le mélange afin de le rendre homogène.
.
On laisse ensuite reposer le tout pendant une heure à la température ambiante* On verte le mélange réactionnel dans 1000 parties d'eau, on neutralise l'alcali en excès avec de l'acide chlorhydrique binormal, on sépare par filtration la masse cellulosique et on la lave à fondo On introduit le produit obtenu dans 200 parties d'eau, contenant 5 parties d'acide chlorhydrique concentre et on ajoute, à 0-10 , de la solution 0,2-normale de nitrite de sodium jusque apparition de la réaction positive sur le papier iodo-amidonné.
On neutralise ensuite partielle- ment le mélange avec une solution binormale d'hydroxyde de
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sodium pour donner au pH une valeur de 6; après cela,
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on introduit 4 parties d'acide I-2 Q-cIorepttényl)3.. mthyl-5-pyrazalone-4a-$u3.fon3cte et 5 partie* d'acétate de sodium dissous dans 300 parties deau. Après 3 heures, on sépare le mélange par filtration et on lave à fond le résidu restant sur le filtre, puis on sèche le produit.
On obtient ainsi un produit cellulosique de couleur jaune foncé, qui renferme 43% de colorant.
EXEMPLE 15
On mélange 10 parties de cellulose en poudre (taux de polymérisation 615) et 20 partie* de chlorure de sodium avec 75 parties d'une solution d'hydroxyde de sodium à 14%. Après 30 minutes de gonflement, on .lange intimement @ parties de bicarbonate de sodiwa avec la mais* réactionnelle. Après 10 minutée de repos, on in- troduit 4,72 parties (1/100 mole pour 10 9-de cellulose) du composé ayant la formule
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Puis on agite fortement le mélange afin de le rendre homo- gène.
On laisse reposer le tout pendant 24 heures à la température ambiante On introduit ensuite la mélange réactionnel dans 1000 parties d'eau, on neutralité l'alcali
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en excès au moyen d'acide chlorhydrique binormal, on sépa- re par filtration la masse cellulosique, on lave à fond cette dernière et on la sèche. La produit cellulosique ainsi obtenu contient 2,5 g (5,3 mMoles) du cotnposé préci- té lié chimiquement, pour 10 g de cellulose.
Si on effectue la réaction ci-dessus huit fois de suite avec le même produit cellulosique, on peut obte- nir un produit qui renferme, pour 10 parties de cellulose, 15,4 parties (ou 32,8 mMoles pour 10 g de cellulose) du composé ci-dessus lié chimiquement. Cette teneur corres- pond à la réaction d'une unité du produit intermédiaire coloré sur 1.9 unité de cellulose, c'est-à-dire à un taux de substitution de 0,53.
Si on augmente davantage le nombre des réactions effectuées, on peut lier chimiquement des quantités encore plus importantes.
EXEMPLE 16
On mélange 10 parties de cellulose en poudre et 20 parties de chlorure de sodium avec 75 parties de solu- tion d'hydroxyde de sodium à 14%. Après un gonflement d'une heure, on ajoute 8 parties de bicarbonate de sodium finement pulvérisé. Apres 10 minutes, on introduit 3,3 parties du composé ayant la formule
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on agite soigneusement le mélange pour le rendre homogène.
Après un repos de 20 heures, le mélange réactionnel est versé dans 1000 parties d'eau, puis on neutralise l'alcali en excès au moyen d'acide chlorhydrique, on sépare par filtration la masse cellulosique et on la lave a fond.
Par diazotation subséquente et copulation selon l'exemple 5, on obtient suivant le copulant utilité des produits ayant les colorations indiquées à l'exemple 5 et au tableau.
MPLE 17
On mélange 10 parties de cellulose en poudre et 2 0 parties de chlorure de sodium avec 70 parties d'une solution d'hydroxyde de sodium à 14%. Après une heure de gonflement, on ajoute 12 parties de bicarbonate de sodium finement pulvérisa. Après 10 minutes, on introduit 4,7 parties du composé ayant la formule
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on agite bien le mélange afin de le rendre homogène. Après
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20 heure* de repos. le mélange réactionnel est versé dans 1000 parties d'eau; on neutralise l'alcali en excès au moyen diacide chlorhydrique, on sépare la masse cellulosi- que par filtration et on la lave à fond.
Par diazotation et copulation selon l'exemple 5, on obtient suivant le copulant utilité des produite ayant le* colorations indiquées à l'exemple 5 et au tableau.
EXEMPLE 18
On mélange 10 parties de cellulose en poudre et 20 parties de chlorure de sodium avec 70 parties de solu- tion d'hydroxyde de sodium à 14%. Après une heure de gonflement, on ajoute 16 parties de bicarbonate de sodium finement pulvérisé, Après 10 minutes, on introduit 2,8 parties du composé ayant la formule
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on agit* bien le mélange pour le rendre homogène. Après 20 heures de repos, le mélange réactionnel est verse dans 1000 parties d'eau, puis on neutralise l'alcali en excès au moyen d'acide chlorhydrique, on sépare par filtration la masse cellulosique et on la lave. fond.
Par diazotation et copulation selon l'exemple 5, on obtient suivant le copulant utilise des produits ayant les colorations indiquées à l'exemple 5 et au tableau.
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EXEMPLE 19
On mélange 10 parties de cellulose en poudre et 20 parties de chlorure de sodium avec 70 parties d'une solution d'hydroxyde de sodium à 14%. Après 'un gonflement d'une heure, on ajoute 12 parties de bicarbonate de sodium finement pulvérisé. Après 10 minutes, en ajoute 2,8 par- ties du composé ayant la formule
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On agite bien le mélange pour le rendre homogène. Après 20 heures de repos, le mélange réactionnel est versé dans 1000 parties d?eau, puis on neutralisé l'alcali en excès au moyen diacide chlorhydrique, on empare la masse cellu- losique par filtration et on la lave à fond.
Par diazotation et copulation selon l'exemple 5, on obtient suivant le copulant utilise des produits ayant les colorations indiquées à l'exemple 5 et au tableau.
EXEMPLE 20
On mélange 10 parties de cellulose en poudre et 20 parties de chlorure de sodium avec 60 parties de solu- tion da hydroxyde de sodium à 14%. Après une heure de gon- flement, on ajoute 3 parties du composé ayant la formule
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On laisse reposer le mélange pendant 4 jours à 40 dans un vase clos. On verse ensuite le mélange réactionnel dans 1000 parties d'eau, on neutralise l'alcali en excès au moyen diacide chlorhydrique, on sépare la masse par filtration et on la lave à fond,
Par diazotation et copulation selon l'exemple 5. on obtient, suivant le copulant utilisé, des produits ayant les colorations indiquées à l'exemple 5 et au tableau.
EXEMPLE 21
On mélange 2,4 parties du composé ayant la for- mule supposée
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(produit obtenu par condensation de la 2,4,6-trichloropy-
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rimidine sur l'acide m--phénylnediam3ne-eulfonlque) avec 10 parties de cellulose en poudre, 6 parties d'urée, 30 parties d'eau et 1 partie de carbonate de sodium. On laisse reposer la masse résultante pendant 14 heures à 50 et encore une demi-heure à 145 : on la porte ensuite dans 1000 parties d'eau, on neutralise le mélange au moyen diacide chlorhydrique, on isole le produit par filtration et on le lave à fond.
Par diazotation et copulation selon l'exemple 5,
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on obtient, suivant le copulant utilisé, des produits ayant les colorations indiquées à l'exemple 5 et au tableau.
EXEMPLE 22
On mélange 25 parties d'un produit coloré inso- luble, qui ne gonfle pas dans l'eau et dont la préparation se fait, par exemple, selon l'exemple 14, avec 225 parties d'eau, puis on broie le produit dans un broyeur à billes ou dans un broyeur oscillant ou dans des appareils analo- gues jusqu'à 1'obtention d'une dimension particulaire de 5 et moins On peut utiliser la pâte ainsi obtenue, par exemple comme ci-après,pour la teinture de masses de "Viscose" :
On introduit en agitant le dixième de la pâte obtenue dans 1175 parties d'une solution de xanthogénate de "Viscose" à 8,5%, ce qui correspond à une teneur de 100 parties d'Ó-cellulose.
On continue agiter la masse pendant une demi-heure et on procède à une désaération sous vide pendant 5 à 6 heureso
On extrude ensuite la masse de "Viscose", comme on le fait d'habitude pour des filés de "Viscose" à travers des filières et on coagule le produit dans un bain de préci- pitation à une température de 45 , ce bain contenant 120 g/1 diacide sulfurique à 96%, 270 g/1 de sulfate de sodium et 10 g/1 de sulfate de zinc.
On étire les fils obtenus de 25% et on les rassem-
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ble dans un pot de filage tournant à 600 tours/minute.
Le gâteau de filage ainsi obtenu est ensuite traité dans un appareil fermé par un liquide en circula- tion, tout d'abord pendant 10 minutes avec de l'eau de rinçage de 60 à 75 , puis par une solution de 5 g/1 de sulfite de sodium pendant 20 minutes à 70 pour la désul- furation et finalement avivé avec une solution d'oléate de sodium à 50 g/1 à 50 et pendant 10 minutes.
Les bains de précipitation et de traitement ne sont pas colorés ou seulement faiblement colorée.
On obtient ainsi des teintures impeccables d'une bonne transparence et résistant au lavage et au frottement.
EXEMPLE 23
On mélange 25 parties d'un produit coloré poly- hydroxylé capable de gonfler dans l'eau, dont la prépara- tion est décrite dans l'exemple 15, avec 225 partira d'al- cool et on broie le mélange dans un broyeur à billes ou dans un broyeur oscillant ou dans des appareil* analogues jusqu'à obtention d'une dimension particulaire de 5 et moins. On peut utiliser la pâte obtenue, par exemple, pour la teinture de masses de "Viscoser".
On peut également prolonger le broyage jusqu'à @ l'obtention de produits, qui sont solubles dans des solu- tions dhydroxyde de sodium à 1 - 8% ou même dans l'eauo
Après cela, on évapore l'alcool et on soumet
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éventuellement le produit sec coloré obtenu à un nouveau broyage à sec.
@