L'acétate de cellulose est une matière plastique inventée en 1865. C'est l'ester acétate de la cellulose.
Sous forme de fibres (fil textile, autrefois appelée acétol), ce produit a été vendu sous le nom de rayonne, soie artificielle, viscose
L'acétate de cellulose a connu de nombreux usages, comme base de films en photographie, vernis (dont pour l'aéronautiqueLes vernis à l'acétate de cellulose, Socié technique de France (consulté le 2010/09/05). lors de la Première Guerre mondiale), comme faux-émail ou encore comme composant de certains adhésifs ou explosifs ; on l'utilise encore comme matière plastique, par exemple dans les montures de lunettes.
Histoire Paul Schützenberger prépare, dès 1865, un acétate de cellulose, mais il est difficile à dissoudre et donc à utiliser.
En 1894, et Edward John Bevan déposent un brevet pour la fabrication de l'acétate de cellulose qui deviendra le procédé industriel de sa fabricationEdward John Bevan (1856-1921), co-inventor of the viscose rayon process, sur Science & Society.. En 1901, ils procèdent à la « rétrogradation » partielle du produit, permettant sa solubilisation dans l'acétone.
L'acétol (ou acétate de cellulose industriel) a été inventé et breveté en Suisse par les frères Dreyfus à partir des travaux de G.W. Miles (, ) qui imagine en 1905 de transformer par rétrogradation du triacétate de cellulose en un produit soluble dans l'acétoneL'acétate de cellulose : origines et premiers développements industriels , sur societechimiquedefrance.fr.. Au début des années 1900, ces deux frères suisses, les docteurs Camille et Henri Dreyfus, expérimentaient la chimie de l'acétate dans un hangar construit dans le jardin de leur père à Bâle. En 1905, ils développent un procédé commercial pour la fabrication de l'acétate de cellulose. Ils produisent d'abord du film d'acétate de cellulose (qui remplacera bientôt pour les films cinématographiques le celluloïd trop inflammable). En 1913, Camille et Henri produisent aussi d'excellents échantillons de filaments continus d'acétate ; sa première application textile donnera dès 1924, un filament d'acétate commercialisé aux États-Unis sous la marque Celanese.
Divers brevets sont très tôt déposés, surtout pour des vernis (au début du , on parle de vernis quand le produit contient moins de 4 % d'acétate, et d'enduit au-delà. Le mot anglais correspondant est dope). Des brevets concernent aussi un usage décoratif, ou d'enduit ou vernis pour tissus, le traitement de fils textiles, l'enrobage isolant de fils électriques. La Première Guerre mondiale va doper la production des avions, alors entoilés. Peu avant, les brevets de la société Leduc et Heitz, en 1911 et 1912 avaient débouché sur un vernis dit « Émaillite », qui aurait été pour la première fois testé sur un avion (Albatros Flugzeugwerke) en 1910.
Dès les années 1910, on montre que les vernis d'acétate peuvent être améliorés, posés en couches différentiées, colorés, métallisés.
La France sera leader côté alliés pour la fabrication de vernis pour avion à base d'acétate solubilisé dans de l'acétone (l'acétone remplace le tétrachloréthane idéal comme solvant, mais très toxique). Les producteurs sont d'abord Leduc, suivis de Clément et Rivière (avec leur vernis Avialine, produit à Pantin), les établissements « Nauton frères et de Marsac » (qui vendent le vernis Acellos, produit à Saint-Ouen), puis Adastra (établi à Boulogne-sur-Seine) et Novavia (à Malakoff). Les solvants et additifs alors utilisés sont l'acétone, l'alcool méthylique, de l'acétate de méthyle (jusqu'à 70 % du mélange) ou de l'acétate d'éthyle, du formiate d'éthyle ou des plastifiants tels que la triacétine ou l'eugénol. On y ajoute parfois des solvants à point d'ébullition élevé de manière à éviter la condensation d'eau sur la surface refroidie par l'évaporation du solvant (Clément et Rivière proposent l'isophorone et l'oxyde de mésityle).
Ces vernis (appliqués en plusieurs couches) permettent d'enduire des toiles de lin, coton ou soie, et de produire des avions très légers ( de vernis, avec trois couches de compositions différentes, soit 120 à par appareil). environ d'acétate de cellulose ont été utilisées comme vernis pour avion durant les quatre ans de guerre, pour les construits en France, dont en 1918.
Quand la guerre éclate, en 1914, seule la Société chimique des usines du Rhône (SCUR à Saint-Fons, qui bien plus tard deviendra Rhône-Poulenc) produisait de l'acétate. Ni l'Italie, ni le Royaume-Uni n'en fabriquaient. Via leurs brevets sur l'acétylation de la cellulose et les applications du polymère (plastiques, textiles), les frères Dreyfus aident les Anglais et les Français à développer la production d'acétate. Ils créent aussi une société (suisse) : Cellonite. À la demande du gouvernement français, Giros et Loucheur, deux financiers, fondent le la Compagnie générale des produits chimiques de Normandie qui exploitera les procédés des frères Dreyfus et Clavel. L'usine sera créée à Grand-Quevilly où sont rassemblées d'autres usines chimiques. L'usine est mise en route fin 1917.
Le procédé sera également exploité par les frères Dreyfus dans d'autres pays : à Bâle en Suisse, en Angleterre via la British Cellulose and Manufacturing Company, créée en 1916 avec une usine construite à Spondon, près de Derby, qui produira d'acétate par mois en 1918, en Italie, via une filiale des Dreyfus fondée en 1917 à Milan. En Europe, la mise en œuvre de l'acétate de cellulose pour une fabrication industrielle de fibres a principalement été le fait de la Rhodiacéta (ancienne filiale de Rhône-Poulenc) avant la Première Guerre mondiale.
Caractéristiques Cellulosique et thermoplastique. Forte résistance à la moisissure. Combustible. Hypoallergénicité. Hydrophilie : l'acétate se mouille facilement, et absorbe facilement certaines molécules. Pour les usages textiles, il offre un confort et présente des capacités d'absorption, mais il perd aussi de sa résistance quand il est mouillé. Facilité de teintures ou sur-teinture, voire d'adjonction de charge, y compris métallique, mais l'acétate nécessite des pigments particuliers, car n'acceptant pas les colorants habituellement utilisés pour le coton ou la rayonne (cela permet aussi sur teinture). Absorption sélective et élimination de taux faibles de certains produits chimiques organiques. Bonne compatibilité avec de nombreux plastifiants, facile à travailler à la chaleur et sous pression. L'acétate est soluble dans de nombreux solvants courants (en particulier acétone et d'autres solvants organiques faciles à produire comme les cétones, esters, éthers, chloroforme et trichloréthylène). Il peut même être modifié pour être soluble dans des solvants de remplacement, dont l'eau. Mauvaise tenue face aux solutions alcalines ou acides fortes et aux agents oxydants forts. Cependant, il résiste bien au chlore et aux hypochlorites utilisés dans l'eau potable. Les fibres peuvent généralement être nettoyés par voie humide ou à sec (tétrachloroéthylène), et ne rétrécissent généralement pas au lavage. Moulage de précision qui garde l'empreinte exacte des surfaces du moule à l'échelle microscopique. Possibilité de produire des tissus de très grande surface avec des fibres très fines (ex: pour les filtres). L'acétate pourrait provenir de cellulose venant d'arbres cultivés ou d'autres plantes (coton, paille).
Les propriétés différentes de l'acétate de cellulose par rapport à la cellulose viennent de l'estérification de certains des trois groupes hydroxyle des unités de D-anhydroglucopyranose de la molécule cellulosique par des groupes acétate.
Ces groupes hydroxyle forment des liaisons hydrogène fortes entre les molécules de cellulose ce qui la rend insoluble. Les groupes acétate forment des liaisons hydrogène beaucoup plus faibles, facile à couper et à refaire avec un solvant comme des cétones ou des esters. On peut donc y dissoudre l'acétate de cellulose et obtenir un solide en enlevant le solvant.
Des groupes propionate, butyrate, peuvent aussi être introduits car les chaines grasses plus longues de ces esters rendent le polymère moins attirant pour l'eau et plus soluble dans les solvants organiques.
Des groupes méthoxy ou éthoxy aux liaisons hydrogène encore plus faibles ont le même effet. Cependant des groupes sulfate ou carboxyméthyl comme dans la carboxyméthylcellulose rendent le polymère très soluble dans l'eau.
De plus, la biodégradation de l'acétate de cellulose est ralentie car les groupes acétate doivent être hydrolysés en hydroxyle avant la biodégradation. Le remplacement de groupes hydroxyle par des groupes nitrate ralentit encore plus la biodégradation mais augmente la vitesse de combustion. Le nitrate de cellulose est un explosif bien connu (poudre sans fumée).
Production Extraction, purification et séchage de la cellulose du bois ou du coton.
La cellulose est mélangée avec de l'anhydride acétique, de l'acide acétique et un catalyseur, ordinairement l'acide sulfurique. Presque tous les trois groupes hydroxyle de chaque unité de D-anhydroglucopyranose de la molécule cellulosique sont estérifiés en groupes acétate.
La « rétrogradation », typiquement durant vingt heures, hydrolyse partiellement certains groupes acétate en groupe hydroxyle, jusqu'à la proportion désirée. La Federal Trade Commission américaine définit le triacétate de cellulose comme une cellulose dont au moins 92 % des groupes hydroxyle sont estérifiés en groupes acétate. Dans le diacétate de cellulose ou simplement acétate, environ les deux tiers des groupes hydroxyle sont estérifiés en groupes acétate.
En ajoutant de l'eau, le polymère est précipité en flocons et rincé pour éliminer l'acide acétique et l'acide sulfurique. Les acides peuvent être neutralisés par de l'hydroxyde de magnésium ou de calcium et donc éliminés sous forme de sulfates ou d'acétates minérales. Cependant, habituellement l'acide acétique et l'anhydride acétique ne sont pas neutralisés mais récupérés pour leurs valeurs par distillation de la solution résiduelle.
Ces flocons sont dissous dans l'acétone, la butanone, l'acétate d'éthyle ou de méthyle, le méthanol, d'autres solvants organiques comme des éthers, des cétones et des esters ou un mélange de ces solvants.
La solution d'acétate de cellulose visqueuse obtenue est filtrée.
La solution d'acétate de cellulose peut servir de vernis, les solvants évaporés laissant une couche de polymère.
La solution d'acétate de cellulose peut être versée dans un moule, les solvants évaporés laissant un bloc de polymère.
La solution d'acétate de cellulose peut être extrudée, les solvants contenus dans les filaments sont évaporés par un jet d'air chaud ou extrait par un rinçage rapide laissant des fibres de polymère. Ces fibres peuvent être coupées, entortillées, embobinées
Usages Fibre
L’acétate de cellulose, ou rayonne (1924), est l'une des toutes premières fibres artificielles. À cette époque, la cellulose était extraite du coton ou de pulpe d'arbre, c'est un polymère naturel. Ces « fibres cellulosiques » ont été dépassées par des produits pétroliers bien moins coûteux tels que le nylon et le polyester.
Textiles, linge de maison, vêtements :
Filtres en fibres
Filtres de cigarette ; sous forme de « câbles d'acétate de cellulose », notamment produits en Europe, Russie, États-Unis, Brésil et VenezuelaNote relative à Rhodia, sur daily-bourse (consulté le 05/09/2010). par Rhodia Acetow, troisième producteur mondial avec 18 % de part du marché mondial et filiale spécialisée du chimiste français Rhodia. Certains réservoirs d'encre pour stylos à pointe fibre sont également en acétate de cellulose.
Produits absorbants (couches, produits chirurgicaux).
Vernis Vernis : les vernis d'acétate de cellulose, furent un premier substitut aux vernis à base de nitrocellulose (plus dangereux, car plus inflammable, explosif).