H. — INFLUENCE DE L'HUMIDITÉ DE LA PATE DE BOIS SUR SA TURGESCENCE
Des échantillons à diverses teneurs en eau sont trempés à 20° pendant 15 minutes, dans une lessive à 20 % de teneur en hydroxyde de sodium.
Humidité % Indice de gonflement
L'humidité n’a pas beaucoup d'action sur le gonflement de la pâte de bois au trempage; il semble qu’une teneur en eau croissante provoque une légère augmentation du gonflement.
J. — INFLUENCE DE L'ÉTAT PHYSIQUE DE LA PATE DE BOIS SUR SA TURGESCENCE
De la cellulose râpée, à 6,04 % d'humidité est mercerisée, à 20°, dans une lessive à 20 % de NaOH, pendant 15 minutes. Au bout de ce temps, le mélange est filtré sur de la batiste et l’alcali de cellulose centrifugé dans cette toile.
Son indice de gonflement est 98,2 quand un échantillon de pâte de bois en feuille, mercerisé dans les mêmes conditions accuse un indice de gonflement de 91,3.
Les échantillons provenaient, dans les deux cas, de la même feuille, pour éviter des conditionnements différents.
I] résulte qu’une cellulose traitée mécaniquement a une plus forte turgescence qu’une cellulose non traitée.
42 = VISCOSE DE CELLULOSE
J. — MODIFICATIONS PHYSIQUES DE LA CELLULOSE DANS L'ALCALI DE CELLULOSE
A l'aspect extérieur il est impossible de reconnaître l’âge d’un alcali de cellulose.
Suivant MM. Rassow et Wadewitz (85), sur l’alcali de cellulose de coton, on peut reconnaitre le vieillissement à la brisure des fibres : dans le premier âge, la brisure est nette tandis qu'un vieil alcali de cellulose présente une brisure dentelée.
Par vieillissement, la ténacité et l’élasticité des fibres de coton alcalinisé diminuent.
Par maturation l’alcali de cellulose dégage une odeur caractéristique.
VISCOSE DE CELLULOSE 43
CHAPIERETV
Modifications chimiques de la cellulose lors du trempage et dans l’alcali de cellulose
À. — GÉNÉRALITÉS
M. Mercer (86) a signalé, en 1844, que la cellulose trempée dans de la soude concentrée subissait une action que nous connaissons industriellement sous le nom de mercerisation (87). Dans cette opération, la fibre absorbe l’hydroxyde de sodium, elle se gonfle, turgesce, ce qui la rend plus cylindrique, ses propriétés physiques, chimiques (88) et tinctoriales sont modifiées.
Les chercheurs ne sont pas d’accord sur l'interprétation de la mercerisation ; pour les uns, il n’y a qu’une adsorption physique de la lessive de soude par la fibre, pour les autres, il y a réaction chimique (89).
M. Mercer admet que l’alcali de cellulose a la formule CEÉHPOT2N30:
M. Gladstone (90), en 1852, pense avoir montré que la combinaison de l’alcali et de la cellulose a lieu dans le rapport (CSHROSNaOH.
M. Vieweg (91), en 1907 et 1908, trouva la formule
(CSH"0*) NaOH en alcalinisant la cellulose avec une lessive de soude de 16 à 20 % et C'HOF.NaOH avec une lessive à 40 %. Suivant
44 VISCOSE DE CELLULOSE
cette constatation, il y aurait deux alcalis de cellulose, l’un (CSH1O5)2.NaOH provenant d’une alcalinisation par lessive peu concentrée; l’autre, CSH'°O5.NaOH, d'une lessive concentrée.
MM. Hubner et Telscher (92), en 1909, réfutent la formule de Gladstone.
M. Karrer (93) confirme, en 1921, la formule (CSHMO" NAOFE.
MM. Rassow et Wadewitz (94), en 1923, admettent plutôt
la composition d’un alcali de cellulose de formule CAISOSNaO FE
Ils supposent qu’à une réaction chimique indéniable se superpose peut-être un phénomène physique d’adsorption dû à la nature colloïidale de la fibre.
M. Heuser (95), en 1924, se prononce nettement pour une
combinaison chimique entre la cellulose et la soude et admet la formule (CSH:°0°)2.Na.
MM. d’Ans et Jaeger (96), en 1925, trouvent comme Vieweg, que des lessives de soude de concentration comprise entre 16 à 24 % donnent l’alcali de cellulose : (CSH10°)°.NaOH ; un nouvel équilibre existerait avec une solution de soude à 36 % mais pratiquement il ne s’établira pas dans la méthode ordinaire de préparation de l’alcali de cellulose pour laquelle on emploie des lessives beaucoup plus faibles.
MM. Photiyeff, Vakimansky et Sotoff (97), en 1929, donnent la formule CSHO5.NaOH ; M. Neale (98) penche pour CSH°O5.Na ; la même année, MM. Rassow (99), Lottermoser et Radestock (100), Rassow et Wolf (101) confirmèrent (CSH1°05).NaOH. |
MM. Percival, Cuthberthon et Hibbert (102), en 1930, mettent en doute l’existence du composé (CH105)2.NaOH .
En 1931, (CSH#O5}2.NaOH est cité par MM. Rassow et Schwartze (103), Wolff (104) et Faust (105).
La majeure partie des avis se porte sur un alcali de cellulose prenant naissance dans le rapport (CSH10°).NaOH;
VISCOSE DE CELLULOSE 45
mais il reste à savoir si on a affaire à un complexe moléculaire :
CEASOMNEO ET ou à un alcoolate :
GCÉHFOLON:
par exemple.
B. — INFLUENCE DE LA CONCENTRATION DES LESSIVES DE TREMPAGE SUR LA QUANTITÉ DE SOUDE RETENUE PAR LA
Cinq grands verres numérotés, contenant chacun 50 gr de cellulose râpée, accusant 5,13 % d'humidité, reçoivent : . — 400 cm* de lessive sodique à 10 %.
. — 400 cm* de lessive sodique à 15 %.
. — 400 cm° de lessive sodique à 20 %.
. — 400 cm° de lessive sodique à 25 %.
. — 400 cm* de lessive sodique à 30 %.
oi R © D HA
Après deux heures de trempage, à 20°, la soude en excès est rejetée et l’alcali de cellulose amené au poids de 150 gr par pressage et suçage à l’aide d’un papier-filtre ; sur chaque échantillon d’alcali de cellulose nous avons titré, à plusieurs reprises, la soude retenue, les chiffres moyens sont réunis dans le tableau ci-dessous :
Concentration Grammes NaOH retenus sur : Rapport Echan- 7 100 grammes 100 grammes moléculaire tillon de la lessive d’alcali de cellulose | soude: cellulose
de trempage de cellulose initiale sèche initiale sèche
La quantité de soude retenue (soude combinée adsorbée et absorbée) par la cellulose brute lors du trempage dépend de
46 VISCOSE DE CELLULOSE
la concentration des lessives ; plus la lessive est forte, plus il y a d’hydroxyde de sodium de retenu.
Si on admet que la formule de l’alcali de cellulose est CSHO5.NaOH (ce qui est peu probable), pour une alcalinisation complète, près de 25 gr de NaOH doivent être retenus sur 100 gr de cellulose et l’essai 1 ne serait qu'imparfaitement alcalinisé; le trempage demanderait donc à être effectué avec des lessives de concentration supérieure à 15 %. En acceptant la formule (CSH1O5)2.NaOT, l'essai 1 semble avoir suffisamment de soude puisque 19,5 gr sont retenus, mais il n’en est rien, car dans ce poids entre celui de la soude non combinée.
Comme nous le verrons plus loin, il y a moins de 12,5 gr de NaOH de liés à la cellulose, ce qui était prévisible puisque le gonflement maximum, correspondant à la formule
(COAMOPÉENAOET, n’est obtenu que par emploi d’une lessive de 12 % de teneur en hydroxyde de sodium (pour un trempage de 1 h 30, à 20°).
C. — INFLUENCE DE LA CONCENTRATION DES LESSIVES DE TREMPAGE SUR LA LIAISON SOUDE-CELLULOSE
Il était à prévoir que des lessives de trempage de concentration croissante laisseraient des quantités de soude différentes sur la pâte de bois. Dans l'essai suivant, nous avons recherché l’action de la concentration sur la liaison soudecellulose.
Des échantillons de pâte de bois, de même poids : 1 gr et de même humidité : 6,92 %, sont traités par des lessives de concentration croissante durant une heure, à 20°. Sitot ce trempage, les échantillons sont pressés de telle manière à obtenir dans chaque cas 3 gr d’alcali de cellulose. Les différents alcalis de cellulose sont laissés au repos pendant environ soixante-seize heures, à 20°.
Après cette maturation, les échantillons sont mis, à 20°, en présence de 10 cm d'alcool à 95 %, pendant quatre heures, l'alcool étant renouvelé toutes les 30 minutes: Par un tel traitement l’alcali non combiné est entraîné et le dernier lavage n’accuse qu’une très faible alcalinité ou aucune (106). La
VISCOSE DE CELLULOSE 47
soude restant sur la cellulose peut être considérée comme celle liée chimiquement, elle est analysée dans le produit épuisé par SO*H® N/5.
Pour rendre le titrage plus exact, l’alcali de cellulose est chauffé avec 150 cm® environ d’eau, pour faciliter la libération de la soude. La liaison est calculée sur la cellulose séchée après trempage, titrage, lavage et rinçage.
Par des durées différentes de contact entre l’alcali de cellulose et l’alcool, à des températures variables, l’alcali lié à la cellulose est plus ou moins entraîné, nous nous sommes donc attaché à agir toujours de la même façon dans les mêmes conditions.
Les résultats sont les suivants :
Concentration | Grammes NaOH Rapport Echan- ; PR moléculaire St des lessives liés à 100 grammes lo eilalee
Fo de cellulose traitée traitée 1 10 8,2 0,33 2 12 121 0,49 3 14 12,9 0,52 + 16 13,6 0,53 5 18 159 0,56 6 20 14,2 0:57 7 25 14,6 0,59 8 35 25,9 1,05 Ÿ 40 227 108
Il résulte que :
1° Des lessives de concentration croissante lient sur la
cellulose des quantités de plus en plus grandes d’hydroxyde de sodium.
2° Une lessive de 10 % de teneur en NaOH est insuffisante pour alcaliniser complètement la pâte étudiée.
3° Une lessive de 12 %, qui donne le maximum de gonflement, est suffisante pour engendrer l’alcali de cellulose :
(C'H05}.NaOH.
48 VISCOSE DE CELLULOSE
-tadice de on
grammes Naok Nés .
(5 40 25 30 35 40 Concentration ÿ° des fessives
Fig. 6
4° La courbe de fixation de la soude sur la cellulose ne suit pas celle du gonflement. Elles ont un même sens pour des concentrations inférieures à 12 % de teneur en hydroxyde de sodium, c’est-à-dire jusqu’au passage maximum du gonflement.
MM. Rassow et Wadewitz (107) étudièrent l’action de la concentration des lessives de trempage sur le coton. Ils préparèrent des alcalis de cellulose en faisant tremper du coton dans des lessives à différentes concentrations, pendant 30 minutes. Au bout de ce temps, l’excès de soude est exprimé de telle façon que le produit humide pèse encore trois fois le poids de la cellulose initialement employée.
Dans chaque échantillon, la soude est entrainée par des lavages à l'alcool, jusqu’à neutralité à la phénolphtaléine:; la soude encore fixée.sur la cellulose est analysée et les résul-
VISCOSE DE CELLULOSE 49
tats permirent d'établir le tableau suivant, qui amène aux mêmes conclusions : augmentation de la quantité de soude retenue avec la croissance de la concentration des lessives de mercerisage ; l’alcalinisation est incomplète avec des lessives
à pourcentages faibles.
Dans le cas du coton, une concentration croissante semble donner des alcalis de cellulose dont le rapport moléculaire se
rapproche de 1.
pe Concentration 1SSal de la lessive
de trempage (0)
PR mo nn vw
Grammes NaOH retenus sur 100 gr de cellulose sèche initiale
Rapport moléculaire soude : cellulose sèche initiale
TOSOCCOS © Q © © oO Ur in 0 & 0 © © IN NI
L'effet de la concentration sur la liaison soude-cellulose a été encore mis en évidence dans l'essai suivant, dü aux auteurs précédemment cités.
Du coton fut mercerisé puis exprimé; l’eau de l’alcali de cellulose fut chassée par le toluène bouillant; enfin le produit jaune fut lavé à l’alcool absolu.
: Concentration | Grammes NaOH Rapport Essai : liés sur moléculaire Ne CRANES 100 gr de cellulose | soude : cellulose g sèche initiale sèche initiale 1 18 27,10 1,10 2 12 26,44 1,07 3 6 16,09 0,68
50 VISCOSE DE CELLULOSE
Dans ce cas, une solution de 12 % de teneur en hydroxyde de sodium est suffisante pour produire le rapport moléculaire de 1, tandis que, comme nous l’avons vu dans ce même chapitre, pour obtenir un tel résultat, par lavage d’alcali de cellulose humide, il faut employer une lessive de 30 %. La plus forte fixation de soude sur la cellulose ne peut être attribuée à l'élévation de température qui, au contraire, tend à diminuer la quantité de NaOH liée. L'explication la plus plausible est la suivante : par chauffage avec le toluène, l’eau de l’alcali de cellulose est chassée et la solution de soude se concentre de plus en plus, agissant ainsi sur la cellulose en liant sur celle-ci sa soude dans des proportions croissantes.
MM. Lottermoser et Radestock (108) étudièrent la fixation de la soude sur la cellulose lors d’une élévation de la concentration de la lessive de trempage. Ils remarquèrent, comme il est visible sur leur courbe ci-dessous, deux positions de repos dans la fixation ; la première entre 3,7 et 6,8 mol. et correspondant à l’alcali de cellulose de rapport moléculaire
2(CSH105): NaOH ; la deuxième apparait à 10 mol. et se maintient, elle correspond à l’alcali de cellulose : CSH105: NaOH.
Seite ete
Jizbtion de Ma0H et go
T3 TT 0 INTIME Concentrelion des lessises
Hie7
Le trait continu se rapporte à la fixation de l’hydroxyde de sodium.
Le trait recoupé indique le gonflement correspondant.
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D. — INFLUENCE DE LA TEMPÉRATURE DE TREMPAGE SUR LA LIAISON SOUDE-CELLULOSE
Sur une feuille de pâte de bois accusant une humidité de 5,94 %, des échantillons de chacun 1 gr sont prélevés et traités pendant une heure avec une lessive de 20 % de teneur en NaOH à des températures différentes. La cellulose humide est amenée dans chaque essai au poids de 3 gr puis, sous cet état, laissée au repos durant quarante-huit heures à 20°. L'alcali non combiné est éliminé par la méthode déjà indiquée et l'hydroxyde de sodium encore fixé sur la pâte est analysé. Les résultats sont calculés par rapport à la cellulose traitée, c'est-à-dire privée d’hémicelluloses.
Température Grammes NaOH Rapport Essai de retenus sur moléculaire 100 gr de cellulose soude : cellulose
trempage traitée FT 1 Qc 32,0 1,30 2 20° 24,7 1,00 3 25° 23,9 0,97 Ë 30° 22,5 0,92 5 35° 21,3 0:86 Ô 50° 19,5 0,79
Nous pouvons en déduire que :
1° L'élévation de la température de trempage provoque une diminution de la quantité de soude liée à la cellulose.
2° Pour une lessive de Concentration donnée, la courbe de fixation de la soude sur la cellulose suit celle du gonflement.
3° Par abaissement de la température de trempage, une lessive de force donnée agit sur la cellulose comme une lessive beaucoup plus concentrée à température plus élevée. Ceci découle du fait qu’à 0° une lessive de trempage de 20 % de teneur en NaOH, fixe, sur 100 gr de cellulose sèche, 32 gr de
en D
VISCOSE DE CELLULOSE
