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.PERE'ECTIOINEMEITS.A.LI-PR0DI3GION':SOUS .UNE.FORME.PHYSIQUE AMELIOREE'DE SELS SOLUBLES DANS,L"'EAU DE' -CÈRI4]S :D:&Rnm -,DE CELLULOSE
La présente invention est relative à la production sous une for- me physique améliorée, de sels de carboxyméthylcellulose solubles dans 1-'eau.
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On obtient d'habitude le carbocyméthylcellulose de sodium sous une forme fibreuse comme produit d'une réaction d'éthérification entre la cellulose, l'hydroxyde de sodium et le chloracétate de sodium, conduite en présence d'une quantité limitée d'un alcool aqueux, telle que le produit brut présente le caractère d'un corps solide fibreux humide. Quand il faut préparer le sel de sodium d'Une carboxyméthyleellulose, exempt des sels for- més comme sous-produits dans la réaction d'éthérification, on ne peut effec- tuer pratiquement les manipulations chimiques nécessaires à la séparation des sous-produits de sels que si la forme- fibreuse de l'éther de cellulose est conservée pendant toute la durée de ces opérations.
Le procédé généra- lement adopté dans le cas des sels de sodium de carboxyméthylcellulose so- lubles dans l'eau, consiste en premier lieu à décaustifier le mélange de ré- action d'éthérification, puis à extraire les sels formés comme sous-produits au moyen d'une solution aqueuse d'un alcool miscible à l'eau, en réglant sa concentration initiale de manière que la totalité des sels associés au sel de sodium de la carboxyméthylcellulose se dissolvent, et on règle la con- centration de l'alcool pendant toute la durée de l'extraction de manière à conserver la forme fibreuse du sel de sodium de carboxyméthylcellulose mal- gré l'élimination progressive des sels sous-produits.
Ceci peut nécessiter une augmentation de la concentration en alcool quand les sels sont séparéso Un autre procédé, applicable non seulement aux sels de sodium de carboxy- méthylcellulose solubles dans l'eau, mais également à d'autres sels de car- boxyméthylcellulose solubles dans l'eau, comprend la transformation du sel fibreux de la carboxyméthylcellulose dans le mélange de réaction d"éthéri- fication brut en carboxyméthylcellulose libre insoluble dans l'eau en main- tenant la forme fibreuse de l'éther de cellulose pendant toute la durée
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de la transformation.
Dans ce procédé, on lave ensuite la carboxyméthylcel- lulose au moyen d'eau jusqu'à ce qu'elle soit exempte de sels et on la retrans- forme en un sel de carboxyméthylcellulose.par mélange mécanique avec une ba- se appropriée en présence d'alcool aqueux' ayant une concentration suffisan- te pour maintenir la forme fibreuse de l'éther pendant toute la durée de cette transformation, en un de ses sels solubles dans l'eau.
Par l'un ou l'autre de ces procédés, on obtient le sel de car- boxyméthylcellulose, soluble dans L'eau, sous une forme fibreuse humidifiée par de l'alcool aqueux, et il conserve sa forme fibreuse après séchage.
Il est souvent nécessaire, cependant, de former un mélange du sel de carboxyméthylcellulose soluble dans l'eau, sec avec des matières en poudre solides, mais il est à peu près impossible, même après désintégra- tion mécanique du produit sec ainsi préparé d'obtenir un mélange de ce gen- re qui n'ait pas tendance à la ségrégation parce que la désintégration mé- canique ne détruit pas la structure fibreuse bien qu'elle réduise la lon- gueur des fibres. Bien qu'il soit exact que la conduite des différentes ma- nipulations de manière à conserver la forme fibreuse non endommagée pendant toute la durée des manipulations, aboutisse à un produit qu'on peut faci- lement dissoudre dans l'eau, le produit fibreux a nécessairement une faible densité apparente.
La présente invention a pour but de procurer un procédé de pro- duction de sels de carboxyméthylcellulose solubles dans l'eau aboutissant à un produit ayant des propriétés de dissolution satisfaisantes, capable de se mélanger facilement à des matières solides en poudre et ayant une densi- té apparente relativement grande, de manière à réduire le prix de revient de l'emballage, du stockage et du fret. L'invention s'applique particuliè- rement à la carboxyméthycellulose de sodium dont on a extrait les sels for- més comme. sous-produits, mais on peut également l'appliquer à une matière qui n'a pas été débarrassée des sels formés comme sous-produits.
On a fait la remarquable découverte que si on soumet le sel de carboxyméthylcellulose, soluble dans l'eau, humidifié par une solution aqueu- se d'un alcool miscible à l'eau, au pressage de rouleaux entre des surfaces dures dans une mesure suffisante pour qu'il s'étale sous L'action de la près- sion et qu'il forme des éléments d'une nappe continue de substance commen- gant au moins à se gélifier, l'état fibreux du sel de carboxyméthylcellulose soluble dans l'eau est modifié de telle sorte que, par séchage, on obtient des éléments de feuilles dures cassantes faciles à désintégrer, qui donnent par désintégration un produit en poudre de densité apparente relativement grande, apte à se mélanger facilement à d'autres produits en poudre-.
Suivant la présente invention, pour convertir en un produit pou- dreux de densité apparente relativement élevée un sel de carboxyméthylcel- lulose soluble dans l'eau, humidifié par une solution aqueuse d'un alcool miscible à l'eau, on soumet le sel soluble dans l'eau à un pressage par rouleaux entre des surfaces dures, dans une mesure suffisante pour qu'il s'étale sous l'action de la pression et forme-.des éléments d'une nappe con- tinue de matière- commençant au moins à se gélifier, on sèche cette nappe- et on désintègre en un produit pulvérulent les feuilles cassantes et dures ob- tenues.
La matière peut être sous forme cardée ou peut déjà avoir été rendue compacte sous forme d'une feuille de- fibres humides au moyen d'une légère pression avant de la soumettre au traitement de pressage par rouleaux, qui occasionne son début de gélification. L'invention s'applique non seule- ment aux sels de sodium de carboxyméthylcellulose solubles dans l'eau dont on a extrait les sous-produits salins de la réaction d'éthérification, mais également à des préparations dans lesquelles ces sels sont encore présents.
Il n'est pas possible de chiffrer de façon précise quelles sont les concentrations et quantités d'alcool miscible à l'eau les plus effica- ces dans le but poursuivi, car elles peuvent varier suivant le sel parti- culier'de carboxyméthylcellulose, son degré d'éthérification:
, la teneur en
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impuretés salines si elles existent, et ses caractéristiques de viscosité, et également suivant la nature de l'alcool et les caractéristiques des rou- leaux utilisés aux fins précitéeso Il peut être nécessaire de régler la concentration de la solution aqueuse de l'alcool miscible à l'eau dont on mouille le sel de carboxméthylcellulose, soluble dans l'eau, pour le ren- dre apte à s'étaler sous la pression des rouleaux et à former les éléments exigés de matière partiellement gélifiée, d'après les caractéristiques du sel fibreux de carboxyméthylcellulose soluble dans l'eauo En général,
il existe une limite supérieure à la concentration de l'alcool aussi bien qu'une limite inférieure à la quantité de liquide associée à la matière fibreuse au-delà desquelles la matière fibreuse ne-forme plus d'éléments de nappe de-matière partiellement gélifiée quand on l'introduit dans l'ap- pareil à rouleaux et, chose quelque peu surprenante, il peut également exister une limite inférieure à la concentration de l'alcool au-delà de la- quelle on peut constater que les surfaces des rouleaux n'ont pas prise sur la matière fibreuse de façon satisfaisante, selon qu'on l'introduit de l'u- ne ou l'autre façon.
Dans le cas d'un sel de sodium de carboxyméthylcellu- lose ayant un degré de substitution de 0,5 groupes carboxyméthyles par unité de glucose- anhydre et une viscosité de l'ordre-de 50 centipoises et dont les sels ont été extraits et qui est mouillé avec environ son propre poids d'al- cool éthylique aqueux, la teneur optimum en eau de cet alcool sera d'habitu- de comprise entre 45 et 50 % en poids. On peut utiliser un appareil à rou- leau d'acier lourd tel que celui utilisé au masticage de feuilles plastiques, et bien qu'on puisse utiliser un' appareil à rouleaux multiples, une seule- passe est d'ordinaire suffisante pour produire la gélification partielle nécessaire. On peut également utiliser des alcools méthylique et isopropy- lique.
Les rouleaux peuvent tourner à la même vitesse ou à des vitesses dif- férentes, et on trouve d'ordinaire que l'élément en feuille a tendance à adhérer au rouleau qui tourne à la plus grande vitesse. Pendant la formation des feuilles, de- l'alcool ,aqueux est en. général exprimé du produit. Pour une alimentation continue, les élémentsen feuilles forment une nappe irré- gulière plus- ou moins continue, d'aspect plus ou- moins opalescent et de faible résistance à la traction. On peut la sécher dans un courant d'air chaud et quand elle est sèche, on constate qu'elle est cassante. Le séchage s'effectue rapidement grâce à la minceur relative- de l'élément en feuille.
Le produit sec qui en résulte est désintégré dans un désintégrateur de for- me convenable quelconque, mécanique, par exemple un moulin à frottement à marteaux- multiples ou- une machine à disques rotatifs portant des broches dirigées en sens inverses. La matière obtenue consiste en une poudre fine dans laquelle la structure fibreuse a complètement disparu. La poudre meuble résultante se mélange aisément à d'autres matières en-poudre et se dissout très facilement dans l'eau.
De cette manière-, on peut préparer avantageu- sement des préparations combinées utiles, par exemple des préparations ali- mentaires et des poudres détergentes, etco Des quantités de l'ordre de 12 Kgrs se tassent sous leur propre poids en environ la moitié du volume qui aurait été nécessaire au produit fibreux dont elles proviennent, s'il avait été séché et désintégré sans application du procédé- de-l'invention.
L'invention est illustrée- par les exemples suivants, dans les- quels les parties et pourcentages sont en poids.
EXEMPLE I.
On charge dans un incorporateur genre Werner-Pfleiderer 90 par- ties de petits morceaux de pulpe de bois sulfitée blanchie découpée en car- rés de 3,2 mm de côté et 0,7 mm d'épaisseur et contenant 8 % d'humidité, et on y ajoute, après la mise en marche de la machine, 45 parties de soude caustique en paillettes, 50 parties-d'alcool éthylique industriel, à 7 % d'eau et 27 parties d'eau. Après maturation- du mélange, on ajoute 50 par- ties du même alcool éthylique industriel, puis 34 parties d'acide monochlor- acétique, et on continue à mélanger pendant une nouvelle- heure en refroi- dissant. On élève alors la température à 60 C, et on maintient le-mélange à cette température pendant 45 minutes afin de compléter la réaction et d'obtenir une légère diminution de viscosité du produit.
On refroidit le
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mélange de réaction à 30 C et on en fait un brouet avec 17 fois son poids d'alcool éthylique industriel aqueux ayant une concentration suffisante pour assurer la dissolution des sels présents sans détruire le caractère fibreux du produit, puis on ajoute une quantité d'acide nitrique suffisante pour neutraliser son alcalinité libre. On centrifuge alors le produit, et après en avoir séparé la masse de la liqueur, on le pulvérise avec 8 fois son poids d'alcool éthylique aqueux contenant 45 % d'eau en poids et on le centrifu- ge à nouveau. On continue la centrifugation jusqu'à ce que l'alcool éthyli- que cesse de s'en écouler.
On.carde la masse de matière fibreuse résultante contenant 52,5% de son poids d'alcool éthylique aqueux, et on l'introduit dans la passe d'une paire de rouleaux d'acier non chauffés de 230 mm de dia- mètre, dont l'un tourne à 20 tours par minute et l'autre à 30 tours par mi- nute. Les rouleaux-sont réglés de manière à se toucher et on constate que lé produit pénètre de façon satisfaisante entre les rouleaux et adhère en- suite au rouleau qui tourne le plus vite, sous forme d'une feuille plus ou moins continue de matière indiquant visiblement par son aspect opalescent qu'une certaine gélification s'est produite.
On sèche alors le produit dans un courant d'air chaud, on broie la feuille cassante obtenue et on la désin- tègre mécaniquement dans un moulin à marteauX multiples à travers une gril- le comportant des perforations circulaires ayant chacune 0,40 mm de diamè- tre, ce qui fait disparaître complètement la forme fibreuse, et le produit se transforme en une fine poudre dont 85 % passent .à travers un tamis de spé- cification standard anglaise 100. La viscosité d'une solution aqueuse conte- nant 1 % en poids de la matière ainsi produite est de l'ordre de 58 centisto- kes et le degré de substitution est de 0,49. Le produit se mélange très fa- cilement à du sulfate de sodium pulvérisé ou à de la farine sans avoir ten- dance à ségrégation par secouage, et il se dissout très facilement dans l'eau.
Sa densité apparente est de 0,82 gr/cm3 comparée à 0,4 gr/cm3 pour la matière préparée et désintégrée de la même manière, mais non soumise à la pression de rouleaux et ayant subi une longue période de désintégration rendue nécessaire par la nature fibreuse non modifiée du produit séché.
EXEMPLE II.
On charge dans un incorporateur genre Werner Pfleiderer 90 par- ties de petits morceaux de pulpe de bois sulfitée découpée en carrés de 3,1 mm (1/8 pouce) de côté et contenant 8 % d'humidité, et on y ajoute, a- près la mise eh marche de la machine, 45 parties de soude caustique en pail- lettes, 50 parties d'alcool éthylique industriel à 7 % d'eau et 37 parties d'eau. Le mélange est soumis à maturation dans des conditions qui favori- sent une réduction substantielle de sa viscosité. On ajoute ensuite 50 par- ties du même alcool éthylique industriel, puis 38 parties d'acide monochlora- cétique et on continue le mélange pendant une nouvelle heure, en refroidis- sant.
On élève alors la température à 60 C et on maintient le mélange à cette température pendant deux heures pour compléter la réaction et effec- tuer une nouvelle réduction de viscosité du produit. On refroidit le produit de réaction à 30-35 C en une demi-heure environ et on incorpore 28 parties de bicarbonate de sodium dans le but de transformer en carbonate de sodium l'excès de soude caustique.
Le produit humide a, à ce moment, une teneur totale en matières volatiles de 37,5 % qui consistent approximativement en 20 % d'alcool et 17,5% d'eau, et il a la forme d'une masse fibreuse détachée. On l'introduit entre une paire de rouleaux d'acier non chauffés (de 230 mm de diamètre) dont l'un tourne à 20 tours par minute et l'autre à 30 tours par minute. Les rouleaux sont réglés de manière à se toucher et on constate que le produit pénètre de façon satisfaisante entre les rouleaux et adhère ensuite au plus rapide des deux rouleaux sous forme d'une feuille opaque plus ou moins continue présentant des signes visibles de début de gélification de la carboxyméthyl- cellulose de sodium qu'elle contient.
On sèche alors le produit dans un courant d'air chaud et on broie la feuille cassante résultante, et on la désintègre mécaniquement dans un moulin à marteaux multiples à travers une grille comportant des perforations
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de 0,4 mm de diamètre, ce qui aboutit à la disparition complète de la for- me fibreuse, et le produit se transforme en une poudre-fine dont 77 % pas- sent à travers un tamis de spécification standard anglaise 100. La densité apparente du produit en poudre est de 0,87 gr/cm3, comparativement à 0,56 gr/cm3 pour la matière préparée, séchée et désintégrée de la même manière, sauf le traitement aux rouleauxo En outre, la structure fibreuse peut se reconnaître clairement sur la matière désintégrée qui n'a pas passé entre les rouleaux.
Le degré de substitution de la matière en poudre ainsi obte- nue est de 0,50 et une solution qui en renferme 4 % en poids a une visco- sité de l'ordre de 46 centistokeso EXEMPLE III.
On charge dans un incorporateur genre Werner Pfleiderer 90 par- ties de petits morceaux de pulpe de bois sulfitée blanchie découpée en car- rés de 3,2 cm de côté et 0,7 mm d'épaisseur et renfermant 8 % d'humidité, et on y ajoute, aprè& avoir mis la machine en marche, 33 parties de soude caustique en paillettes, 50 parties d'alcool éthylique industriel à 7 % d'eau et 27 parties d'eau. On soumet le mélange à maturation et on ajoute ensuite 50 parties du même alcool éthylique industriel, puis 85 parties du sel de sodium d'acide monochloracétique, et on continue à mélanger pendant une nouvelle heure. On élève alors la température à 60 C et on maintient le mélange à cette température pendant 45 minutes pour compléter la réaction.
On refroidit le mélange à 30 C et on en fait un brouet avec 17 fois son poids d'alcool éthylique aqueux- contenant 35% d'eau en poids, puis on a- joute une quantité d'acide nitrique suffisante pour neutraliser son alcali- nité. On centrifuge alors le produit etaprès en avoir séparé la masse de la liqueur, on le pulvérise avec 8 fois son poids d'alcool éthylique in- dustriel aqueux de la même concentration. On essore le produit jusqu-'à ce que l'alcool éthylique aqueux cesse de s'en séparer.
La masse résultante de matière fibreuse contient à ce stade 27 % d'eau et 26,5% d'alcool. On la carde et l'introduit entre une paire de rouleaux en acier non chauffés de 230 mm de diamètre dont l'un tourne à 20 tours par minute et l'autre à 30 tours par minute, On règle les rouleaux de manière à ce qu'ils se tou- chent et le produit adhère au rouleau- le plus rapide sous forme d'une feuil- le opalescente plus ou moins continue. On sèche le produit dans un courant d'air chaud, on broie la feuille cassante résultante et on la désintègre mécaniquement dans un- moulin à marteaux multiples à travers une grille contenant des perforations circulaires ayant chacune 0,4 mm de- diamètre, ce qui aboutit à l'obtention d'une fine poudre meuble dont 88 % passent à tra- vers un tamis de spécification standard anglaise 100.
La matière en poudre se mélange très facilement à du sulfate de sodium en poudre ou à de la fa- rine sans qu'il y ait tendance à se produire de ségrégation. Sa densité appa- rente est de 0,74 gr/cm3 comparée à 0,34 gr/cm3 pour la matière préparée et désintégrée de la même manière, mais non traitée entre des rouleaux.
Le degré de substitution est de 0,7 et la viscosité d'une solu- tion aqueuse à 1% est de l'ordre de 38 centistokes.
EXEMPLE IV.
On charge dans un incorporateur Werner Pfleiderer 90 parties de petits morceaux de pulpe de bois sulfitée, en forme de carrés de 3,2 .mm de côté et 0,7 mm d'épaisseur et contenant 8 % d'humidité, et on y ajou- te, après avoir mis la machine en marche, 45 parties de soude caustique en paillettes, 50 parties d'alcool éthylique industriel à 7% d'eau et 27 par- ties d'eauo On soumet le mélange à maturation. On ajoute ensuite 50 par- ties du même alcool éthylique industriel, on ajoute ensuite 34 parties d'a- cide monochloracétique et on continue le mélange pendant une heure encore, en refroidissant.
On élève alors la'température à 60 C et on maintient le mélange à cette température pendant 45 minutes pour rendre la réaction com- plète et effectuer une certaine réduction de la viscosité du produite
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On refroidit le mélange de réaction à 30 C et on en fait un brouet avec 17 fois son poids d'alcool isopropylique aqueux à 47,5 % d'eau.
On ajoute alors une quantité d'acide nitrique suffisante pour neutraliser son alcalinité libre, et on centrifuge le produit. Lorsque la plus grande partie de la liqueur a été séparée, on pulvérise le produit avec 8 fois son poids du même alcool-isopropylique aqueux et on centrifuge à nouveau.
On essore le produit jusqu'à ce que l'alcool isopropylique aqueux cesse de s'en séparer. On carde la masse fibreuse résultante et on l'introduit entre une paire de rouleaux d'acier non chauffés de 230 mm de diamètre, dont l'un tourne à 20 tours par minute et l'autre à 30 tours par minute.
Les rouleaux sont réglés de manière à se toucher et le produit adhère au cylindre tournant le plus vite sous forme d'une feuille opalescente plus ou moins continue. On sèche le produit dans un courant d'air chaud, on broie la feuille cassante obtenue et on la désintègre mécaniquement dans un moulin à marteaux multiples, à travers une grille contenant des perfo- rations circulaires ayant chacune 0,4 mm de diamètre, ce qui aboutit à l'obtention d'une poudre fine meuble dont 94 % passent à travers un tamis de spécification standard anglaise 100. Le produit se mélange très faci- lement à du sulfate de sodium en poudre ou à de la farine sans 'avoir ten- dance à produire de ségrégation.
Sa densité apparente est de- 0,74 gr/cm3 comparée à 0,4 gr/cm3 pour la matière préparée et désintégrée de la même manière, mais non traitée entre des rouleaux.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de conversion en un produit en poudre de densité ap- parente relativement élevée d'un sel soluble dans l'eau de carboxyméthylcel- lulose, mouillé par une solution aqueuse d'un alcool miscible-à l'eau, ca- ractérisé en ce qu'on soumet ce sel soluble dans l'eau à une pression de rouleaux entre des surfaces dures, suffisante pour qu'il s'étale sous l'ac- tion de la pression et forme des éléments d'une nappe continue de matière commençant au moins à se gélifier, on sèche le tissu et on désintègre les feuilles cassantes dures obtenues, en un produit pulvérulent.