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Comment mieux dissoudre la cellulose ?

Patrick NavardCEMEF

Mines ParisTech - CNRS

Travail de 10 étudiants en thèsePlus de 20 articles publiés depuis 5 ans

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Plan de l’exposé

I- Qu’est-ce que la cellulose ?

II- Travaux actuels sur la dissolution de la cellulose

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Plan de l’exposé

I- Qu’est-ce que la cellulose ?

II- Travaux actuels sur la dissolution de la cellulose

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Cellulose: le polymère le plus abondant sur terre

Ne peut pas fondre

N’est pas soluble dans l’eau.

Que peut-on en faire??

I- Qu’est-ce que la cellulose?

5algues

animaux marinscoton

arbres

bacterieschampignons

Où est la Cellulose ?

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Biomasse sur planète Terre: 2 000 109 t Forêts: 1 600 109 t

Source: Thoen and Busch (2006)

Fats, Proteins, Nucleic acids

5%

Lignin20%

Carbohydrates75%

Wood for energy,

paper and construction

33%

Non-food use

(clothing, chemicals)

5%

Food62%

Biomass: 170 1012 tons Polymers: 200 106 tons

Production de polymères synthétiques250 106 t/an

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Russia

n Fed

eratio

n; 809

Brazil;

478

Canad

a; 31

0USA; 3

03Chin

a; 19

7Aus

tralia

; 164

Congo

; 134

Indon

esia;

88Per

u; 69

India;

68

Others, 1 333

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

Forêts dans le monde: 4 000 109 hectares

Cellulose 44 - 46%

Hemicellulose28 - 35%

Lignin 18 - 22%

Other ~ 10%

Composition du bois

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Applications des ethers de cellulose (Thielking & Schmidt, 2006)

Carboxymethyl cellulose (CMC)

Methyl cellulo se (MC), hydroxyalkyl methyl cellulo se (HMC)

Hydroxyethyl cellulose (HEC)

Hydroxypropyl cellulose (HPC)

Paper Tile adhesives Latex paints Adhesives

Detergents Plaster/renders Adhesives Ceramics

Drilling for oil and gas Pharma/cosmetics Building materials Cosmetics

Pharma Joint compounds Cosmetics Encapsulation

Cosmetics Wallpaper paste Drilling for oil&gas Food

Textile industry Polymerisation Agriculture Household goods

Food Food Paper Printing inks

Coatings Latex paints Synthetic resins Polymerisation

Encapsulation Cement extrusion Textile industry Films

Cellulose régénérée: 3,5 MtEsters de cellulose (nitrate, acetate, .) : 1 MtEthers de cellulose (HPC, CMC, .;): 1 Mt

DISSOLUTION

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Dissolution-----------------------------Nouveaux solvants

Thermodynamique

Structure des solutions ( nano à meso )

Mélanges

Mise en Forme------------------------------Rhéologie and mécanique

Nouveaux procédés

Régéneration-------------------------------Thermodynamique

Structuration

Propriétés

Champs de recherche dans le domainede la solubilisation de la cellulose

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Plan de l’exposé

I- Qu’est-ce que la cellulose ?

II- Travaux actuels sur la dissolution de la cellulose

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Comment mieux dissoudre la cellulose?

Comprendre sa biosynthèse

Comprendre son organisation au sein des organismes vivants

Comprendre l’influence de la structure (amorphe, cristallin,..) sur la dissolution

Comprendre quels sont les composants des cellules végétales qui jouent un rôle dans la solubilité

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Comment mieux dissoudre la cellulose?

Comprendre sa biosynthèse

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Comment mieux dissoudre la cellulose?

Comprendre son organisation au sein des organismes vivants

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Rolling-up of primary wall

Total release force during rolling

N 0.049N 0.004-

y

x

FF

Breaking force of the primary wall about 0.01 N (Hsieh 1999)

Description of the contraction, the two rotations and the rolling-up occurring during the swelling and dissolution of cellulose fibres.

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Comment mieux dissoudre la cellulose?

Comprendre l’influence de la structure (amorphe, cristallin,..) sur la dissolution

Comprendre quels sont les composants des cellules végétales qui jouent un rôle dans la solubilité

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Influence of the enzymatic peeling on dissolution mechanisms

Dissolution in NaOH 8 % - water

Secondary S1 wall

Primary wall

Secondary S2 wall

Ballooned fibres (

80%)

Dissolved fraction(

20%)

Intrinsic viscosity 880 – 1430 ml/g

Enzymatic peeling treatment 3 min

Flat rings

Fragments

Highly swollen fibres and sections

Dissolved fraction(

55%)

(

45% in total)

Intrinsic viscosity 640 – 880 ml/g Enzymatic peeling

treatment 10 to 30 min

Fragments (

25-35%)

Dissolved fraction

(

65-75%)

Intrinsic viscosity 400 – 600 ml/g

Main factor: removal of primary wall

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MINES Paris Tech (formally Ecole des Mines de Paris)

Materials Forming Center CEMEF

www.cemef.mines-paristech.fr