Les fibres chimiques : Les fibres artificielles: fibres artificielles

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D’origine artificielle ou synthétique, les fibres chimiques sont créées par l’homme et manufacturées en fonction de ses besoins. Les fibres artificielles sont issues d’un traitement par voie chimique de polymères naturels d’origine végétale (cellulose) ou animale (protéines). Les fibres synthétiques résultent de réactions chimiques complexes conduisant à la polymérisation de motifs élémentaires souvent dérivés du pétrole.
C’est en 1664 que Robert Hooke imagine le premier de fabriquer des filaments à partir de matières organiques ne se présentant pas naturellement sous forme de fibres. Ce n’est qu’en 1885, après de nombreux essais, qu’une technique industrielle mise au point par Hilaire de Chardonnet, permet de fabriquer à partir de nitrate de cellulose une matière textile qu’il appelle « soie artificielle ». Au début du xx^esiècle, différents procédés sont mis au point par la société Rhodiaceta à partir de plusieurs dérivés de la cellulose : nitrate, xanthate puis acétate. Les recherches s’intensifient en
Europe concernant les substances naturelles susceptibles de donner des fibres. Puis, en 1920, Hermann Staudinger découvre le principe de macromolécule et montre ensuite que ces molécules géantes et linéaires, constituées de la répétition d’un motif élémentaire, sont capables de former des fibres par assemblage en faisceaux parallèles. Aux États-Unis, Wallace Hume Carothers parvient à synthétiser dans les années 1930 les premières fibres chimiques par polymérisation de molécules simples, comme les amides ou les esters. En 1931, la firme Du Pont de Nemours réalise la fabrication industrielle de la première fibre synthétique, le polyamide 6-6, appelé nylon, qui sera présenté à l’exposition universelle de 1939 à New York. Depuis, les progrès incessants de la chimie ont permis la mise au point de divers procédés capables de fabriquer des fibres à volonté à partir de familles chimiques diverses (polyamides, polyesters, polychlorures de vinyle, polyuréthanes, polyacryliques…) et de diversifier leurs caractéristiques en vue de leur utilisation. Tous les procédés de fabrication des fibres chimiques ont en commun: l’obtention d’une matière visqueuse très concentrée en polymères, chaînes carbonées linéaires ou très peu ramifiées ; le filage par extrusion de la matière visqueuse. La masse visqueuse est injectée sous pression au travers d’une filière à la sortie de laquelle les filaments sont coagulés .Il est remarquable de constater que ces procédés inventés par l’homme sont l’imitation du processus de formation de la soie que le bombyx du mûrier réalise naturellement Cependant, contrairement au ver à soie, l’homme n’a pas encore réussi à produire dans les conditions ambiantes et sans l’intervention de solvents organiques des polymères hautement résistants.

Les fibres artificielles

La matière première la plus utilisée est la cellulose. Elle est le plus souvent extraite du bois de résineux ou de feuillus. En dehors de la cellulose, on peut utiliser des protéines extraites de la caséine du lait ou des tourteaux de plantes oléagineuses, ou bien encore de l’acide alginique extrait des parois d’algues brunes.

Un exemple de fibre artificielle, la viscose:

La matière première est soit la pâte de bois délignifiée par traitement chimique, soit les linters du coton. Dans les deux cas, il s’agit de cellulose pratiquement pure.
La fabrication de la viscose. Elle comporte deux étapes nécessaires au passage de la pâte au fil: d’abord la mise en solution de la cellulose et sa transformation en matière visqueuse ; ensuite, la régénération de la cellulose et la formation d’un fil par extrusion.
La cellulose est sous la forme insoluble de microfibrilles natives constituant les parois des cellules du bois ou les linters de coton. Le traitement par des solutions alcalines à 18% sous agitation mécanique provoque un gonflement des microfibrilles, rompt les liaisons hydrogène unissant les
chaînes de B (1-4) glucane et permet leur séparation (alcali-cellulose). L’addition dans le milieu d’un solvant organique, le sulfure de carbone, achève la dispersion complète des chaînes et permet d’obtenir une solution très visqueuse (xanthate de cellulose).
La solution sodique de xanthate de cellulose, collodion très visqueux à l’origine du nom « viscose », est injectée sous pression dans une filière. Les filaments extrudés sont coagulés dans un bain d’acide sulfurique, de sulfate neutre de soude et de sulfate de zinc, où ils sont étirés. Il se produit alors une régénération de la cellulose, les chaînes de B (1-4) glucane se réorientant spontanément et de façon antiparallèle en un nouvel agencement cristallin (cellulose remaniée). Simultanément au filage, les filaments de viscose sont lavés, blanchis, séchés et subissent une torsion. Les fils de viscose sont formés par assemblage et torsion des filaments, lesquels sont pleins, très réguliers et homogènes, de longueur indéfinie.
Les fibres se présentent sous forme de fils continus (exemple de la rayonne) ou discontinus si on les sectionne à une longueur déterminée (exemple de la fibranne), ce qui permettra de les mélanger avec d’autres fibres courtes comme le coton ou la laine.
Les propriétés des fibres de viscose. Ce sont celles de la cellulose, comme la résistance mécanique et chimique et le pouvoir absorbant. À ces caractéristiques s’ajoutent celles des fibres chimiques, c’est-à-dire la possibilité de faire varier les paramètres. Ainsi, selon la pression à l’extrusion et l’étirement à la sortie de la filière, la finesse et la crista11inité de la fibre variefit (viscose classique, viscose « haute ténacité » ou polynosique). De même, selon la forme des orifices de la filière, les propriétés de surface et les propriétés optiques (luminosité, réflexion…) diffèrent.
les utilisations de la viscose. Elles sont nombreuses et variées. Dans le domaine textile, la viscose est employée pour la confection de fils et ficelles (ficelle alimentaire, par exemple), pour l’habillement (robes, chemises, imperméables, sous-vêtements et bonneterie) et pour l’ameublement (draps, tentures et tapis). La fibre est utilisée pure ou en mélange avec des fibres naturelles (coton, laine) ou synthétiques (polyester). Dans les domaines non-textiles, la viscose sert à fabriquer des films de cellophane et des membranes de filtration et dialyse (hémolyse, rein artificiel). La sortie en filière se fait au travers de fentes et non d’orifices circulaires.
La fabrication d’éponges végétales ou «artificielles» s’effectue aussi à partir du procédé viscose, mais, dans ce cas, la masse visqueuse n’est pas extrudée en filière, elle est solidifiée en masse dans des bacs en présence de fibres de coton et de cristaux de sulfate de soude. La viscose représente la masse amorphe de l’éponge, le coton sert d’armature à l’ensemble et les cristaux, qui sont ensuite dissous, sont à l’origine des alvéoles.
L’éponge artificielle possède un grand pouvoir absorbant du fait de sa nature cellulosique et de l’existence des nombreux pores qui augmentent la surface de contact ; son prix de revient est beaucoup moins élevé que celui des éponges naturelles. La matière première utilisée est en grande partie de la pâte à bois délignifiée ; or il faut souligner les risques de pollution des procédés de délignification utilisés.

D’autres fibres artificielles

Les fibres de cupro- ou d’acétate de cellulose sont utilisées, pures ou en mélange, en lingerie, doublures de robes et manteaux, imitation de fourrures, revêtements de sols et tapis, filtres à cigarettes. En habillement, ces fibres sont en concurrence avec les fibres synthétiques. La fibre Lanital est utilisée pour les vêtements et la bonneterie.
La cuproceliulose, « Bemberg » ou « cupro ». Le procédé de fabrication est très voisin de celui de la viscose. La matière première est la cellulose, qui est dissoute directement dans l’hydroxyde de cuivre ammoniacal. Le filage est obtenu en immergeant les filaments extrudés dans un milieu acide. La cellulose régénérée est lavée et séchée comme précédemment. La fibre obtenue, blanche et brillante, ressemble à la soie.
L’acétate de cellulose et triacétate. La cellulose, matière première, est acétylée en triacétate par l’action d’acide acétique et d’anhydride acétique. Le triacétate est soluble dans le dichlorométhane et le filage se fait à sec par évaporation du solvant. Selon le degré d’acétylation, on obtient deux types de fibres, l’acétate ou le triacétate. L’aspect des fibres se rapproche de celui de la soie.
La lanital. C’est une fibre protéique dont la matière première est la caséine du lait. Après traitement de la caséine par la soude, le caséinate de sodium est extrudé en bain acide et la coagulation des filaments se fait dans le formol. Les fibres obtenues, ou «fibrolane », sont douces et chaudes, de couleur crème. Leurs propriétés sont proches de celles de la laine.
L’alginate. La matière première est l’algine, ou acide alginique, polysaccharideiomposant des parois d’algues brunes dont les laminaires. À partir de l’acide alginique extrait, on obtient un mélange d’alginate de sodium soluble dans l’eau et d’alginate de calcium insoluble dans l’eau mais soluble en milieu basique. Le mélange visqueux est extrudé en filière, précipité dans un acide fort et transformé en fil. Ces fibres qui ont la capacité de se dissoudre dans l’eau chaude sont utilisées comme soutien temporaire de fils très fins et fragiles dans la confection d’étoffes aériennes (voiles, mousselines) ou d’étoffes ajourées, le fil d’alginate étant ensuite dissous. Les autres utilisations de l’aIginate sont traitées ultérieurement.