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BREVET D'INVENTION
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----------r---------- PERFECTIONNEMENTS DANS LE TRAITEMENT DES RESINES ET GOMMES NATURELLES
L'invention est relative à des perfectionnements aux traitements à ehaud des gommes et résines naturelles dans le but de les rendre solubles et propres à être employées dans les industries des vernis, couleurs, peintures et analogues.
Le traitement à chaud en question comprend l'opération dite "de perte de poids" de fusion ou cuisson/, ainsi que d'autres traitements de ces matie- res à des températures élevées, comme l'estérification, par exemple avec du glycérol.
Le but de la cuisson, dans laquelle il est nécessaire de chauffer les gommes jusqu'à une température qui varié avec le gen- re de gomme employé, mais qui est d'ordinaire comprise entre 280 et 360 C, est de rendre les gommes, tel que le copal du Congo, le Kauri, et analogues, solubles dans l'alcool, la térébenthine, et les huiles de lin, de bois de Chine et semblables. La nature chimique de l'action de la chaleur n'est pas connue mais est sup- posée être une dépolymérisation accompagnée de décomposition et de décarboxylation.
L'art du procédé est d'exécuter la dépolymérisa-
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tion avec un minimum de décomposition et de décarboxylation,
La pratique courante consiste à charger un pot à gomme avec des morceaux calibrés de gomme fossile et à chauffer à feu nu à des températures jusque 3600 C jusqu'au moment ou la gomme s'est ramollie, a moussé et s'est clarifiée en un liquide clair et est, par essai, reconnue soluble dans l'huile de lin.
Durant l'opération de chauffage, de grands écarts de températures sont nécessaires en raison du fait que les gommes sont d' ordinaire en gros morceaux et sont de très mauvais conducteurs de la chaleur.
Les produits de la décomposition étant formés d'huilas vola- til@s, distillent et son connus sous le nom de "vapeurs". Ces "vapeurs" sont de peu de valeur et peuvent représenter de 25 à 30% du poids de la gomme traitée.
On supposait antérieurement - Noel Haeton, Couleurs et Vernis, 1928 - qu'une gomme n'était pas complètement "cuite" jusqu' au moment ou cette perte de 20 à 30% s'était produite. Il est en outre indiqué dans des ouvrages sur la matière que pour rendre des gommes plus solubles,de plus grandes quantités de "vapeurs" doivent être distillées.
Le demandeur a trouvé que le procédé de dépolymérisation qui rend les gommes solubles dans l'huile de lin est distinct du procédé de décomposition lequel donne : a) une perte de matière par les vapeurs b) une perte de résistance aux actions climatériques du vernis confectionné à l'aide de la gomme cuite c) une perte de dureté de la gomme cuite d) un abaissement du point de fusion de la gomme cuite.
Plus récemment, divers procédés ont été proposés dans lesquels la décomposition des gommes est indiquée comme évitée, bien que le chauffage direct y soit encore employé.
Le procédé conforme à la présente invention comprend essentiellement le contrôle de la transmission de chaleur en utilisant
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maintenu à une. température déterminée, de sorte que la fusion de la gomme ou de la résine se produit mais que la gomme ou la résine n'est pas chauffée au point qu'une décomposition marquée en "vapeurs" se produise.
Durant ce procédé de chauffage, l'air est de préférence soigneusement éliminé par le vide ou en faisant passer un gaz inerte dans le récipient, comme par exemple de l'acide carbonique ou de l'azote, les produits condensables et l'excès de gaz étant conduits à la manière usuelle dans des condenseurs. Le gaz inerte peut naturellement être séparé et remis en circulation.
Le demandeur a en outre trouvé que, dans ces conditions, on obtient un meilleur résultat si une masse ou culot liquide de gomme fondue provenant d'une cuisson précédente'est maintenu dans le réoipient et que la gomme fraîche y est graduellement introduite.
La masse liquide entoure la gomme fraîche et assure une transmission rapide de chaleur.
Qu bien encore la masse peut être formée en dissolvant une quantité de gomme non cuite dans les vapeurs condensées d'une cuisson antérieure, de préférence dans la portion des vapeurs bouillant au-dessus de 1500 C. Durant le procédé de chauffage, cette transmission de chaleur peut être favorisée par une agitation mécanique.
Comme agent de transmission de chaleur il est préférable d'employer le produit connu sous le nom de liquide fénilique qui est un mélange eutectique comprenant de 1''oxyde de diphényl et qui est liquide tant à la température ordinaire qu'à la température de l'opération. Cet agent peut par suite être amené en circulation dans un récipient à chemise ou enveloppe contenant la gomme ou résine. On peut également employér de l'oxyde de diphényl même ou du diphényl d'une manière analogue sous'la pression nécessaire suivant la température à laquelle on désire opérer, pourvu que pendant la circulation la température ne puisse tomber en dessous du point de solidification de l'agent en circulation.
L'emploi d'un agent de transmission de chaleur liquide
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permet un contrôle très strict de la température, de sorte que l'on peut ne maintenir qu'un faible écart de température entre l'agent de chauffage et le récipient contenant la gomme. On a constaté en général que les mêmes conditions s'appliquent à l' estérification des gommes et des résines avec le glycérol ou autre alcool.
En exécutant le procédé de l'invention, on utilise de préférence un autoclave à chemise ou enveloppe qui peut être émaillé ou doublé d'aluminium grâce à quoi on obtient l'avantage supplémentaire de préserver ou conserver la couleur de la gomme, car antérieurement lorsque lagomme était traitée dans des pots à gomme de fer, la présence de l'air et le contact du fer fonçait la gomme,
En exécutant l'opération dans ces @ conditions, les pertes par les vapeurs peuvent être réduites à 5% ou même moins, tandis que l'on conserve les propriétés désirables d'une gomme fossile telle que la solidité et la durabilité.
En outre, de très grandes quantités de matière peuvent être traitées en une charge, grâce à quoi on peut obtenir une quantité de gomme traitée de couleur uniforme sans avoir à mélanger un certain nombre de petites charges. En outre la "montée". par moussage de la matière qui est incontrolable lorsqu'ellese produit sur un feu ouvert peut être évitée ou maintenue sous contrôle.
Comme le four de chauffage peut être situé en un point éloigné des récipients, on évite complètement le risque d'incendie qui existe toujours dans le système usuel de chauffage,
L'agent de chauffage peut être transféré du four de chauffage, par une circulation de pompe, dans un système fermé, sous pression ou autrement, suivant la nature ou le genre de l'agent de chauffage employé.
Les exemples ci-après illustrent l'invention.
EXEMPLE 1
761,2 Kgs. de gomme copal fossile du Congo qui a été pré-
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la capacité est de 2,264 m3.
L'autoclave est un récipient à chemise ou enveloppe doublé d'aluminium et il est chauffé en faisant circuler,à l'aide d' une pompe,du liquide fénilique sous pression, à travers un four, et du four à la partie inférieure de la chemise ou enveloppe de l' autoclave. Le liquide fénilique quitte la chemise ou enveloppe de l'autoclave à un niveau approprié et il est ramené à la pompe de circulation. L'autoclave est pourvu d'un agitateur, d'un condenseur, et de moyens pour assurer l'alimentation d'un courant d'acide carbonique; La gomme est rapidement chauffée à et maintenue à une température de 3250 C. jusqu'au moment où la formation d'écume et l'ébullition se sont calmées et que la gomme forme une masse liquide'claire au fond de l'autoclave.
La gomme traitée ou cuite est envoyée à travers un filtre, refroidie et introduite dans un réservoir:
La température la plus élevée à laquelle il était permis de chauffer un échantillon particulier de gomme Copal du Congo était 3500 0. Au-dessus de cette température, des essais de laboratoire est montré qu'il se produisait des pertes très importantes en vapeurs et que la gomme traitée ou cuite avait perdu toutes ses propriétés utiles de dureté et de rendre souple et durable la pellicule de vernis formée avec la matière.
EXEMPLE 2
253,7 Kgs. de gomme copal fossile du Congo sont chargés dans l'autoclave et chauffés comme dans l'exemple 1, après quoi on ajoute, par heure, 50,7 kgs de gomme copal fraiche par une ouverture obturable jusqu'au moment où l'autoclave contient 1015 kgs. environ de gomme "ouite" qui est alors déchargée.
EXEMPLE 3
Lorsque dans l'exemple 2 l'autoclave est chargé de 1015 kgs: de gomme "cuite", 761,2 kgs sont déchargés et l'on ajoute 50,7 kgso par heure de matière fraîche comme précédemment.
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PATENT
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---------- r ---------- IMPROVEMENTS IN THE TREATMENT OF NATURAL RESINS AND GUMS
The invention relates to improvements to the heat treatments of natural gums and resins with the aim of making them soluble and suitable for use in the varnish, color, paint and similar industries.
The hot treatment in question includes the so-called "weight loss" operation of melting or baking, as well as other treatments of these materials at elevated temperatures, such as esterification, for example with glycerol.
The purpose of cooking, in which it is necessary to heat the gums to a temperature which varies with the type of gum employed, but which is usually between 280 and 360 ° C, is to make the gums, such as Congo copal, Kauri, and the like, soluble in alcohol, turpentine, and linseed, Chinese wood oils and the like. The chemical nature of the action of heat is not known but is assumed to be depolymerization accompanied by decomposition and decarboxylation.
The art of the process is to perform the depolymerization
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tion with a minimum of decomposition and decarboxylation,
Common practice is to load a gum pot with sized pieces of fossil gum and heat over an open flame at temperatures up to 3600 C until the gum has softened, foamed and clarified to a clear liquid and is, by test, found soluble in linseed oil.
During the heating operation, large temperature variations are necessary due to the fact that the gums are usually large pieces and are very poor conductors of heat.
As the decomposition products are formed from volatile oils, they distill and are known as "vapors". These "vapors" are of little value and can represent 25 to 30% of the weight of the gum treated.
It was previously assumed - Noel Haeton, Colors and Varnish, 1928 - that a gum was not completely "cured" until this 20-30% loss had occurred. It is further stated in literature that in order to make gums more soluble, greater amounts of "vapors" must be distilled.
The applicant has found that the depolymerization process which makes the gums soluble in linseed oil is distinct from the decomposition process which gives: a) a loss of material by the vapors b) a loss of resistance to climatic actions of the finished varnish using the cooked gum c) a loss of hardness of the cooked gum d) a lowering of the melting point of the cooked gum.
More recently, various methods have been proposed in which decomposition of the gums is said to be avoided, although direct heating is still employed therein.
The method according to the present invention essentially comprises controlling the transmission of heat using
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maintained at one. temperature determined so that melting of the gum or resin occurs but the gum or resin is not heated to such an extent that marked "vapor" decomposition occurs.
During this heating process, the air is preferably carefully removed by vacuum or by passing an inert gas into the vessel, such as, for example, carbonic acid or nitrogen, condensables and excess gas. gases being conducted in the usual manner in condensers. The inert gas can of course be separated and put back into circulation.
The Applicant has further found that, under these conditions, a better result is obtained if a liquid mass or pellet of molten gum from a previous cooking is kept in the container and fresh gum is gradually introduced therein.
The liquid mass surrounds the fresh rubber and ensures rapid heat transfer.
Yet again the mass can be formed by dissolving a quantity of uncooked gum in the condensed vapors from a previous cooking, preferably in the portion of the vapors boiling above 1500 C. During the heating process, this transmission of heat can be promoted by mechanical agitation.
As the heat transmitting agent it is preferable to employ the product known as fenilic liquid which is a eutectic mixture comprising diphenyl oxide and which is liquid both at room temperature and at room temperature. 'surgery. This agent can therefore be circulated in a jacketed or envelope container containing the gum or resin. It is also possible to employ diphenyl oxide itself or diphenyl in a similar manner under the pressure necessary according to the temperature at which it is desired to operate, provided that during the circulation the temperature cannot fall below the solidification point of agent in circulation.
Use of a liquid heat transfer agent
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allows very strict temperature control, so that only a small temperature difference can be maintained between the heating agent and the container containing the gum. It has in general been found that the same conditions apply to the esterification of gums and resins with glycerol or other alcohol.
In carrying out the process of the invention, preferably an autoclave with a jacket or casing which can be enameled or lined with aluminum is used, whereby the additional advantage of preserving or retaining the color of the gum is obtained, since previously when the man was treated in iron gum pots, the presence of air and the contact of iron darkened the gum,
By carrying out the operation under these conditions, vapor losses can be reduced to 5% or even less, while the desirable properties of a fossil gum such as strength and durability are retained.
Further, very large amounts of material can be processed in one batch, whereby an amount of processed gum of uniform color can be obtained without having to mix a number of small batches. Also the "climb". by foaming the material which is uncontrollable when produced on an open fire can be avoided or kept under control.
As the heating oven can be located at a point away from the receptacles, the risk of fire which always exists in the usual heating system is completely avoided,
The heating medium may be transferred from the heating furnace, by pump circulation, into a closed system, under pressure or otherwise, depending on the nature or kind of the heating medium employed.
The examples below illustrate the invention.
EXAMPLE 1
761.2 Kgs. of fossil copal gum from Congo which was pre-
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the capacity is 2,264 m3.
The autoclave is a jacketed or cased container lined with aluminum and is heated by circulating, using a pump, fenilic liquid under pressure, through an oven, and from the oven to the lower part of the autoclave. the autoclave jacket or envelope. Fenilic liquid leaves the jacket or envelope of the autoclave at an appropriate level and is returned to the circulation pump. The autoclave is provided with a stirrer, a condenser, and means for ensuring the supply of a stream of carbonic acid; The gum is quickly heated to and maintained at a temperature of 3250 ° C. until the foaming and boiling have subsided and the gum forms a clear liquid mass at the bottom of the autoclave.
The treated or cooked gum is sent through a filter, cooled and introduced into a tank:
The highest temperature to which it was allowed to heat a particular sample of Copal gum from Congo was 3500 0. Above this temperature, laboratory tests are shown that very significant vapor losses occurred and that the treated or baked gum had lost all its useful properties of hardness and of making the film of varnish formed with the material flexible and durable.
EXAMPLE 2
253.7 Kgs. of fossil copal gum from Congo are loaded into the autoclave and heated as in Example 1, after which 50.7 kg of fresh copal gum are added per hour through a closable opening until the autoclave contains 1015 kgs. approximately of gum "ouite" which is then discharged.
EXAMPLE 3
When in Example 2 the autoclave is loaded with 1015 kgs: of "cooked" gum, 761.2 kgs are unloaded and 50.7 kgso per hour of fresh material are added as above.