O[C'H'O(OH)}]—OH

Quand la concentration des lessives s'élève au-dessus de 3N, la dispersion colloïidale diminue; pour des solutions concentrées, il n’y a plus de dispersion, le gonflement est faible, mais il reste supérieur à celui provoqué par l’eau, on a affaire à ce moment à la mercerisation.

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L’explication suivante est donnée aux phénomènes successifs par M. R. Guyot :

Dans les solutions de soude fortement inonisées, les ions Na + sont fortement polaires vis-à-vis de l’eau et retiennent une gaîne de molécules d’eau qui les entourent, ce qui tend à augmenter le gonflement. Dans la première phase, les chaines parallèles sont simplement écartées les unes des autres par l’eau intercalée, mais quand le gonflement est assez grand, les liaisons sont rompues et les chaînes sont libérées.

Avec des concentrations plus élevées que 3N, la soude réagit sur les groupements oxhydryles (OH) qui se transforment en (ONa), il v a alors formation d’alcali de cellulose. Les molécules d’eau sont sollicitées, d’une part, par le groupement (ONa). et, d'autre part, par la solution sodique externe, et l’action de cette dernière est d’autant plus énergique que la solution est concentrée, les molécules d’eau sont attirées plus ou moins hors des espaces intermicellaires; il s'ensuit que le gonflement et la dispersion diminuent quand croit la concentration de la lessive de trempage.

Le gonflement est un des principaux facteurs agissant sur la viscosité, nous jugeons donc utile de l’étudier rapidement. La grosse difficulté consiste à apprécier la turgescence ; plusieurs méthodes sont préconisées, mais nous ne pouvons que les rappeler succinctement ici.

Hofmeister, en 1888 et 1890 (45), juge de la turgescence d’un turgoïde par son augmentation de poids; Fisher en 1901 (46) emploie une méthode basée sur les hauteurs de dépôt; Ostwald, en 1905 (47), détermine le gonflement par la viscosité; L. Meunier, en 1907 (48), par la méthode de centrifugation; Piest, en 1911 (49), se sert de la viscosité; Posjnak, en 1912 (50), mesure la pression de gonflement; Baker, en 1912 et en 1913 (51), reprend la méthode viscosimétrique ; Rosenbohn, en 1914 (52), et Katz, en 1914 (53), se basent sur la chaleur dégagée par le gonflement; Justin Mueller, en 1917 (54), enregistre les-variations de longueur; Knoevenagel, en 1921, 1922 et 1923 (55), modifie la méthode de Hofmeister; Joyner, en 1923 (56) recherche les facteurs influençant la méthode viscosimétrique; Auerbach,

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en 1923 (57), mesure le gonflement par la charge de rupture; Schwalbe, en 1923 (58) se base sur l’absorption du réactif d’une solution titrée; Karger et T. Schmid, en 1925 (59), comme Auerbach, voient une relation entre le gonflement et la charge de rupture; Schwalbe et Feldmann, en 1925 (60) immergent le turgoïde dans une solution d’oxyde de fer et, suivant eux, il y a corrélation entre le gonflement et l'indice d'oxyde de fer retenu; Thiessen et Carius, en 1925 (61), suivent le gonflement par variation de l'épaisseur. Reinke, en 1925 (62), emploie sensiblement la même méthode que celle de Thiessen et Carius; Morgan et Libby, en 1927 (63), recherchent la quantité de liquide retenu par le turgoïde en le jetant, après gonflement, avec le liquide en excès, sur une toile métallique, puis en mesurant le liquide écoulé au bout d'un temps fixé, ce qui permet, par différence, de trouver le liquide retenu ; Herzberg (64) reprend la méthode par charge de rupture et Morgan et Libby, en 1927 (65) tournent leurs études vers la même méthode.

Ce qu’il importe de connaître, c’est le gonflement interintramicellaire qui écarte les chaines, permettant aux réactifs de toucher les oxhydryles (OH) libres.

Le gonflement, observé directement par lecture, ne semble pas être le reflet exact de cette turgescence des cristallites, car les amas de cristallites, c’est-à-dire les fibrilles, voire même les fibres, peuvent être écartés les uns des autres par l’action du trempage sans, pour cela, provoquer une turgescence très sensible des cristallites.

La méthode d'évaluation du gonflement par la recherche de l’augmentation de poids n’est pas exacte car dans notre cas, il restera, même après égouttage assez long, de la lessive de capillarité faussant le poids. Pour chasser le liquide de capillarité nous avons employé la méthode par centrifugation préconisée par M. Raymond Guyot (66), elle découle de celle de MM. L. Meunier et G. Rey (67); par la force centrifuge, l’eau de capillarité est éliminée alors que l’eau de gonflement résiste parfaitement à des forces centrifuges aussi élevées soient-elles. Le poids de la fibre centrifugée diminué du poids de la fibre sèche, donne la valeur du gon-

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flement à l’eau, mais nous pensons qu’il n’en est pas de même avec une lessive de soude employée comme liquide de gonflement.

Si de la cellulose est gonflée à différentes concentrations sodiques et à des durées et températures variables, elle fixera un rapport hydroxyde de sodium : cellulose, variant d’un essai à l’autre, ce qui peut fausser les termes de comparaison; de plus, le poids initial est faussé par départ d’hemicelluloses.

Nous avons déterminé le gonflement de la façon suivante :

I. Dans une feuille de cellulose est découpée une bande de pâte de bois de 5 cm de hauteur et d’une longueur voisine de trois fois le diamètre d’un pot turbine de filature.

II. La bande de cellulose est trempée dans une lessive sodique; pour éviter son arrachement, elle repose en position horizontale dans la lessive sur un support fait d’une toile métallique.

III. Quand la durée de trempage est suffisante, la lessive en excès est évacuée et la cellulose s’égoutte pendant un certain temps.

IV. Après égouttage, la cellulose alcalinisée est placée par application régulière, autant que faire se peut, sur la paroi intérieure d’un pot turbine. La centrifugation dure 15 minutes à la température ordinaire de la salle.

V. Sur l’alcali de cellulose essoré, deux échantillons sont prélevés, l’un pour rechercher le poids (p), en grammes, de NaOH fixée ou retenue sur 100 grammes d’alcali de cellulose; l’autre, le poids (P) de cellulose existant dans la même quantité.

VI. La différence 100-P représente un poids d’eau et de soude.

Dans nos essais nous considérons ces éléments comme formant une lessive dont la teneur pour 100 en hydroxyde de sodium est donnée par :

px 100 100—P

Cette concentration déterminée, il est facile de trouver

la densité D de la lessive avec une table de correspondances.

28 VISCOSE DE CELLULOSE

VII. Le volume (v) de lessive sodique fixée ou retenue sur un poids (P) de cellulose est donné par :

Nous appelons indice de gonflement le volume (Vem*) de lessive fixée sur 100 grammes de cellulose sèche et traitée. (V) est donné par la formule :

En travaillant avec notre méthode, nous tenons compte du départ des hémicelluloses.

Nous tenons à signaler la méthode de détermination du gonflement préconisée par M. le Professeur A. Lottermoser et son collaborateur M. Hans Radestock (68).

Ces chercheurs construisent l’appareïl suivant, duquel nous donnons la figure.

Un vase cylindrique (a) se termine en forme d’entonnoir, ce qui permet de le réunir, par un tube en caoutchouc, à une burette graduée (B). Le vase (a) est surmonté d’un cylindre (b) dont la partie inférieure s'applique d’une façon parfaite sur la partie supérieure de (a); (a) et (b) peuvent

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être réunis hermétiquement par des attaches. (b) possède à mi-hauteur un tamis (c) en pâte poreuse de verre.

Pour se servir de l'appareil, (a) et (b) sont réunis et du mercure est versé dans la burette jusqu'à ce que celui-ci atteigne la partie inférieure du tamis de (b) et qu’il soit au zéro dans (B). La burette est baissée de telle façon que le mercure descende au-dessous du joint de réunion de (a) et (b).

Après séparation de (b) et de (a), un morceau de cellulose à étudier est posé sur le mercure puis (b) est remis en place, la burette (B) est placée à une hauteur telle que le mercure soit au même niveau dans la burette et dans le vase de gonflement. Le volume de la cellulose est lu directement sur la burette.

Dans (b), au-dessus du filtre, est versée de la lessive alcaline puis (B) est légèrement descendu, la lessive passe à travers la pâte de verre et vient gonfler la cellulose. L'air est déplacé et peut s'échapper. Après gonflement le niveau du mercure est équilibré pour arriver à la partie inférieure du tamis, le volume de la cellulose gonflée est donné par lecture directe.

Les auteurs appellent «chiffre de gonflement » le quotient du volume après gonflement sur le volume initial.

Nous n'avons pas employé cette méthode car il nous était impossible de construire l'appareil.

B. — INFLUENCE DE LA CONCENTRATION DES LESSIVES SUR LA TURGESCENCE DE LA PATE DE BOIS

Les échantillons de la pâte de bois utilisée sont mercerisés, pendant 1 h. 30, à 20° avec des lessives de concentrations croissantes. L'indice de gonflement a été recherché par la méthode indiquée.

Dans une première phase, le gonflement augmente avec l'accroissement des lessives en hydroxyde de sodium, jusqua 122%:

Il en est inversement dans une seconde phase où le gonflement diminue avec des lessives de plus en plus fortes.

30 VISCOSE DE CELLULOSE

Concentration : Fa des lessives en NaOH % ES Sent

Eau pure (témoin) 40

Jndice de gonffem ent 2]

à 4 (A 8 no)

Concentration % ces fessuoes Fig, 2

VISCOSE DE CELLULOSE 31

On peut expliquer ce phénomène de la façon suivante : les fonctions alcooliques fortement polaires vis-à-vis des ions Na + attirent ceux-ci; mais les Na + sont aussi polaires vis-à-vis de l’eau et entraînent dans leur déplacement une gaine de molécules d’eau.

Dans le premier cas, le gonflement croit avec le degré d’ionisation des lessives, jusqu'à une teneur de 12 % en hydroxyde de sodium.

Dans le second cas, les groupements (ONa) qui ont pris naissance par l’action de la soude sur les oxhydryles (OH) sont aussi polaires vis-à-vis de l’eau; de sorte que les molé-. cules d’eau sont sollicitées d’une part, par les groupements (ONa), d'autre part, par la solution sodique externe qui exerce, pour des concentrations supérieures à 12 % de NaOH, une force polaire plus grande que celle exercée par les groupements (ONa), et d'autant plus élevée que la teneur en hydroxyde de sodium est plus forte; les molécules d’eau sont attirées de plus en plus hors de la fibre, ce qui explique la décroissance du gonflement.

MM. A. Lottermoser et H. Radestock (69), employant leur méthode, que nous avons décrite, déterminent les chiffres de gonflement de diverses celluloses avec des lessives alcalines différentes à concentrations variées.

Nous ne retiendrons que les résultats obtenus avec une lessive de soude et sur une pâte de bois servant à la fabrication des soies artificielles. Ceux-ci font l'objet des tableau et diagramme qui suivent.

ùN +

ffre de gonhment

JUS 7 9007 (Je Concentretioa des fessives

Fig. 3

92 VISCOSE DE CELLULOSE mm mmmemmmimesengt |

Concentrations

; Chiffre de gonflement des lessives en Mol.

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