Caractéristiques
Fabrication
L'extraction de la cellulose de coproduits agricoles et forestiers est préférentiellement appelée « enrichissement en cellulose », car le produit obtenu n'est pas de la cellulose parfaitement pure, mais plutôt une matière enrichie en cellulose.
L'extraction de la cellulose requiert l'élimination de la lignine ainsi que d'autres constituants des végétaux comme l'hémicellulose, les résines organiques, les graisses et les cires. Cette extraction est réalisée par des traitements successifs mécaniques (broyage par attrition) ainsi que chimiques (procédés de purification acides et basiques) [2, 3]. Ces traitements doivent être effectués avec le minimum de distorsions mécaniques possibles afin de ne pas endommager la texture fibreuse de la cellulose. Des étapes complémentaires de blanchiment, de formulation, de séchage et de mise en forme, orientées principalement par les exigences des clients, peuvent compléter ces traitements.
Utilisations [4]
La cellulose est une matière première industrielle importante. Les fibres de cellulose sont utilisées sous forme de fibres brutes pour la fabrication de pâte à papier. Elles sont également employées après transformation dans l'industrie chimique pour la fabrication de matières plastiques (acétate de cellulose, celluloïd, cellophane, rhodoïd, etc.) ainsi que dans la fabrication de fibres textiles artificielles. Les fibres de cellulose transformées sont, par ailleurs, utilisées comme précurseurs pour la production de fibres de carbone.
Les produits à base de fibres de cellulose sont :
- les papiers et cartons :
- papier à usage graphique : papier journal, d'impression ou d'écriture,
- papier d'emballage : carton plat, carton ondulé,
- papier industriel ou spécial : papier à usage fiduciaire, papier à usage graphique, papier à cigarette, abrasif, papier filtre, etc.,
- papier d'hygiène ou pour produit à usage unique pour la santé, l'hygiène et l'essuyage : papier crêpé, ouate de cellulose, papier mousseline ;
- les produits textiles (acétate de cellulose, viscose, lyocell, modal, etc.) ;
- les produits à base de fibres ciment en remplacement de l'amiante : plaques ondulées, ardoises, tuyaux, canalisations, etc. ;
- les matériaux de friction (freins), les nappes tramées pour pneumatiques ;
- les produits d'isolation thermique et phonique à base de ouate de cellulose fabriquée à partir de papier recyclé ;
- des produits divers utilisés en industrie agroalimentaire, comme les boyaux artificiels pour la charcuterie, des additifs alimentaires (épaississant et stabilisant) ;
- les films pour pellicules photographiques ;
- des produits de l'industrie pharmaceutique (enrobages de médicaments, pansements médicaux) ;
- les explosifs (nitrate de cellulose).
Propriétés physiques [2]
Les fibres de cellulose possèdent un diamètre moyen qui varie de 15 à 30 µm selon leur origine et leur mode de fabrication [2]. Elles sont très rigides et sont considérées comme de bons isolants thermiques et acoustiques. Elles présentent également une très grande résistance aux tensions et de bonnes qualités adsorbantes. La conformation spatiale de la cellulose détermine ses propriétés physiques et chimiques.
| Nom Substance | Formule | N° CAS | Masse volumique | Allongement à la rupture | Coefficient de dilatation thermique | Conductivité thermique | Module d'Young | Ténacité |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Fibres de cellulose |
(C 6H 10O 5) n |
9004-34-6 |
1,5 à 1,55 g/cm 3 |
20 à 40 % |
80.10 -6/K |
0,06 W/m/K à 23 °C |
3 à 36 GPa |
13 à 23 cN/tex. |
Ténacité : le tex est l'unité normalisée pour les filés de fibres. Il définit le poids en grammes de 1000 m de fil.
Propriétés chimiques [1, 5]
La cellulose pure se décompose à partir de 300 °C et s'enflamme lorsque sa température dépasse environ 380 °C. Dans le cas où les fibres de cellulose forment une couche de poussière, elles peuvent s'enflammer lorsqu'elles sont exposées à une température dépassant 270 °C. L'ajout de borate de sodium, de chlorure de sodium ou de phosphate de sodium permet de retarder cet embrasement [1]. Sans prétraitement, la dissolution de la cellulose s'opère à une température de l'ordre de 100 °C.
La cellulose est insoluble à la fois dans l'eau et dans les solvants organiques classiques. Pour solubiliser la cellulose, il est nécessaire d'utiliser des solvants complexes et atypiques [5] :
- les solvants aqueux, et notamment des solutions aqueuses très concentrées d'acides (sulfurique, nitrique...), de bases (potasse, hydrazine...), de sels (iodure de potassium) ou de N-méthylmorpholine-N-oxyde ;
- les systèmes de solvants à base de diméthylsulfoxyde (DMSO) tels que le DMSO/paraformaldéhyde, le DMSO/paraformaldéhyde/thiamine, le DMSO/fluorure de tétrabutylammonium trihydrate, le DMSO/méthylamine et le DMSO/dioxyde d'azote ;
- les systèmes de solvants contenant un halogénure de lithium, le plus souvent le chlorure de lithium, mais également le bromure de lithium associé à du N,N-diméthylacétamide.
Elle présente une bonne résistance aux acides et aux alcalins dilués ainsi qu'aux huiles et graisses.
La cellulose peut être traitée afin de résister à la corrosion, à la vermine et aux moisissures.