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Theses Year : 2002

Study of cellulose mixtures in aqueous soda solutions

Étude de mélanges de cellulose dans des solutions aqueuses de soude

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Abstract

Dissolution and processing of cellulose are two topics of intensive research and prospective industrial applications as well.Among known cellulose solvents, aqueous soda solution is the less polluting one.The scientific aspect of the work concerns the studies of the structure, dissolution and structuring of cellulose in 9%soda/water solutions.First, the phase diagram of aqueous soda solutions was built.The systems consists of soda hydrates and water, both able to crystallise, and amorphous water that does not crystallise even at -60°C.The structure of cellulose/soda/water was proposed depending on the cellulose type (microcrystalline and cellulose pulp).In both cases, from two to three hydroxyl groups of the cellulose glucopyranose unit are bound to soda hydrates.The flow and gelation of cellulose/soda/water was studied.They demonstrate suspension properties.The gelation takes place at any temperature being faster with temperature increase.The industrial aspect of the work concerns the study of the new process of sponges preparation from cellulose/soda mixtures by employing a complicated temperature/time cycle.The objective was to understand the physico-chemical phenomena during mixture freezing at -18°C which is essential for the sponges preparation with good mechanical properties.The structure changes during different stages of the cycle were revealed, with gelation at 0°C and phase separation at -18°C.The latter leads to crystallisation which is responsible for the properties of the final product and which is the key of the process.
La mise en solution et la mise en forme de la cellulose sont deux thèmes d'exploration scientifique intense, souvent à des fins industrielles. Parmi les solvants de la cellulose connus, les solutions aqueuses de soude représentent une solution d'avenir, moins polluante. L'aspect scientifique de notre travail concernait la structure, la dissolution et la structuration de la cellulose dans des mélanges 9% soude/eau. D'abord, le diagramme de phases des solutions soude/eau a été construit. Le système soude/eau à basse température est formé d'hydrates de soude cristallins et de glace, et d'eau amorphe non cristallisable même à-60'C. La structure des mélanges cellulose/soude/eau a été proposée en fonction du type de cellulose (microcristalline et pâte de bois). Dans les deux cas, deux à trois groupes hydroxyles par unité glucopyranose sont occupés par les hydrates de soude. L'écoulement et la gélification des systèmes cellulose/soude/eau ont été étudiés. Ces mélanges ont les propriétés de suspensions. La gélification a lieu à chaque température, et elle est plus rapide quand la température est plus élevée. L'aspect industriel concernait l'étude d'un nouveau procédé de fabrication d'éponges synthétiques, par traitement de cellulose dans la soude selon un cycle temps/température complexe. L'objectif était de comprendre les phénomènes physico-chimiques qui ont lieu lors de la phase de " congélation " à -18'C, essentielle pour obtenir des produits finis avec de bonnes propriétés mécaniques. Nous avons mis en évidence une structuration importante lors des différentes étapes de fabrication, avec une gélification des mélanges à 0'C, et surtout un phénomène de séparation de phases à -18'C. Ce phénomène entraîne une cristallisation, responsable des propriétés des produits finis, et il est le " moteur " du procédé.
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Dates and versions

tel-00274837 , version 1 (21-04-2008)

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  • HAL Id : tel-00274837 , version 1

Cite

Cédric Roy. Étude de mélanges de cellulose dans des solutions aqueuses de soude. Mécanique [physics.med-ph]. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2002. Français. ⟨NNT : 2002ENMP1043⟩. ⟨tel-00274837⟩
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