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.
Les principaux pays producteurs de cellulose sont les états qui possèdent de vastes territoires boisés comme le Canada, les États-Unis ainsi que les pays nordiques (Finlande, Norvège et Suède) et l’Amérique latine [2].
Utilisations
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... ainsi que dans la fabrication de fibres textiles artificielles : acétate de cellulose, viscose, lyocell, modal, rayonne... Les fibres de cellulose transformées sont, par ailleurs, utilisées comme précurseurs pour la production de fibres de carbone.
L'enquête de filière [4] sur l'utilisation des matériaux fibreux en France menée par l'INRS en 2006 a montré que 188 448 tonnes de fibres de cellulose et mélanges (incluant les esters de cellulose) ont été utilisées par les entreprises.
Les produits à base de fibres de cellulose sont :
- Les papiers - cartons :
- papier à usage graphique : papier journal, d'impression ou d'écriture ;
- papier d'emballage : cartons plats, papier ondulé ;
- papiers industriels ou spéciaux : papier à usage fiduciaire, papier à usage graphique, papier à cigarette, abrasif, papier filtre, etc.
- papier d'hygiène ou pour produits à usage unique pour la santé, l'hygiène et l'essuyage : papier crêpé, ouate de cellulose, papier mousseline.
- Les produits textiles contenant des fibres de cellulose, d'acétate de cellulose, de viscose, de lyocell, de 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. Ils sont également utilisés pour leur résistance au feu, à la vermine et aux moisissures.
- Des produits divers utilisés en industrie agroalimentaire, comme les boyaux artificiels pour la charcuterie, des additifs alimentaires (agents de texture).
- Les films pour pellicules photographiques.
Propriétés physiques
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 de bonnes qualités adsorbantes. La conformation spatiale de la cellulose détermine ses propriétés physiques et chimiques.
| Nom Substance | Masse volumique | Allongement à la rupture | Coefficient de dilatation thermique | Conductivité thermique | Module d'Young | Ténacité |
|---|---|---|---|---|---|---|
|
Fibres de cellulose |
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 normalisé pour les filés de fibres. il définit le poids en grammes de 1000 m de fil.
Propriétés chimiques
La cellulose se dégrade dès 100 °C en se dépolymérisant. Cependant, dans l'air, la cellulose pure est stable jusqu'à 300 °C, elle se consume à partir de 330 °C et s'embrase vers 380 °C. L'ajout de borate de sodium, de chlorure de sodium ou de phosphate de sodium permet de retarder cet embrasement [1].
La cellulose est insoluble à la fois dans les solvants organiques classiques et dans l'eau. Elle présente également une bonne résistance aux acides dilués, aux alcalins ainsi qu'aux huiles et graisses. Elle résiste à la corrosion, à la vermine et aux moisissures (notamment lors de l'ajout de sels boriques). Pour solubiliser la cellulose, il est nécessaire d'utiliser des solvants complexes et atypiques [1] :
- 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 il s'agit de chlorure de lithium, mais également de bromure de lithium associé à du N,N-diméthylacétamide.
Récipient de stockage
Les fibres de cellulose doivent être conditionnées de manière totalement étanche dans des emballages doubles en matière plastique soigneusement fermés.
Leur stockage doit s'effectuer dans des locaux frais, bien ventilés, à l'abri des rayons solaires et à l'écart de toute source de chaleur ou d'ignition et des matières inflammables.