Etude des mécanismes de gonflement et de dissolution des fibres de cellulose native

par Céline Cuissinat

Thèse de doctorat en Sciences et Génies des Matériaux

Sous la direction de Patrick Navard.

Soutenue en 2006

à Paris, ENMP .


  • Résumé

    La cellulose, polymère naturel appartenant à la famille des polysaccharides, est non fusible. Pour la mettre en forme, il est donc nécessaire soit de la dériver, soit de la solubiliser. L’objectif de notre travail est de préciser les mécanismes qui conduisent à la dissolution de la cellule native. Cinq mécanismes sont observés lors de cette étude, basée sur des fibres de cellulose native d’origine diverse (coton, bois, ramie, jute, lin, chanvre, sisal et abaca). Chaque échantillon est observé dans une large gamme de systèmes aqueux (NMMO-eau à différentes teneur en eau ou hydroxyde de sodium-eau-additif) et des liquides ioniques. Des données recueillies sur des échantillons dépourvus de leurs parois externes suite à un traitement enzymatique, ainsi que des dérivés cellulosiques, viennent compléter cette étude. Nous avons identifié cinq mécanismes de gonflement et de dissolution de fibres de cellulose native : Mode 1 : dissolution rapide par désintégration de la fibre en fragments, Mode 2 : gonflement par ballonnement, dissolution de toute la fibre, Mode 3 : gonflement par ballonnement, dissolution partielle de la fibre, Mode 4 : gonflement homogène, non dissolution de la fibre, Mode 5 : pas de gonflement ni de dissolution (cas d’un système non solvant), Malgré les différentes morphologies entre toutes les fibres de cellulose testées et les dérives cellulosiques, les mécanismes de gonflement et de dissolution restent similaires. Trois zones le long des fibres de cellulose sont définis lors d’un mécanisme impliquant un gonflement par ballonnement : les ballons, la membrane des ballons, les sections non gonflées (zones situées entre les ballons). Chacune de ces zones présentent un mécanisme de dissolution particulier. Le monde 2 est donc détaillé en 4 étapes. Les ballons sont des entités constituées d’une membrane (paroi primaire, plus une partie de la paroi secondaire), caractérisée par une structure hélicoïdale. La membrane est la partie de la fibre la plus difficile à dissoudre. Il est important de noter que la cellulose à l’intérieur des ballons est dissoute. Les mécanismes de gonflement et de dissolution ne sont pas liés à la nature chimique des agents solvant. La qualité du solvant influé évidemment sur le mode de dissolution induit, mais le facteur clé des mécanismes est la structure morphologique de la fibre.

  • Titre traduit

    Swelling and dissolution machanisms of native cellulose fibres


  • Résumé

    Cellulose is a natural polymer, which belongs to polysaccharides family. Cellulose offers numerous product development opportunities but cellulose is difficult to process : it cant not be melted. Thus cellulose must be either solubilised or derivetised. This is the main reason that pushed us to study and understand the swelling and dissolution mechanisms of native cellulose fibres (cotton, wood, sisal, abaca, hemp, flax and ramie). Data obtained with cotton and wood samples without outer layers, and cellulose derivatives aloow us further information. The chemical agents, investigates as solvent or swollen agents, are aqueous (N-methylmorphine N-oxide – water with various content, or sodium hydroxide – water – additives) or ionoc liquids. We identified fives modes describing the behaviour of cellulose native fibres dipped in chemical agents : Mode 1 : fast dissolution by desintegration into fragments, Mode 2 : large swelling by ballooning, and dissolution, Mode 3 : large swelling by ballooning, and no dissolution, Mode 4 : homogeneous swelling, and no dissolution, Mode 5 : no swelling, and no dissolution,despite the morphological differences between the different types of vegetal fibre or cellulose derivatives, they all follow the same modes of swelling and dissolving. We can distinguish different zones with one fibre during the ballooning. The three main components are the followings : the balloons, the membrane (surrounded the balloons with helicoidal feature) and the unswollen section. Each of these parts undergoes a typical swelling and dissolution behaviour. The components of the balloons membranes are the primary wall, plus part of the secondary wall. The membrane is the most difficult part to dissolve. Cellulose inside the balloons is not only swollen, but dissolved. The swellinf and dissolutions mechanims of native scellulose fibres are not determined by the chemical nature of chemicals tested as solvent systems. Even if the quality of solvent plays a major role concerning the induced mechanisms, the key parameter is the morphological architecture of native cellulose fibres.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (160 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 108 réf.

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