Brevet FR2477158A1 — publié le 19810904

La présente invention se rapporte à un procédé pour préparer des O-triméthylsilyl-celluloses par traitement de la cel- lulose de coton ou de bois à l'aide d'agents gonflants de la cel- lulose, en particulier des bases azotées, réaction avec le triméthyl- chlorosilane et dissolution du produit obtenu dans un solvant orga- nique; elle comprend également l'utilisation de ce procédé dans la préparation de nouvelles O-triméthylsilyl-celluloses présentant un degré de substitution (DS) inférieur à 2. On a déjà tenté à diverses reprises de silyler les groupes hydroxy libres de la cellulose dans les positions 2, 3 et 6 des motifs d'anhydroglucose. Les procédés connus antérieurement visent à l'obten- tion de dérivés triméthylsilylés ou d'autres dérivés di- et tri- organo-silylés de la cellulose qui soient solubles dans les solvants non polaires. Ce but ne peut être atteint que si l'on forme des produits à DS moyen aussi hauts que possible, c'est-à-dire en silylant autant que possible les trois groupes hydroxy de chaque motif d'anhy- droglucose. G. Keilich et collaborateurs (Makromol. Chem. 120 (1968), 87-95) ont préparé entre autres pour la première fois la 2,3,6-tris- O-triméthylsilyl-cellulose à partir de la cellulose naturelle de coton d'un degré moyen de polymérisation (moyenne en poids DPw) d'environ 5.800. Après lessivage en atmosphère d'azote par une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à 0,5 7., ils ont fait réagir la cellulose avec un excès de triméthylchlorosilane dans la pyridine. La tris-O-tri- méthylsilyl-cellulose obtenue (O-TMS-cellulose, I) est soluble unique- ment dans les solvants non polaires tels que le n-hexane et le cyclo- hexane et est précipitée de ces solutions par l'éthanol. Le tétra- hydrofuranne (THF), le dioxanne,= le benzène, le toluène et le chlo- roforme ne provoquent qu'un gonflement de I. Keilich et collabora- teurs avaient déjà constaté que cette O-TMS-cellulose était beaucoup moins sensible à l'hydrolyse que les O-TMS-glucoses par exemple. Ainsi, l'hydrolyse par K2C03 dans le méthanol d'un groupe TMS par motif de l'O-TMS-cellulose demande 75 minutes à 50 C. Dans les mêmes condi- tions, une désilylation complète demande 3 h d'ébullition au reflux. 2477 1 58 De même, les produits obtenus par le procédé décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 418 312, selon lequel on ajoute à la cellulose un mélange de triméthylchlorosilane, d'un mono- ou di-saccharide, d'un solvant et d'une amine tertiaire, sont des 0-TMS-celluloses solubles dans les hydrocarbures aliphatiques et aromatiques éventuellement chlorés et qui contiennent de 2 à 3 groupes 0-TMS par motif d'anhydroglucose. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 418 313 con- cerne la préparation d'O-TMS-cellulos-es possédant les mêmes proprié- tés de solubilité par addition de triméthylchlorosilane pur - obtenu par réaction de l'hexaméthyldisilazane avec le chlorure d'hydrogène anhydre à un mélange de cellulose, d'une amine tertiaire et d'un solvant. Pour la silylation de la Cellophane utilisée comme substance modèle, J. Nagy et collaborateurs (Period. Polytechn. Chem. Eng. 18, 91-98, (1972)), ont utilisé l'hexaméthyldisilazane dans la pyridine en présence de quantités catalytiques de triméthyl- chlorosilane. Le produit obtenu est soluble dans le toluène. Dans cette publication, on met en évidence les contradictions contenues dans les publications relativement au comportement de solubilité dans des solvants organiques de dérivés de la cellulose silylés par des trialkylchlorosilanes. Dans le cours de ses propres recherches, la demande- resse a découvert que les 0-triméthylsilyl-celluloses, en raison de la présence de petites quantités de sels acides provenant de la préparation, s'hydrolysaient rapidement en présence de l'humidité de l'air et devenaient alors insolubles. Par conséquent, ces produits ne sont pas stables à la conservation et ne conviennent donc pas pour une utilisation industrielle. Les solutions de celluloses si- lylées qu'on peut utiliser par exemple pour la préparation de pro- duits moulés en cellulose régénérée sont trop instables et subissent des modifications. La demanderesse a alors cherché à éviter les inconvé- nients décrits ci-dessus et à préparer des 0-triméthylsilyl-celluloses possédant des propriétés de solubilité reproductibles et pouvant être manipulées sans complications. 24 7 71 5 8 D'autres buts et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description ci-après. Ces buts et avantages ont été atteints dans un procédé du type défini en introduction en ajoutant au produit de réaction brut dissous dans le solvant organique un réactif basique, de préfé- rence le carbonate de sodium, afin de neutraliser les petites quan- tités de sels acides présents, en séparant ensuite les matières solides de la solution et le cas échéant en précipitant la triméthyl- silyl-cellulose de la solution et en la transformant en un produit solide. Les 0-TMS-celluloses présentant un DS inférieur à 2 sont nouvelles. Ces nouvelles 0-TMS-celluloses sont préparées par le procédé selon l'invention en faisant réagir de la cellulose gonflée avec moins de 2,0 moles de triméthylchlorosilane par équi- valent de motif d'anhydroglucose de la cellulose. Les agents gonflants de la cellulose qui conviennent sont connus; parmi les bases azotées, on utilise de préférence la pyridine. Parmi les solvants des celluloses silylées brutes, on citera des solvants polaires comme le diméthylformamide (DMF), le diméthylacétamide (DMA), la N-méthyl-pyrrolidone (NMP), le diméthyl- sulfoxyde (DMSO), le tétrahydrofuranne (THF), mais également des solvants non polaires tels que les hydrocarbures aliphatiques et aromatiques, éventuellement halogénés. Plus élevé est le DS des 0-TMS-celluloses et meilleure est leur solibilité.dans les solvants non polaires ou peu polaires; les produits présentant un DS de 2 environ se dissolvent encore tout juste dans les solvants peu polaires comme le THF, alors que les celluloses silylées présentant un DS d'environ 1,5 et au-dessous ne se dissolvent plus que dans les solvants fortement polaires. En dehors du carbonate de sodium, on peut utiliser pour la neutralisation d'autres réactifs basiques tels que les carbonates des autres métaux alcalins, les bicarbonates de métaux alcalins et alcalino-terreux et les carbonates ou oxydes de métaux alcalino-terreux. 247 7 15 8 On utilise comme agents précipitants de préférence des alcools, plus spécialement des alcanols comme le méthanol, l'éthanol, le n- et l'isopropanol ou les butanols. Cependant, pour précipiter des produits fortement silylés, l'acétone par exemple convient également. Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée; dans ces exemples, les indications de parties et de pourcentages s'entendent en poids sauf mention contraire. Exemple 1 Préparation d'une 0-triméthylsilyl-cellulose à DS 2,65. Dans un ballon à 3 tubulures d'une capacité de 100 ml équipé d'un agitateur et d'un condenseur à reflux en liaison avec l'atmosphère environnante par l'intermédiaire d'un tube sécheur, on introduit 2 g (12, 34 mmoles) de cellulose et 50 ml de pyridine anhydre et on chauffe le mélange pendant 4 h à l'ébullition au reflux. On ajoute ensuite goutte à goutte, à température ambiante, 6 g (55,6 mmoles) de triméthylchlorosilane et on agite le contenu du ballon pendant 3 h; On diminue le gonflement de la silyl-cellulose par addition de méthanol, on essore la substance silylée et on la lave au méthanol. On dissout le produit brut dans l'éther de pétrole et on ajoute 0,1 g environ de carbonate de sodium afin de neutraliser les petites quantités de chlorhydrate de pyridine encore présentes et qui, sans cette précaution, suffiraient pour hydrolyser la cel- lulose silylée. On centrifuge la solution ou on la filtre sous pres- sion et on précipite t'O-TMS-cellulose de la solution claire obtenue à l'aide de l'éthanol. Après séchage sous haut vide, on obtient un produit blanc soluble dans les solvants non polaires tel que les hydro- carbures ou dans lés éthers tels que le tétrahydrofuranne. Rendement *3,75 g (85 % de la théorie); analyse: Si: 21 7.; DS: 2,65. Exemple 2 On gonfle 2 g (12,34 mmoles) de cellulose dans la pyridine en chauffant 4 h à l'ébullition au reflux. On ajoute ensuite goutte à goutte 2,2 g (20, 37 mmoles) de triméthylchlorosilane et on laisse réagir 3 h à température ambiante. On diminue le gonflement 2477 158 par addition de méthanol, on essore le produit et on le lave au méthanol. Pour la purification, on dissout le produit dans le DMF. On neutralise les petites quantités de chlorhydrate de pyridine encore présentes par addition de carbonate de potassium, on cen- trifuge la solution ou on la filtre sous pression. A partir de la solution claire, on précipite la silyl-cellulose par addition d'eau et on la sèche. Rendement: 2,9g (88 % de la théorie); Si: 14,7 %; DS: 1,37. 2477 1 58 RE V E N D I C A T I 0 N S 1. Procédé de préparation d'O-triméthylsilyl-celluloses par traitement de la cellulose de coton ou de bois à l'aide d'agents gonflants de la cellulose en particulier des bases azotées, réaction avec le triméthylchlorosilane et dissolution du produit obtenu dans un solvant organique, ce procédé se caractérisant en ce que l'on ajoute au produit de réaction brut dissous dans le solvant organique un réactif basique, de préférence du carbonate de sodium, afin de neutraliser les petites quantités de sels acides présentes, après quoi on sépare les substances solides de la solution et le cas échéant on précipite la triméthylsilylcellulose de la solution et on la convertit en un produit solide. 2. Utilisation du procédé selon la revendication 1, pour la préparation de nouvelles triméthyl-celluloses présentant un degré de substitutin(DS) inférieur à 2,0, caractérisé en ce que l'on fait réagir la cellulose gonflée avec moins de 2,0 moles de triméthylchlorosilane par équivalent de motif d'anhydro-glucose de la cellulose. 3. Triméthylsilyl-celluloses présentant un degré de substitution inférieur à 2,0.