Procédé de préparation de solutions homogènes de cellulose dans des acides. Lorsqu'on prépare la soie artificielle à partir de so'.utions -de cellulose dans l'acide sulfurique et d'autres acides convenant à la fabrication de fils, pellicules, rubans et au tres produits artificiels, on se heurte à la dif ficulté que la solution contient plus ou moins de particules non .dissoutes que l'on ne peut éliminer facilement même par filtration. L'invention a pour but d'éviter cet inconvé nient.
Le procédé de préparation de solutions homogènes de cellulose qui en fait l'objet est caractérisé en ce que l'on forme d'abord une suspension homogène de fibres, en traitant la cellulose pendant un -court instant par une quantité d'acide suffisante d'une concentra tion moindre que celle qui est. nécessaire pour dissoudre la cellulose et qui supprime la liai son mutuelle des fibres, et en ce que l'on aug mente ensuite la concentration en acide pour effectuer la dissolution.
Pour préparer une solution dans l'acide sulfurique, on peut procéder comme suit: On traite la cellulose par l'acide sulfurique à environ 57 à<B>63%,</B> cette force de l'acide n'étant pas suffisante pour dissoudre la @cellu- lose, puis on ajoute rapidement une nouvelle quantité d'acide sulfurique à la quantité de cellulose traitée en brassant ou en pétrissant la masse, la quantité et la concentration de l'acide sulfurique étant telles que la cellu lose en suspension se dissolve.
L'acide qui produit la .dissolution doit être ajouté très rapidement cbmme on vient de le .dire, afin -de bien se mélanger. avec la suspension -de fibres avant que la cellulose ne prenne la forme colloïdale.
Le traitement préalable, qui produit la suspension, peut être effectué avec environ dix parties d'acide sulfurique pour une de cellulose.
<I>Exemple:</I> On ajoute à 15 @C à -les feuilles de .cellu lose sulfitée sèches à l'air, dix fois leur quan- tité,d'acide sulfurique à 60,1Ï. La liaison mu tuelle qui existe entre les fibres .de cellulose est presque immédiatement rompue et il se forme une suspension de fibres sans que la cellulose soit dissoute.
Afin d'être sûr que la suspension de fibres soit homogène, on brasse la masse préparée de cette manière (qui â, la consistance d'une bouillie), pendant un temps très court dans une machine à pétrir. On ajoute alors rapide ment et en une fois de l'acide plus concentré en continuant à pétrir et à brasser la muse et en quantité telle que la concentration, sans tenir compte de la cellulose, soit de 63 %.
La solution devient presque instantanément d'une homogénité absolue et ne contient plus de fibres, et peut être filée -de la manière con nue après avoir été soumise à quelque autre traitement si on le désire, tel que celui qui consiste à rendre la solution métastable en ajoutant une telle quantité .d'eau ou d'une au tre matière (ou de mélanges de matières) so luble dans le solvant, que la concentration .du solvant dans la solution de filage est infé rieure à la concentration .de solution.
On a constaté que suivant la qualité -de la cellulose -et la température, avec une concen tration d'acide sulfurique inférieure à 60-57%, la liaison mutuelle des fibres de cellulose ne peut pas être .détruite, et que, dans,ce cas, on ne peut obtenir une suspension de fibres que par des moyens mécaniques. Si l'acide de la suspension est à une température moindre, la suspension se forme pour une con centration moindre. Toutefois, pour n'im porte quelle température, il existe une cer taine concentration .correspondante -de l'acide -de la suspension;
on a constaté,- par exemple, que pour une température .d'environ 15 C, la .concentration la meilleure de l'acide de la suspension est 60 %. Si, dans # cas, .on em ploie de l'acide sulfurique à 57 %, il ne sera pas possible de préparer une solution absolu ment homogène .dans un laps de temps raison nable.
Le nouveau procédé présente les avan tages suivants: 10 Par aucune autre méthode, on ne peut obtenir une solution complètement homogène. Par contre, si l'on prépare .suivant l'invention avant toute autre opération une suspension -de fibres, il se forme une solution parfaite, absolument homogène, ce qui est un avantage, ,car dans le procédé, -on évite que -des parti cules de cellulose restent non mouillées ou non complètement mouillées par l'acide qui sert .de solvant;
2e Lorsqu'on applique le procédé suivant l'invention, on peut obtenir la solution au moyen d'un acide sulfurique ayant le mini mum -de -concentration, c'est-à-dire que lors qu'on exécute le procédé sur une éehelle in dustrielle on peut utiliser la concentration minimum d'acide sulfurique par laquelle les fibres distinctes sont dissoutes sous forme colloïdale.
Par exemple, lorsqu'an utilise une concentration finale d'acide sulfurique -de 63 % en poids (compte non tenu de la, cellu lose), il est possible,de préparer .de bonnes so lutions de cellulose, ce qui ne l'est pas si l'on n'applique pas le procédé suivant l'invention; <B>30</B> La préparation de la suspension ainsi que -de la solution ne demande que quelques minutes, -ce qui est un avantage économique très important, par exemple pour la qualité du produit final, car aussi longtemps que la solution n'est pas rendue métastable, la cellu lose de la solution se saccharifie;
40 On peut préparer la solution à l'aide d'un appareillage très simple; 50 Le procédé suivant l'invention permet de préparer une solution dans laquelle le pour centage de .cellulose est le plus élevé possible, cette solution n'étant pas rendue pour cela non homogène et ne contenant pas de particules non dissoutes.
Au cours des recherches qui ont conduit à la présente invention, on a constaté que l'on ne peut pas arriver au résultat désiré par d'autres moyens. Par exemple, on a essayé de produire une solution homogène en arro sant -de solvant la matière cellulosique -dé liée. Mais il reste toujours des particules non dissoutes dans la solution et la viscosité de celle-ci varie -d'un point à un autre. On se heurtait aux mêmes -difficultés si l'on traitait préalablement la cellulose avec un acide qui ne rompît pas la liaison mutuelle des fibres de cellulose. Même en divisant finement la masse en petits morceaux dans un moulin, on n'ob tenait pas ,de résultat.
Au lieu -d'acide sulfurique, on peut. utiliser tous les autres acides qui dissolvent directe ment la cellulose, comme, par exemple, l'a cide chlorhydrique, l'acide phosphorique, ete. ou des mélanges de ces acides tels que, par exemple, un mélange d'acide sulfurique et d'acide -chlorhydrique.
Comme ou l'a déjà -dit, le procédé permet la préparation de solutions absolument homo gênes de la cellulose dans des acides, contrai rement aux procédés connus. Ceci provient du fait que, dans ces derniers, lorsque les fibres ne sont pas dissoutes simultanément de tous côté, ce qui est le cas lorsque l'on divise d'a bord la cellulose en petits fragments sans for mer une suspension homogène de fibres, ces fragmenta subissent une dissolution superfi cielle avant que l'acide utilisé comme solvant n'en atteigne le .centre.
Par suite de la grande viscosité de la solution formée autour du cen tre des fragments de cellulose, l'acide dissol vant n'est pas capable d'atteindre le centre des parcelles et toute solution homogène est impossible.
Process for the preparation of homogeneous solutions of cellulose in acids. When preparing artificial silk from solutions of cellulose in sulfuric acid and other acids suitable for the manufacture of yarns, films, ribbons and other artificial products, one comes up against the difficulty that the solution contains more or less non-dissolved particles which cannot be easily removed even by filtration. The object of the invention is to avoid this drawback.
The process for preparing homogeneous solutions of cellulose which is the subject thereof is characterized in that first a homogeneous suspension of fibers is formed, by treating the cellulose for a short time with a sufficient quantity of acid d 'a concentration less than that which is. necessary to dissolve the cellulose and which suppresses the mutual binding of fibers, and in that the acid concentration is then increased to effect the dissolution.
To prepare a solution in sulfuric acid, we can proceed as follows: The cellulose is treated with sulfuric acid at about 57 to <B> 63%, </B> this strength of the acid not being sufficient to dissolve the cellulose, then a further amount of sulfuric acid is quickly added to the amount of cellulose treated by stirring or kneading the mass, the amount and concentration of the sulfuric acid being such that the cellulose in suspension dissolves.
The acid which produces the dissolution must be added very quickly as has just been said, in order to mix well. with the fiber suspension before the cellulose takes on the colloidal form.
The pretreatment, which produces the suspension, can be carried out with about ten parts of sulfuric acid to one of cellulose.
<I> Example: </I> To the air-dry sulphited cellulose sheets, ten times their quantity, 60.1% sulfuric acid is added at 15 ° C. The mutual bond which exists between the cellulose fibers is almost immediately broken and a suspension of fibers forms without the cellulose being dissolved.
In order to be sure that the fiber suspension is homogeneous, the mass prepared in this way (which has the consistency of a slurry) is stirred for a very short time in a kneading machine. More concentrated acid is then added rapidly and at once while continuing to knead and stir the muse and in an amount such as the concentration, without taking into account the cellulose, ie 63%.
The solution becomes almost instantaneously absolutely homogeneous and contains no more fibers, and can be spun - in the known manner after having been subjected to some other treatment if desired, such as that of rendering the solution metastable. by adding such a quantity of water or of another material (or mixtures of materials) soluble in the solvent, that the concentration of the solvent in the spinning solution is lower than the concentration of the solution.
It has been found that depending on the quality of the cellulose and the temperature, with a sulfuric acid concentration of less than 60-57%, the mutual bond of the cellulose fibers cannot be destroyed, and that, in, in this case, a fiber suspension can only be obtained by mechanical means. If the acid in the suspension is at a lower temperature, the suspension forms at a lower concentration. However, for any temperature, there is a certain corresponding concentration of the acid in the suspension;
it has been found, for example, that for a temperature of about 15 ° C., the best concentration of acid in the suspension is 60%. If, in this case, 57% sulfuric acid is used, it will not be possible to prepare an absolutely homogeneous solution within a reasonable period of time.
The new process has the following advantages: By no other method it is possible to obtain a completely homogeneous solution. On the other hand, if a suspension of fibers is prepared according to the invention before any other operation, a perfect solution is formed, absolutely homogeneous, which is an advantage, because in the process, it is avoided that - cellulose particles remain either not wetted or not completely wetted by the acid which serves as a solvent;
2e When the process according to the invention is applied, the solution can be obtained by means of a sulfuric acid having the minimum concentration -mum, that is to say that when the process is carried out on a On an industrial scale, one can use the minimum concentration of sulfuric acid by which the individual fibers are dissolved in colloidal form.
For example, when using a final concentration of sulfuric acid of 63% by weight (not taking cellulose into account), it is possible to prepare good cellulose solutions, which does not. is not if the method according to the invention is not applied; <B> 30 </B> The preparation of the suspension as well as of the solution requires only a few minutes, which is a very important economic advantage, for example for the quality of the final product, because as long as the solution is not made metastable, the cellulose in the solution saccharifies;
40 The solution can be prepared using very simple apparatus; The process according to the invention makes it possible to prepare a solution in which the percentage of cellulose is as high as possible, this solution not being rendered non-homogeneous for this reason and not containing undissolved particles.
In the course of the research which led to the present invention, it has been found that the desired result cannot be achieved by other means. For example, attempts have been made to produce a homogeneous solution by watering the bound cellulosic material with solvent. But there are still undissolved particles in the solution and the viscosity of the solution varies from one point to another. The same difficulties were encountered if the cellulose was previously treated with an acid which did not break the mutual bond of the cellulose fibers. Even by finely dividing the mass into small pieces in a mill, no result was obtained.
Instead of sulfuric acid, one can. use all other acids which directly dissolve cellulose, such as, for example, hydrochloric acid, phosphoric acid, ete. or mixtures of these acids such as, for example, a mixture of sulfuric acid and -hydrochloric acid.
As or has already been said, the process allows the preparation of absolutely homogeneous solutions of cellulose in acids, contrary to known processes. This is due to the fact that, in the latter, when the fibers are not dissolved simultaneously on all sides, which is the case when the cellulose is divided on board into small fragments without forming a homogeneous suspension of fibers, these fragments undergo a surface dissolution before the acid used as solvent reaches the center.
Due to the great viscosity of the solution formed around the center of the cellulose fragments, the dissolving acid is not able to reach the center of the plots and any homogeneous solution is impossible.