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Theses Year : 2006

Structure and properties of cellulose/NAOH aqueous solutions, gels and regenerated objects

Structure et propriétés des solutions et gel de cellulose-NaOH-Eau et leurs matériaux régénérés

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Abstract

It has been reported that cellulose can be dissolved in aqueous sodium hydroxide solutions in a narrow range of NaOH concentrations (6-10%) and temperatures (-10°C/-4°C). Cellulose solutions obtained are not stable and gelation occurs with time and temperature increase. It has been also showed that the presence of additives, such as urea or zinc oxide, in solvent system improves the dissolution of cellulose fibres and the solution stability. In order to understand the structure of cellulose solutions in NaOH/water without or with additives, we first studied phase diagrams of solvents and then the influence of the addition of cellulose in these solvents on the DSC thermograms. We determined (i) the limit of cellulose dissolution in NaOH/water and in NaOH/urea/water and (ii) the nature of interactions occurring between cellulose chains, NaOH, urea, ZnO and water molecules. We also studied rheological properties of cellulose solutions in NaOH/water, NaOH/urea/water and NaOH/ZnO/water. The presence of additives delays gelation (in time and in temperature) but does not change its mechanism. Gelation of cellulose solutions is due to a decrease of solvent quality which favours the cellulose-cellulose interactions with the temperature increase. Finally, the study of mechanical properties, and especially the measurements of the stress at rupture of regenerated cellulose objects showed the great influence of gelation and regeneration parameters on the properties of the final products.
Il est connu que la cellulose peut-être dissoute dans des solutions aqueuses d'hydroxyde de sodium dans un petit domaine de concentrations (6-10%NaOH) et de températures (-10°C/-4°C). Les solutions de cellulose ainsi obtenues ne sont pas stables et gélifient en fonction du temps et de la température. Il a également été montré que la présence d'additifs - tels qu'oxyde de zinc et urée - améliore la dissolution des fibres de cellulose et la stabilité des solutions. Afin de comprendre la structure des solutions de cellulose dans NaOH/eau avec et sans additifs, nous avons étudié les diagrammes de phase des solvants d'une part et l'influence de la cellulose sur les thermogrammes de DSC d'autre part. Nous avons ainsi pu déterminer (i) la limite de dissolution de la cellulose dans des solutions de NaOH/eau et NaOH/urée/eau et (ii) la nature des interactions entre les différentes espèces en solution : chaînes de cellulose, NaOH, urée, ZnO et eau. Nous avons également étudié les propriétés rhéologiques des solutions de cellulose dans NaOH/eau, NaOH/urée/eau et NaOH/ZnO/eau. La gélification des solutions de cellulose est d'une part retardée par la présence d'additifs et correspond à une diminution de la qualité du solvant quand la température augmente. Cependant le mécanisme de gélification reste le même pour les trois solvants étudiés. Pour finir, l'étude des propriétés mécaniques, et notamment la résistance à rupture, sur des objets de cellulose régénérée a montré l'importance des paramètres de gélification et de régénération.
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Dates and versions

pastel-00002229 , version 1 (14-08-2007)

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  • HAL Id : pastel-00002229 , version 1

Cite

Magali Egal. Structure et propriétés des solutions et gel de cellulose-NaOH-Eau et leurs matériaux régénérés. Sciences de l'ingénieur [physics]. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00002229⟩
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