CH285476A - Procédé pour la fabrication de la carboxyméthylcellulose de sodium. - Google Patents

Procédé pour la fabrication de la carboxyméthylcellulose de sodium.

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CH285476A
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Wyandotte Chemicals Corp
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B11/00Preparation of cellulose ethers
    • C08B11/02Alkyl or cycloalkyl ethers
    • C08B11/04Alkyl or cycloalkyl ethers with substituted hydrocarbon radicals
    • C08B11/10Alkyl or cycloalkyl ethers with substituted hydrocarbon radicals substituted with acid radicals
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Description


  



  Procédé pour la fabrication de la   carboxyméthylcellulose    de sodium.



   La présente invention concerne un procédé pour la fabrication de   earboxyméthyleellulose    de sodium, dite   aussi   cellulose-glycolate    de   sodium  .    Cette substance se prte à de nom  breuses utilisations    et applications industrielles, telles que : incorporation à des produits destinés à faciliter le forage, utilisation comme agent d'épaississement ou de dispersion dans la fabrication de produits cosmétiques et de peintures, utilisation comme addition aux produits alimentaires, incorporation aux savons et détersifs comme accélérateur de détersion, etc.



   Il en est résulté une demande importante et toujours croissante de carboxyméthylcellulose de sodium, demande qu'il n'a souvent pas été possible de satisfaire par suite de la relative longueur des procédés de fabrication. La présente invention a pour but de réaliser la fabrication de la   carboxyméthylcellulose    de sodium plus rapidement qu'avec les procédés connus, tout en obtenant un taux de transformation sensiblement égal à celui atteint avec ces procédés et un taux de substitution très élevé par rapport au taux de substitution théorique.



   Le procédé selon la présente invention pour la fabrication de la   carboxyméthylcellu-    lose de sodium est caractérisé en ce que l'on soumet au malaxage mécanique une masse de cellulose pulvérisée dont les particules sont d'une grosseur leur permettant de traverser un tamis N  40, l'on ajoute à cette masse, en cours de malaxage, une solution aqueuse de soude caustique et une solution aqueuse d'éthérification d'acide   chloracétique    ou de chloraeétate de sodium.



   En opérant conformément à l'invention, on   réalise une éthérification hautement effi-    cace, on élimine le trempage de la cellulose dans les réactifs liquides, qui exige une installation et des machines coûteuses, et on évite également la nécessité de la manutention de grandes quantités excédentaires de réactif liquides. Le procédé suivant l'invention permet d'obtenir une éthérification parfaite et complète dans une période de trois à hui heures, c'est-à-dire en une période de à huit fois inférieure à celle qu'exigent les procédés connus. De plus, le taux de substitution est élevé. De cette manière, on ne sacrifie pas la réalisation   d'une    réaction parfaite et   effi-    eace à l'accélération du processus.

   Le présent procédé peut tre mis en oeuvre dans une installation relativement peu coûteuse et légère et se prte facilement à la mise en oeuvre continue.



   Le procédé suivant l'invention est   d'ordi-    naire exécuté comme suit : On utilise une cellulose pulvérisée par broyage (cellulose   floconneuse  ), dont les particules traversent le tamis   N     40 et dont la densité apparente peut tre de 0,8   kg/dm3    ou supérieure. On soumet cette cellulose broyée, avec les réactifs liquides, en l'espèce la solution de soude caustique et la solution d'acide   chloracétique    (ou de   chloracétate    de sodium), à un malaxage mécanique jusqu'à ce que la réaction chimique soit complètement achevée. On ajoute de pré  férence    les réactifs liquides successivement, mais l'ordre de leur incorporation importe peu. On peut d'abord introduire la soude caustique et ensuite l'acide, ou inversement.



  La cellulose pulvérisée et les réactifs ajoutés sont agités dans un agitateur mécanique de construction simple, en l'espèce dans un tambour rotatif et oscillant. On peut également utiliser un malaxeur équivalent pour matières solides, par exemple un pétrin ou un   mélan-      geur    à bras en   sigma  . Le mélange de la cellulose et des réactifs ainsi que la réaction de l'éthérification peuvent avoir lieu entièrement dans le tambour de malaxage, qui constitue alors l'unique appareil nécessaire.



   Il est très important que la grosseur des particules de la cellulose broyée, utilisée dans le procédé suivant l'invention, satisfasse à la condition indiquée. En effet, lorsque la cellulose est amenée en contact avec une solution d'un alcali caustique, les fibres ou particules de la cellulose ont tendance à gonfler et empchent ainsi la pénétration des réactifs liquides à l'intérieur de la masse de la eellulose, ce qui contrarie le déroulement de la réaction. Cet effet se présente particulièrement dans le cas de la cellulose en feuilles, et mme avec de la cellulose dite   granulée  , qui est une feuille de cellulose fragmentée en paillettes et peut donc tre considérée comme une cellulose broyée à grosses particules, c'est  à-dire    d'une grosseur supérieure à celles pas  sant    par le tamis N  16.

   La cellulose     duve-      tée  , qui    est constituée par des fibres non broyées formant un duvet d'une densité apparente extrmement faible (0,15 à 0,30   kg/dm3),    se met   en paquet   lorsqu'elle est mouillée par le réactif liquide et soumise au malaxage.



   Dans les procédés connus, la nécessité d'employer un excès de réactifs liquides, en   l'es-    pèce de soude caustique, est due incontestablement au gonflement précité des agglomérats de cellulose. Dans le procédé suivant l'invention, par contre, les particules séparées de cellulose ont une grosseur telle qu'elles puissent tre parfaitement mouillées et qu'elles soient capables de réagir avec les réactifs liquides dans toute la masse de la cellulose.



  Dans ces conditions, il suffit d'utiliser les proportions   stoechiométriques    de soude caustique.



   Pour la mise en oeuvre du procédé, on peut utiliser une solution de   chloracétate    de sodium préparée d'avance, mais il est préférable que la formation du   chloracétate    de sodium ait lieu au sein de la masse de réaction. A cet effet, on peut distribuer de l'acide   chloracé-    tique dilué sur le mélange de cellulose et de
NaOH, ou ajouter du carbonate de sodium solide et sec (dit   cendre de soude   légère  )    à la cellulose et distribuer ensuite une   solu-    tion d'acide   chloracétique    sur la solution.



  Enfin, on peut également inverser l'ordre d'addition et distribuer d'abord la solution d'acide   chloracétique    pour ajouter ensuite le carbonate de sodium solide et sec.



   Le procédé suivant l'invention présente également l'avantage de permettre l'utilisation de solutions de réactifs relativement fortes ou relativement concentrées, ce qui supprime la nécessité de la manutention et de l'extraction de l'eau en excès. On a constaté qu'il est préférable d'utiliser une solution de soude caustique d'une concentration de   50  lo    environ et des solutions d'acide   chloracétique    d'une concentration d'au moins 50   %    ; les solutions   d'acide chloracétique    d'une concentration de l'ordre de 80  /o agissent parfaitement.



   Pour mieux faire ressortir l'efficacité et la relative simplicité du procédé suivant l'invention, on rappellera d'abord comment on prépare la   carboxyméthylcellulose    de sodium, d'après l'exemple 1 du brevet américain   N     2131733 :
 On utilise de la cellulose de bois en feuilles (pulpe sulfite     St-Regis Rauma blanchie  ).   



  On en trempe 500 g pendant deux heures dans une solution de   monoehloracétate    de sodium, à   37% en    poids environ. Après le trempage, on presse la cellulose pour chasser l'excès de solution jusqu'à un poids de   1375 g.   



  On introduit les feuilles de cellulose pressées dans une   déchiqueteuse,    dans laquelle elles sont déchiquetées pendant une heure. On ajoute à la cellulose déchiquetée une solution de soude caustique   (à      44       lo)    et on soumet le mélange à l'action de la   déchiqueteuse    pendant une période supplémentaire de 20 heures.



  On introduit le produit résultant dans un four chauffé à   80     C, dans lequel on le laisse séjourner pendant une heure et demie en vue d'un séchage convenable.



   L'analyse montre que la   carboxyméthyl-    cellulose de sodium résultant de ce procédé   contient    (en moyenne) 6,7    lo    en poids   d'élé-    ments insolubles (secs) et présente un taux de substitution de 0,2. Ce taux de substitution est donc de l'ordre de 20    lo    environ du taux de substitution théorique égal à 1,0   (1    mol.
 gramme d'agent d'alcoylation par   mol.-gramme    d'unités de glucose de la cellulose).



   Exemple 1 :
 On a utilisé une cellulose de bois pulvérisée ou broyée (   BW-40 Solka   Floc),    d'une grosseur de particules correspondant aux tamis N    40-300,    et d'une densité apparente de 1, 13   kg/dm3,    qu'on a introduite, en une quantité de 1400 g, dans un tambour malaxeur rotatif d'un diamètre de 525 mm et d'une longueur de 300 mm.



   Une analyse granulométrique de cette cellulose broyée ou pulvérisée a donné les in  dications    suivantes :
 Tamis No. Proportions retenues
 normes, américaines) en %
 40 0,4
 60   14,    2
 80 22,6    100 8, 0   
 200 25,0 au-delà de   200-29,      8 ouzo    29,8
 Total 100,0
 On voit que la majeure partie (54,8  /o) de cette cellulose est plus fine que le tamis
N  100.



   Après l'introduction de cette cellulose pul  vérisée    dans le tambour malaxeur, on a   distri-    bué dans ce tambour et sur la cellulose sèche 1770 g   d'une    solution d'acide monochloracétique d'une concentration de 48,8  /o, pendant une période de 16 minutes. Cette quantité d'acide   monochloracétique    correspond à 1,07 mol.-gramme par mol.-gramme d'unités de glu  cose    de la cellulose.

   On a prolongé le malaxage pendant une heure, et on a ajouté en l'espace de 10 minutes 480 g de carbonate de sodium anhydre   (équivalentstoechiométrique    de l'acide   chloracétique    présent) sous la forme de     een-      dre    de soude   légère  .    On a prolongé le malaxage de ce mélange pendant une période de une heure et demie. En 56 minutes, on a distribué sur le mélange malaxé une solution de soude caustique d'une concentration de 50  /o de NaOH en poids, en une quantité de 1001 g.



     1    heure et 34 minutes après la fin de la distribution de la soude caustique, on a ajouté au mélange de réaction 510 g de bicarbonate de sodium, c'est-à-dire une quantité suffisante pour neutraliser l'excédent de soude caustique. On   a    prolongé le malaxage pen  dant une période supplémentaire    de deux heures. Après séchage de la   carboxyméthyl-    cellulose de sodium dans un four, on en a obtenu 3050 g. Cela représente un rendement de 55,3  /o en   carboxyméthylcellulose    sèche, calculé sur le poids de la masse totale de départ (y compris   l'eau)    utilisée-dans le procédé. La durée totale du procédé s'étend donc sur 7 heures et 26 minutes.



   Après analyse, on a trouvé que la carb  oxyméthylcellulose    de sodium contenait 8,4  /o en poids de matières insolubles, et présentait un taux de substitution de 0,72. Le taux de substitution théorique, d'après la totalité de l'acide   chloracétique    utilisé dans le   procède    par mol.-gramme d'unités de glucose de la cellulose, est de 1,07. Le taux de substitution réel atteignait donc 67    /o    du taux de substitution qu'il est possible d'obtenir théoriquement.



   Exemple   2    :
 On a utilisé 13,6 kg de la cellulose pulvérisée employée dans l'exemple   1,    qu'on a introduite avec   4,    76 kg de cendre légère de soude dans un tambour rotatif d'un diamètre de 1200 mm, entraîné en rotation avec une vitesse de 16 tours-minute ; on   a    malaxé le mélange pendant une période de une heure. On a distribué dans le tambour tournant, en l'espace de 25 minutes, une solution d'acide   monochloracétique    d'une concentration de 48,8    /o,    en une quantité de 17,3 kg, qui est l'équivalent   stoechiométrique    du carbonate de sodium présent.

   On a prolongé le malaxage du mélange de cellulose et de   monochloracé-    tate de sodium pendant   1    heure, et on a distribué sur le mélange une solution de soude caustique d'une concentration de 46,8    /o,    en une quantité de 8,43 kg. Cette distribution de la soude caustique a été étendue sur une période de 20 minutes. Après l'addition de la soude caustique, on a prolongé le malaxage pendant une période de 30 minutes, et on a évacué la   earboxyméthyleellulose    de sodium du tambour. La durée totale du procédé a donc été de 3 heures et 15 minutes.



   On a séché le produit dans un four à une température de   30       C.   



   On a préparé deux charges   supplémen-    taires en procédant de la manière   précédem-    ment décrite, et on a mélangé les produits des trois opérations pour obtenir un mélange moyen.



   Après analyse, on a trouvé que le mélange moyen contenait   11,    9   O/o    de matières insolubles et présentait un taux de substitution de 0,8 ce qui représente   75 O/o    du taux de   substitu-    tion qu'on peut obtenir théoriquement.



   Exemple 3 :
 On a utilisé la mme cellulose pulvérisée que dans les exemples 1 et 2. On a introduit 1260   g    de cette cellulose dans le tambour également utilisé dans   l'exemple 1. Sur    la cellulose malaxée, on a distribué en une demiheure 1800 g d'une solution de soude caustique d'une concentration de   27 %.    On a prolongé le malaxage pendant 2 heures et demie, et on a distribué dans le tambour 1026 g de   chloracétate    de sodium   d'une    concentration de   94,      5 %.    On a prolongé le malaxage pen  dant deux autres    heures   y    compris la durée pour l'addition de la solution de   chloracétate    de sodium,

   et on a ajouté ensuite 459 g de bicarbonate de sodium sec. On a prolongé le malaxage pendant une période finale de 2 heures. La durée totale du procédé a donc été de 7 heures. On a évacué le produit de réaction du tambour de malaxage et on   l'a    séché dans un four à une température de   65     C. L'analyse du produit ainsi obtenu indiquait que ce produit était l'équivalent de celui obtenu dans l'exemple 1.



   Pour réaliser les exemples   1    à 3 ainsi que l'exemple qui sera décrit ci-après, on peut aussi se servir de celluloses broyées floconneuses à grains plus fins, par exemple de la composition suivante :
 Tamis   No.    Proportions Proportions    cnormes retenues retwnnPs
 inormes   BW-100     BW-SOO  
 eii % en %   
 100 11,   0    0,5
 150   16, 5 5,    5
 200 13,0   12, 5   
 325 12,5 36,0
Au-delà de   325 47,    0   45,    5
 Total 100,0 Total 100,0
 On voit que, pour ces deux produits la majeure partie de la cellulose est constituée par des particules plus fines que le tamis
N  100, respectivement dans des proportions de 89 et de 99,5    /o.   



      Exeteple-f :   
 Les   exemples 1 à    3 concernent un procédé de mise en ouvre par charges successives.



  Pour la mise en oeuvre continue du procédé, on introduit la cellulose pulvérisée, à particules traversant un tamis N    40,    dans un transporteur à vis, qui l'introduit à son tour par l'orifice d'admission dans un tambour de réaction rotatif allongé présentant une faible pente. La vitesse de rotation, la pente de ce tambour ainsi que sa longueur sont choisies de façon que le parcours de la cellulose   (à    la fois avant et après la réaction et pour une quantité déterminée) d'un bout à l'autre du    tambour s'étende sur une période de 3 à 5    heures environ.



   Dans ce cas, la solution de soude caustique d'une concentration de 50    /o    est distribuée par un distributeur à proximité de l'orifice d'entrée du tambour. La solution d'acide   monochloracétique    d'une concentration de 80    /o    environ est ensuite distribuée sur le mélange de réaction par un autre distributeur qui est placé à peu près au milieu de la longueur du tambour de réaction.



   Le produit de réaction est continuellement évacué par l'orifice de sortie du tambour. Ce produit peut parfaitement servir à l'état humide, tel qu'il sort du tambour. Dans   cer-    tains cas, il est préférable qu'il soit déshydraté. Mais pour obtenir un produit déshydraté, on peut faire passer le produit humide directement de l'orifice de sortie du tambour de réaction dans un sécheur séparé, par exemple un four de séchage ou un sécheur à action instantanée.



   Une masse (ayant subi un séchage instan  tané)    constituée par des échantillons pris sur plusieurs milliers de kilos de produits préparés selon cet exemple, révèle à l'analyse une teneur moyenne en matières insolubles de 5,5   I/o,    à sec et un taux de substitution de 0,6 et plus, représentant au moins 50  /o du taux théoriquement réalisable. La vitesse d'intro  duction    de la matière de départ et des réactifs est réglée pour l'obtention d'un taux de substitution théorique de 1,2.


Claims (1)

  1. REVENDICATION : Procédé pour la fabrication de la carboxy- méthyleellulose de sodium, caractérisé en ce que l'on soumet au malaxage mécanique une masse de cellulose pulvérisée dont les particules sont d'une grosseur leur permettant de traverser un tamis N 40, l'on ajoute à cette masse, en cours de malaxage, une solution aqueuse de soude caustique et une solution aqueuse d'éthérification d'acide chloracétique ou de chloracétate de sodium.
    SOUS-REVENDICATIONS : 1. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que la majeure partie des particules de la cellulose pulvérisée traversent le tamis N 100, la densité apparente de cette cellulose étant égale à au moins 0,8 kg/dm3.
    2. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que les solutions utilisées présen- tent une concentration d'au moins 50 /o en poids.
    3. Procédé selon la revendication et les sous-revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on mélange la cellulose pulvérisée avee de l'acide chloracétique et on ajoute du carbonate de sodium en proportion stoechiométri- que pour neutraliser l'acide, après quoi on répand sur la masse une solution aqueuse de soude caustique.
    4. Procédé selon la revendication et les sous-revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que l'on ajoute finalement du bicarbonate de sodium pour neutraliser l'excès de soude caustique.
    5. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'on introduit une solution d'acide ehloracétique dans la cellulose préa- lablement imprégnée de solution de soude caustique.
    6. Procédé selon la revendication, earac térisé en ce que l'on introduit au sein de la masse de cellulose du carbonate de sodium solide et sec, puis une solution d'acide chlor- acétique, puis la solution de soude caustique.
    7. Procédé selon la revendication, carac- térisé en ce que l'on introduit au sein de la masse de cellulose une solution d'acide chlor- acétique, puis du carbonate de sodium solide et sec, et enfin la solution de soude caustique.
    8. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'on introduit la cellulose dans un tambour rotatif, par l'une de ses extrémités, on distribue la solution de soude caustique dans le tambour à proximité de l'orifice d'entrée de la cellulose, on distribue de l'acide chloracétique dans le tambour en un point plus éloigné de l'orifice d'entrée, et on évacue continuellement la carboxyméthylcellulose de sodium par l'extrémité opposée du tambour.
    9. Procédé selon la revendication, carac térisé en ce que l'on prolonge l'opération de malaxage pendant 3 à 8 heures.
CH285476D 1949-05-02 1949-05-02 Procédé pour la fabrication de la carboxyméthylcellulose de sodium. CH285476A (fr)

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