Brevet FR3001221A1 — publié le 20140725

FORMATION D'UN NOUVEAU COMPLEXE CALCIO - CELLLULOSIQUE ET SES APPLICATIONS La cellulose est un poly-saccharide constitué de chaînons linéaires de molécules de glucose en position r3 1 -4 de la molécule de glucose . La cellulose peut comporter de 200 à 1500 molécules de glucose . Le polymère de cellulose forme des micro-fibrilles , qui elle-même associées en couches , forment la paroi des cellules végétales . Il s'établit des liaisons hydrogènes entre les molécules de glucose des différents chaînons glucidiques ( extra-moléculaires ) et des liaisons hydrogène dans la partie cellobiose du 0 polymère ( intra-moléculaires ) voir figure I - page 1/3 . Le dimère cellobiose est constitué notamment de 3 groupements hydroxyles correspondant à 2 fonctions alcool secondaire en position 2 et 3 de la molécule de glucose et un alcool primaire en position 5 de la molécule de glucose .Le polymère cellulosique est étiré car les liaisons sont équatoriales et permettent une A 5 extension maximale d'ou l'aspect fibrillique de la cellulose . La structure électronique des éléments alcalino-terreux ( calcium - magnésium - baryum ) présente 2 électrons non liés sur la dernière couche périphérique alors que les éléments alcalins ne comportent qu 'un seul électron non lié sur la dernière couche périphérique . Ainsi , 2,0 l'atome de calcium a un numéro atomique Z = 20 . Il a donc 20 électrons dont 2 électrons sur la couche 4 s . Les élements chimiques de la colonne 6 ( oxygène - soufre )ont 6 électrons sur la dernière couche périphérique ; ainsi l'atome d'oxygène a 6 électrons sur la couche 2 p . Ces 6 électrons peuvent s'associer pour faire des doublets non liants suivant le type de liaisons . De Le cette façon , des liaisons de covalence peuvent s'établir entre un élément alcalin mettant en oeuvre un ou deux électrons de celui-ci et un ou deux électrons de l'élément metalloide pour satisfaire à la règle de l'octet . Ainsi , pour le sulfure dç calcium ( CaS ) il s'établit 2 liaisons de covalence entre les 2 électrons non liés de l'atome de calcium et 2 électrons non liés de 1 'atome 3 se' de soufre . Par exemple ; Il peut aussi s'établir des liaisons de coordination de type ionique dans le cas de produits en milieux aqueux par transfert de 2 électrons non liés de la couche 4s de l'atome d'atome de calcium sur la couche 2 p de l'atome d'oxygène pour satisfaire à la régle de l'octet . Tel est le cas de l'oxyde de calcium CaO que l'on peu représenter suivant le schéma Ca -->0 , 1 'atome de calcium se comportant dans ce cas comme donneur d'électrons . La présente invention concerne la formation d'un nouveau complexe calcio-cellulosique obtenu par réaction d'un oxyde de calcium Ca O ou hydroxyde de calcium Ca ( OH) 2 sur de la cellulose en suspension suivant les 2 réactions : Ca 0 + H2 0 --> Ca ( OH) 2 Ca(OH)2 Ca 24 + 2 OH- La cellulose en milieu alcalin , par suite de la disparition des liaisons hydrogènes , se charge négativement au niveau des radicaux hydroxyl avec apparition d'un doublet non liant sur l'oxygène et devient alors un polymère anionique sous forme cellulose - 02- avec libération d' un proton H -, celui - ci se combinant avec les Ions .0 OH -suivant la réaction : On* + H + H 2 0 Soit la réaction globale : Ca O + CELLULOSE Ca - CELLULOSE + H2O + Q calories A5 Ce nouveau complexe correspond ainsi à la fixation d'un atome de calcium sur le polymère cellulose . Il est obtenu par substitution des liaisons hydrogènes par des liaisons de coordination de type complexe ( voir figure 2-page 2/3 ) d'ou la formation de ce nouveau complexe calcio-cellulosique . Le brevet EO 2738383 Al décrit un procédé de « micro- fibrilles 2P de cellulose à inter-face modifiée et un procédé de fabrication pour une utilisation comme charges dans les matériaux composites . Ce procédé est caractérisé par une estérification du groupe alcool primaire de la cellulose par l'anhydride acétique pour faire un polymère d'acétate de cellulose. Le brevet EP 2089574 Al décrit un procédé comportant , par 2f traitement de papiers ou de cartons , la préparation d 'une suspension de cellulose , un agent floculent en suspension pour former une feuille en utilisant conjointement un système de floculant comprenant l'addition simultanée d'une matière silicosée et d'un micro-polymère cationique ou anionique . Le brevet WO 98555153 Al décrit une nouvelle suspension pharmaceutique comprenant un ingrédient pharmaceutique en suspension en milieu aqueux dont un agent de suspension comporte de la cellulose micro-cristalline broyée et revêtu d'un dispersant barrière formé d'un complexe alginato-calcaire sodique . A ce jour , de nombreuses applications de dérivés cellulosique sont connus tel les hydroxy-cellulose , les hydroxy -propyl cellulose dans 2 l'industrie alimentaire et les esters de cellulose ( carboxy-methyl cellulose et l'acétate de cellulose dans les industries textiles . Suivant l'invention , il est réalisé une suspension aqueuse de fibres de cellulose en introduisant ,dans un mélangeur ou un pulpeur ou broyeur , des déchets papetiers provenant de vieux papiers , journaux , revues , cartons , boues de papeterie , Suivant l'invention , l'agitation de cette mixture est maintenue 15 minutes sous une agitation adaptée à la concentration en papiers , Suivant l'invention , la proportion de déchets papetiers pourra Ag représenter une proportion de 30 à 70 % de fibres dans l'eau , Suivant l'invention , il sera mis ,à titre d 'exemple ; idéalement 60 kilos de vieux papiers dans 50 litres d'eau et l'agitation sera maintenue 15 minutes , Suivant l'invention , il sera ajouté dans la suspension cellulosique 4 5 précédente , soit de la chaux vive Ca O soit de la chaux éteinte Ca ( OH )2 . La proportion de chaux CaO variera de 40 parts de chaux et 60 parts de la suspension précédente ou une proportion de 60 parts de chaux et 40 parts de la suspension précédente .11 sera tenu compte lors de l'ajout de la chaux éteinte de l'équivalent CaO dans Ca (OH )2 P Le mélange ainsi obtenu sera maintenu sous agitation pendant 30 minutes . La réaction précédente est très exothermique et aboutit au nouveau complexe calcio - cellulosique . Le mélange obtenu se présente sous forme d'une pate floculeuse et son examen au microscope électronique à balayage de champ confirme cet état de focs voir figure 3 ( page 3/3). Par contre , la suspension 3o aqueuse de fibres cellulosiques , avant l'ajout de chaux , confirme au microscope électronique la nature fibreuse de la cellulose voir figure 4 ( page 3/3) Ainsi , ce nouveau complexe calcio -cellulosique est caractérisé . Suivant l'invention , la proportion idéalement choisie est de 50 % de chaux vive et de 50 % de fibres cellulosiques . Suivant l' invention , il sera ajouté idéalement dans l'exemple ci- dessus , 60 kilos de chaux vive ou 106 kilos de chaux éteinte . Le mélange précédent sera maintenu agité 30 minutes . Suivant l'invention , la formation de ce nouveau complexe serait obtenu par hydrolyse alcaline des liaisons hydrogène de la cellulose et leur 3 remplacement par des liaisons de coordination de nature complexe entre l'atome de Calcium et l'atome d'oxygène devenu très électronégatif en milieu alcalin ( alcalinité de la chaux ) voir figure 2 ( page 2/3) Suivant une autre caractéristique de l'invention des sels de métaux trivalents ou divalents peuvent être ajoutés à la pâte précédemment décrite selon le nouveau complexe calcio-cellulosique tels que : aluminium , potassium, magnésium , calcium sous forme de sulfates , phosphates , carbonates , oxalates de ces métaux . Suivant l'invention , il pourra être ajouté à la pâte précédemment 4 0 décrite , afin de conserver la stabilité dimensionnelle de celle-ci , du stéarate de calcium , de 1 'alumine , de la poudre de cellulose , de la sciure de bois , du silicate de calcium . Ces ajouts seront de l'ordre de quelques pour cents par rapport au poids de la pate . Suivant l'invention , il pourra être ajouté à la pate ainsi obtenue : di =s du ciment , du plâtre , de l'argile sous forme de bentonite par exemple ; technique permettant d' adapter la rhéologie de la pate suivant ses possibles applications . L'addition de ces produits variera de 1 à 10 % suivant la viscosité désirée . Suivant l'invention , il est possible d'obtenir, à partir de cette pâte 2o comprenant le nouveau complexe calcio-cellulosique , des matériaux composites de différentes nature . Les techniques utilisées pourront être : l'extrusion , le laminage , le compactage par filtre - presse ou autres techniques . Suivant l'invention , les matériaux obtenus avec les techniques Q précédentes seront séchés suivant leur degré d 'humidité par passage gans un courant d'air chaud , laminages entre cylindres chauffants , séchage par courants de haute fréquence ou autres moyens de séchage . Suivant l'invention , les matériaux ainsi obtenus , pourront trouver des applications dans les domaines d'activité tels que le Batiment , 1 3 o Ameublement , les Travaux Publics soit réalisation de plaques , parpaings , planches , briques crépis de façade ,objets moulés de toute nature et autres objets , et le Génie civil et la décoration . 4 REVENDICATIONS1 - Formation d'un complexe calcio - cellulosique à partir de la réaction de chaux vive ( CaO ) ou chaux éteinte ( Ca (OH )2 sur de la 5 cellulose en suspension dans l'eau avec formation d'une pâte granuleuse d'un aspect floculeux , 2 - Formation d'un complexe calcio-cellulosique selon la revendication 1 ,caractérisé en ce que la suspension cellulosique comprend des fibres issues de vieux papiers , cartons , journaux , boues papetières , 3 - Formation d'un complexe calcio-cellulosique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le complexe est formé par modification de la structure chimique du polymére cellulosique par remplacement des liaisons hydrogènes de celui-ci par des liaisons de coordination de type complexe , 4 - Formation d'un complexe calcio-cellulosique selon l'une des revendications 1 à 3 , caractérisé en ce que la proportion des produits peut varier de 40% de chaux vive et 60 % de fibres cellulosiques à 60 % de chaux vive et 40% de fibres cellulosique . La proportion idéalement choisie est de 50% de chaux vive et 50 % de fibres cellulosiques , - Formation d'un complexe calcio-cellulosique selon l'une des revendications 1 ou 3 caractérisé en ce que le complexe calcio- cellulosique peut réagir avec des sels de métaux di- ou tri- valent tels que aluminium , magnésium , potassium 6 - Formation d'un complexe calcio-cellulosique selon la 25 revendication 5, caractérisé en ce que ces sels peuvent mètre des sulfates , des phosphates , des carbonates , oxalates de ces métaux , 5- Formation d'un complexe calcio-cellulosique selon l'une des revendications 1 à 6 , caractérisé en ce que l'on ajoute des adjuvants de gonflement et/ou des agents anti-retraits tels que alumine ou stéarate de calcium ou argile ou bentonite ou sciure de bois ou cellulose cristalline ou du silicate de calcium . 8 - Matériaux obtenus à partir du complexe calcio-cellulosique selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il est obtenu par laminage ou extrusion ou compactage de cette pate , 9 - Matériau selon la revendication 8 , caractérisé en ce qu'il est A 0 séché par laminage à chaud ou passage dans un courant d 'air chaud ou par un courant haute fréquence suivant les applications désirées et la siccité adaptée , 10 - Utilisation des matériaux obtenus selon les revendications 8 ou 9 dans les domaines du Batiment , de l'Ameublement , des Travaux publics , du Génie Civil , de la décoration , A 5 11 - Utilisation des matériaux obtenus selon la revendication 10 dans différents domaines d'activité . 6