HAL Id: jpa-00233052
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Submitted on 1 Jan 1931
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I. Recherches sur la structure des films ; transformations du réseau de la nitrocellulose - II. Compléments à notre
article précédent sur la structure des cotons nitrés et acétylés
J.-J. Trillat
To cite this version:
J.-J. Trillat. I. Recherches sur la structure des films ; transformations du réseau de la nitrocellulose - II. Compléments à notre article précédent sur la structure des cotons nitrés et acétylés. J. Phys.
Radium, 1931, 2 (2), pp.65-68. �10.1051/jphysrad:019310020206500�. �jpa-00233052�
I. RECHERCHES SUR LA STRUCTURE DES FILMS;
TRANSFORMATIONS DU RÉSEAU DE LA NITROCELLULOSE.
II. COMPLÉMENTS A NOTRE ARTICLE PRÉCÉDENT
SUR LA STRUCTURE DES COTONS NITRÉS ET ACÉTYLÉS;
par J -J. TRILLAT, Docteur ès Sciences.
Sommaire. 2014 En utilisant des collimateurs très fins (0,3
mmde diamètre),
onest
arrivé à obtenir des diagrammes d’une grande netteté qui permettent d’établir que la trinitrocellulose est capable de revêtir
uneseconde forme cristalline, lorsqu’on dissout le
coton nitré dans l’acétone et qu’on sèche de façon à obtenir
unfilm.
Les films ainsi formés sont entièrement cristallins lorsque le coton initial possède
un
taux d’azote de 12,95 pour 100 ; ils sont presque entièrement amorphes lorsqu’ils sont
faits à partir de cotons nitrés à 12 pour 100 d’azote et au-dessous.
Ces résultats montrent
enoutre que le phénomène de polymorphisme est très général
pour la cellulose et
sesesters.
1. Transformations du réseau de la nitrocellulose.
-La nitrocellulose a fait
l’objet d’un grand nombre de recherches récentes, basées principalement sur les diagrammes
de rayons X. Récemment, un très intéressant travail de Trogus, Hess et Katz (Z. f. Phys.
Cheni. , B 7 (1930), 1), a montré que les fibres de ramie nitrées au maximum, gonflées dans
certains mélanges de liquides organiques (méthanol-cyc1ohexanolle par exemple), puis
examinées aux rayons X, présentaient un changement importan t dans la position des inter-
férences cristallines ; à mesure que le mélange liquide s’évapore de la fibre, on retrouve petit à petit le diagramme inaltéré de la fibre primitive,
1ce qui fait que le phénomène est
réversible. Un résultat analogue a été trouvé pour les acétates de cellulose (Hess et Trogus,
Z, f. Phys. Chem, B5 (4929), 3/4).
Il était d’un grand intérêt de voir ce qui se ’passe lorsqu’on ne se limite pas au seul
gonflement réversible, mais que l’on va jusqu’au stade de la dispersion complète, suivie de l’évaporation des solvants sous la forme d’un film. C’est ce que nous avons fait en opérant
avec du coton nitré à 1~,9~ pour 100 d’azote (voisin de la trinitrocellulose), en le dissolvant
dans l’acétone pure, et évaporant sous forme d’un film.
Nous avons utilisé dans ce but des collimateurs très fins (0,3 mm de diamètre) permet-
tant une très bonne séparation des différentes raies d’interférence; la fibre ou le film était examiné avec les rayons Ka de Cu, sous une épaisseur de 0,4 mm.
On constate alors que les diagrammes du coton nitré et du film correspondant sont différents, ce qui est résumé dans le tableau suivant :
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:019310020206500
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Le coton nitré à 12,95 pour 100 d’azote fournit un diagramme cristallin correspondant
à la trinitrocellulose. Le film correspondant montre aussi une structure cristalline, dans laquelle apparaît un nouvel espacement réticulaire de 9,31 1; de plus, les autres équidis-
tances sont légèrement modifiées; la netteté des diagrammes obtenus permet des mesures précises.
Ainsi le film obtenu par évaporation d’une solution acétonique d’un coton nitré à
12,95 pour 100 d’azote est cristallisé ; ceci est à rapprocher de ce que l’on sait sur la structure des films de céllophane, qui apparaissent comme également cristallisés, avec une structure différenle de celle du coton initial (hydracellulose au lieu de cellulose). Le fait que l’on passe par la phase de dispersion amène un changement de réseau correspondant à une nouvelle
forme stable de la cellulose; c’est ce qui se produit aussi pour la nitrocellulose au voisi- nage du maximum de nitration. Ceci montre la généralité de ces phénomènes de trans-
formation de réseau, même lorsqu’on étudie les dérivés cellulosiques sous forme de
films.
On ne peut pas dire d’une façon certaine, si cette modification du réseau de la trinitro- cellulose correspond à une nouvelle forme cristalline de trinitrocellulose pure ou si elle
provient d’une combinaison avec le solvant ; des expériences récentes semblent montrer que certains solvants ont une spécifité d’action caractéristique vis-à-vis de la nitrocellulose, ce qui serait à l’appui de la seconde hypothèse. (Voir J.-J. Trillat, La structure du celluloïd.
C. R. 20 Oct. 1930, p. 654). Il est à noter d’ailleurs que la fibre retient toujours énergique-
ment une proportion d’acétone de l’ordre de 1 pour 100. En tous cas, le nouveau diagramme paraît être un mélange de l’ancienne forme de la nitrocellulose et d’une nouvelle forme;
il est possible que par dissolutions et évaporations successives, on arrive à isoler cette dernière à l’état pur.
Si maintenant on répète la même expérience avec des cotons moins nitrés (12 à 10 pour 100 d’azote), on constate que tandis que les fibres conseryent encore une apparence cristal- line (de plus en plus faiblement à mesure que le taux d’azote diminue), les films correspon- dants sont aïïtorphes, ou tout au moins ne donnent aux rayons X que des halos correspondant
à une structure amorphe. La différence à ce point de vue entre le film à 12,95 pour 100 azote et 12 pour 100 azote est extrêmement nette. Par conséquent, il est nécessaire, pour observer le changement de structure de la nitrocellulose, d’utiliser des composés nitrés avec une quantité d’azote aussi voisine que possible du maximum de nitration ; ceci signifie que seule la trinitrocellulose est un composé bien défini, cristallisable sous au moins deux formes lorsqu’on passe par la phase dispersée, tandis que la présence de composés mal
définis comme la
«dinitrocellulose
oempêche ce phénomène et donne lieu dans les films à une structure ainorphe.
Des résultats analogues obtenus par Hess et Trogus sur des triacétylcelluloses préci- pitées de solutions (et non évaporés sous forme de films), et des résultats obtenus par nous- mème sur les films de trinitrocellulose, il ressort que les composés cellulosiques au maximum
sont susceptibles, tout comme la cellulose native, de revêtir différentes formes cristallines
lorsqu’ils passent par le stade de gonflement suivi de dispersion. Ceci sera sans doute de
nature à nous éclairer sur la structure de ces corps complexes, et de permettre en particu-
lier de mettre en lumière le processus du gonflement et de la dispersion, ainsi que de la nature des forces qui réunissent les chaînes cellulosiques entre elles.
2. Note complétnentaire à un travail antérieur (1).
-Comme complément à
notre article précédente (’), nous allons donner les précisions que nous a permis d’apporter l’emploi de la technique définie plus haut.
Nous avions indiquée dans ce travail que, dans les nitrocelluloses (coton nitré) du type A
et B (10,4 à 12,95 pour 100 azote), il existait un halo interne intense correspondant à une équidistance de 6,9 À. Nous n’avions pu fournir que des hypothèses relativement à l’origine
(1) J.-J. TRILLAT, Journ. de Phys , T. 4 (oct. i930), p. 340.
Fig. 1. - 12,95 pour 100 N. Fig. 2.
-12 pour 100 N.
Fig. 3.
-10,4 pour 100 ~’. Fig. ’~.
-6,17 pour 100 N. Fig. 5.
-12,95 pour 100 N.
Fig. 6.
-i2 pour 100 N. Fig. 7.
-10,4 pour 100 N.
J.-J. TRILLAT.
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de ce lmlo ; soo aspect et sa largeur étaient une objection à son attribution à une diffraction cristalline.
Ces essais avaient été faits avec un collimateur de 1 inm de diamètre. En répétant les expériences avec un collimateur de 0,3 mm, il est apparu que ce halo se réduisait à un anneau très net et intense, correspondant à une équidistance d
=7,07 Angstr’ms, et à un angle de diffraction 6/2
--6°~~’30".
Or, dans leur travail sur les fibres de ramie nitrées, von Susich et Xaray-Szaho [Z. Phys. B 134 (1928), p. 264J ont trouvé pour la tache BOl un angle de diffraction
6/2
=6°10’. Il est donc désormais certain que l’origine de cet anneau doit ètre attribuée à
une diffraction cristalline comme les trois anneaux extérieurs des nitrocelluloses contenant 12 pour 100 d’azote et au-dessus. L’anneau interne étant beaucoup plus intense que les autres subsiste pour des taux inférieurs à 12 pour 100, les trois anneaux extérieurs deve- nant alors de plus en plus faibles et étant noyés dans un halo d’apparence amorphe.
De plus, la finesse du collimateur employé permet de résoudre mieux la structure de
ce halo qui apparaissait nettement pour les clichés à 12 pour 100 azote et au-dessous
(voir les clichés du précédent article). On constate dans ces conditions que les anneaux cristallins subsistent tous pour ce taux, mais que l’espace compris entre l’anneau 2 et 3 est uniformément noirci, ainsi que l’espace compris entre l’anneau 3 et 4. le noircissement étant,
dans ce dernier cas, beaucoup plus faible (voir clichés 1, 2, 3).
Le même aspect est présenté par la fibre à 10,~ pour 100 cl’azote ; mais ici les trois
anneaux cristallins extérieurs ont presque complètement disparu.
Enfin, le cliché pris avec une nitrocellulose à 6,17 pour 100 d’azote est semblable à celui trouvé autrefois ; on y constate la même diminution du diamètre de l’anneau interne
(d = 7,33 ~) ainsi que la présence d’un halo vraiment amorphe (cl
=4,4 ~j ; de plus, le diagramme de la cellulose apparaît faiblement.
Ceci amène à compléter les interprétations données dans notre travail antérieur
-(J.-J. Trillat, J. Phys., Octobre 1~30). Le coton nilré étudié est composé d’une partie
cristalline plus importante que nous ne le supposions (1) ; les cristalLites de trinitrocellulose sont répartis, dans la fibre de coton nitré, d’une façon désordonnée, avec cependant une légère tendance à l’orientation manifestée par des renforcements équatoriaux. On peut
même dire qu’au voisinage de 12 pour 100 et au-dessus, le coton nitré dans les conditions
indiquées dans notre précédent article est presque entièrement cristallin.
A mesure que le degré de nitration décroît, l’aspect du diagramme change, mais même
pour 10,4 pour 100 d’azote, il subsiste encore une proportion notable de composé cristallisé.
Il ne semble pas que la partie
«amorphe
»du diagramme provienne d’un élargissement des
anneaux cristallins ; on peut l’attribuer soit à une partie -%-raimenl amorphe, soit à une partie
non homogène constituée par des cristaux mal formés. Il est difficile de trancher entre ces
deux hypothèses qui, au fond, ne diffèrent pas essentiellement.
.Cependant, d’après les travaux récents de Hess et Trogus (Z, f. Phys. Chem. 7 (1J30),1)
on peut arriver à l’idée
«que les diagrammes peu nets observés si souvent pour des dérivés
cellulosiques, ne sont pas seulement l’expression de petits cristallites, mais que des fibres de ce genre n’ont pas un état homogène de dérivés cellulosiques, mais représentent plutôt des mélanges de différents états. Il est probable que c’est en particulier l’hétéro- généité chimique qui empêche la formation de réseaux homogènes ». C’est bieo à une
conclusion analogue que nous étions arrivés antérieurement (~1.-J. Trillat, J. Phys.,
Oct. 1930).
De ces résultats, ainsi que de ceux récemment trouvés par Mathieu (2) et par IIess et
Trogus (loc. cit.), il résulte aussi que les conditions de nitration exercent une influence considérable sur la structure fine des cotons nitrés; il semble que les diagrammes X soient
un moyen de contrôle précieux pour l’étude de la façon dont s’opère la nitration.
(t) Il est préférable d’employer les mots :
«partie cristalline et partie amorphe », plutôt que
ccphase cristalline
enéquilibre
avec unephase amorphe »,
cesderniers termes pouvant prêter à confusions.
(2) MATOU et DESMAROux, C. R., janvier 1931.
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Un résultat analogue a été trouvé avec les acétates de cellulose; la différence entre un
produit à 60,6 pour 100 et à 49,6 pour 100 d’acétyle est extraordinairement nette : le
premier est presque entièrement cristallin (plusieurs anneaux de Debye-Scherrer), le second
presque entièrement amorphe. Le halo interne des termes à taux d’acétyle élevé est en réa--
lité (comme pour la nitrocellulose) un anneau intense correspondant à une distance réticu- laire d = 10,5 À, identique à celle trouvée par Hess et Trogus (d = 10,43 1) pour le triacé-
tate II (Z. Phys. Cheni., 5 (1929), 9,fi1) (fig. 8, 9, 10).
Manuscrit reçu le 12 janvier 193 i .
°