Acétate de cellulose, composé synthétique issu de l’acétylation de la substance végétale qu’est la cellulose. L’acétate de cellulose est filé en fibres textiles connues sous divers noms : rayonne acétate, acétate ou triacétate. Il peut également être moulé en pièces plastiques solides telles que des poignées d’outils ou coulé en film pour la photographie ou l’emballage des aliments, bien que son utilisation dans ces applications ait diminué.
La cellulose est un polymère naturel obtenu à partir des fibres de bois ou des fibres courtes (linters) adhérant aux graines de coton. Elle est constituée d’unités répétées de glucose qui ont la formule chimique C6H7O2 (OH)3 et la structure moléculaire suivante :
Dans la cellulose non altérée, le X dans la structure moléculaire représente l’hydrogène (H), indiquant la présence dans la molécule de trois groupes hydroxyle (OH). Les groupes OH forment des liaisons hydrogène fortes entre les molécules de cellulose, avec pour résultat que les structures de cellulose ne peuvent pas être desserrées par la chaleur ou les solvants sans provoquer une décomposition chimique. Toutefois, lors de l’acétylation, l’hydrogène des groupes hydroxyle est remplacé par des groupes acétyle (CH3-CO). Le composé acétate de cellulose résultant peut être dissous dans certains solvants ou ramolli ou fondu sous l’effet de la chaleur, ce qui permet de filer le matériau en fibres, de le mouler en objets solides ou de le couler sous forme de film.
L’acétate de cellulose est le plus souvent préparé en traitant la cellulose avec de l’acide acétique puis avec de l’anhydride acétique en présence d’un catalyseur tel que l’acide sulfurique. Lorsque les réactions résultantes sont menées à terme, le produit est un composé entièrement acétylé connu sous le nom d’acétate de cellulose primaire ou, plus précisément, de triacétate de cellulose. Le triacétate est une substance hautement cristalline à point de fusion élevé (300 °C), qui n’est soluble que dans une gamme limitée de solvants (généralement le chlorure de méthylène). À partir de la solution, le triacétate peut être filé à sec en fibres ou, à l’aide de plastifiants, coulé sous forme de film. Si l’acétate primaire est traité avec de l’eau, une réaction d’hydrolyse peut se produire dans laquelle la réaction d’acétylation est partiellement inversée, produisant un acétate de cellulose secondaire, ou diacétate de cellulose. Le diacétate peut être dissous par des solvants moins chers, comme l’acétone, pour être filé à sec en fibres. Avec une température de fusion plus basse (230 °C ) que le triacétate, le diacétate sous forme de flocons peut être mélangé avec des plastifiants appropriés en poudres pour le moulage d’objets solides, et il peut également être coulé sous forme de film.
L’acétate de cellulose a été développé à la fin du 19e siècle dans le cadre d’un effort de conception de fibres produites industriellement à base de cellulose. Le traitement de la cellulose avec de l’acide nitrique avait produit du nitrate de cellulose (également connu sous le nom de nitrocellulose), mais les difficultés à travailler avec ce composé hautement inflammable ont encouragé la recherche dans d’autres domaines. En 1865, Paul Schützenberger et Laurent Naudin du Collège de France à Paris ont découvert l’acétylation de la cellulose par l’anhydride acétique, et en 1894, Charles F. Cross et Edward J. Bevan, travaillant en Angleterre, ont breveté un procédé de préparation du triacétate de cellulose soluble dans le chloroforme. Une contribution commerciale importante a été apportée par le chimiste britannique George Miles en 1903-05 avec la découverte que, lorsque la cellulose entièrement acétylée était soumise à l’hydrolyse, elle se transformait en un composé moins fortement acétylé (diacétate de cellulose) qui était soluble dans des solvants organiques bon marché comme l’acétone.
La pleine exploitation à l’échelle commerciale de la matière soluble dans l’acétone a été accomplie par deux frères suisses, Henri et Camille Dreyfus, qui, pendant la Première Guerre mondiale, ont construit une usine en Angleterre pour la production de diacétate de cellulose destiné à être utilisé comme dope ininflammable pour le revêtement des ailes d’avion en tissu. Après la guerre, la demande de dope d’acétate ayant diminué, les frères Dreyfus se sont tournés vers la production de fibres de diacétate et, en 1921, leur société, British Celanese Ltd, a commencé la fabrication commerciale du produit, dont la marque est Celanese. En 1929, la société E.I. du Pont de Nemours & (aujourd’hui DuPont Company) a commencé à produire de la fibre d’acétate aux États-Unis. Les tissus en acétate ont trouvé un large écho pour leur douceur et leur drapé gracieux. Le matériau ne se froisse pas facilement lorsqu’il est porté et, en raison de sa faible absorption d’humidité lorsqu’il est correctement traité, il ne retient pas facilement certains types de taches. Les vêtements en acétate se lavent bien, conservant leur taille et leur forme d’origine et séchant en peu de temps, bien qu’ils aient tendance à conserver les plis formés par l’humidité. La fibre a été utilisée, seule ou en mélange, dans des vêtements tels que des robes, des vêtements de sport, des sous-vêtements, des chemises et des cravates, ainsi que dans des tapis et d’autres articles d’ameublement.
En 1950, la société britannique Courtaulds Ltd a commencé à développer des fibres de triacétate, qui ont ensuite été produites à une échelle commerciale après que le solvant chlorure de méthylène soit devenu disponible. Courtaulds et British Celanese ont commercialisé une fibre de triacétate sous la marque Tricel. Aux États-Unis, le triacétate a été introduit sous le nom de marque Arnel. Les tissus en triacétate sont devenus connus pour leur maintien de forme supérieur, leur résistance au rétrécissement et leur facilité de lavage et de séchage.
La production de fibres d’acétate a diminué depuis le milieu du 20e siècle, en partie à cause de la concurrence des fibres de polyester, qui ont des propriétés de lavage et d’usure identiques ou meilleures, peuvent être repassées à des températures plus élevées et sont moins chères. Néanmoins, les fibres d’acétate sont encore utilisées dans les vêtements faciles à entretenir et pour les doublures intérieures des vêtements en raison de leur brillance élevée. Les câbles de diacétate de cellulose (faisceaux de fibres) sont devenus le principal matériau pour les filtres de cigarettes.
La première utilisation commerciale du diacétate de cellulose en tant que plastique a été le film dit de sécurité, proposé pour la première fois pour remplacer le celluloïd dans la photographie peu après le début du XXe siècle. L’introduction du moulage par injection, une technique de mise en forme rapide et efficace à laquelle l’acétate se prêtait particulièrement bien, mais à laquelle le celluloïd ne pouvait être soumis en raison des températures élevées qu’il exigeait, a donné un nouvel élan au matériau dans les années 1920. L’acétate de cellulose est devenu largement utilisé dans l’industrie automobile en raison de sa résistance mécanique, de sa ténacité, de sa résistance à l’usure, de sa transparence et de sa facilité de moulage. Sa grande résistance aux chocs en a fait un matériau souhaitable pour les lunettes de protection, les poignées d’outils, les jauges d’huile, etc. Dans les années 1930, le triacétate de cellulose a remplacé le diacétate dans les pellicules photographiques, devenant la base prééminente pour les films cinématographiques, la photographie fixe et les rayons X.
Avec l’introduction de nouveaux polymères à partir des années 1930 et 1940, cependant, les plastiques d’acétate de cellulose ont connu un déclin. Le triacétate, par exemple, a finalement été remplacé dans la photographie cinématographique par le polyéthylène téréphtalate, un polyester peu coûteux qui pouvait être transformé en un film solide et indéformable. Le triacétate est encore extrudé ou coulé en film ou en feuille utilisés dans les emballages, les filtres à membrane et les films photographiques, et le diacétate est moulé par injection en petites pièces telles que des brosses à dents et des montures de lunettes.