CELLULOSIQUES
NITRATE DE CELLULOSE Abréviation normalisée : CN
Noms commerciaux de produits transformés
à base de nitrocellulose
CELLULOÏD
NAXELLOSE
NICABEL
NOVOÏD
I. – CARACTÉRISTIQUES
Les nitrates de cellulose ou nitrocellulose sont des polymères à structure fi breuse, obtenus par nitration plus ou moins poussée de la cellulose purifi ée
(linters de coton ou pulpe de bois).
Leur formule générale peut s’écrire :
Les différentes nitrocelluloses industrielles se distinguent les unes des autres par leur taux d’azote (variant entre 11 et 12 % du poids de nitrocellulose sèche pour les produits courants) et leur viscosité qui dépend étroitement du degré de polymérisation de la résine, c’est-à-dire de la longueur de la chaîne cellulosique.
En raison de son instabilité, le produit pur n’est jamais livré à 100 % de sec, mais toujours mouillé à l’eau ou à l’alcool, ou plastifi é.
Les nitrocelluloses industrielles se présentent donc sous différentes formes :
— en fl oches, mouillées à l’eau ou imprégnées d’alcool :
— en granulés sphériques plastifi és ;
115
— en solutions appelées « collodions » ;
— en dispersions auto-émulsionnables, etc.
Divers produits peuvent être ajoutés à la nitrocellulose :
1. – Plastifi ants.
Leur rôle est d’apporter aux fi lms nitrocellulosiques la souplesse qui leur manque. Parmi les plus utilisés, citons les phtalates (d butyle, de dioctyle, d’isobutyle ou de cyclohexyle), les phosphates (de triphényle et de tricrésyle, ignifugeants), l’adipate d’octyle et le sébaçate de dioctyle, le camphre, etc.
La plupart ont une action gélatinisante par opposition à l’huile de ricin, qui est un plastifi ant lubrifi ant. Leur taux par rapport à la résine peut varier entre
20 et 80 % et dépasser 100 % dans certains cas.
2. – Pigments.
Les pigments basiques sont à éviter, car ils entraînent souvent une dégradation de la nitrocellulose. Les pigments minéraux, tels que le dioxyde de titane, le lithopone, le chlorure de zinc, les oxydes de fer et de plus en plus les pigments organiques sont très souvent employés.
3.
–
Solvants.
Les nitrocelluloses sont solubles dans un grand nombre de solvants :
— des esters acétiques (acétates de butyle, d’éthyle et d’isoamyle) ;
— des cétones (acétone, méthyléthylcétone, méthylisobutylcétone) ;
— des éthers de glycol (méthylglycol, éthylglycol).
On utilise généralement ces solvants en mélange avec des diluants : hydrocarbures aromatiques (toluène, xylènes) et alcools (isopropylique…).
4.
–
Liants.
On ajoute très souvent à la nitrocellulose d’autres résines compatibles glycérophtaliques, mélamine-formol ou urée-formol, polyesters, polyamides, polyacryliques, etc.
II. – MISE EN ŒUVRE
Selon leur teneur en azote, les nitrocelluloses ont des applications différentes.
La fabrication de « celluloïd », l’une des plus anciennes matières plastiques est pratiquement abandonnée, en raison de l’infl ammabilité et de la fragilité de ce produit.
116
Le principal débouché des nitrocelluloses est actuellement l’obtention de laques, vernis, peintures, colles, encres et revêtements.
1. – Laques et vernis.
Les résines utilisées pour cette application ont un taux d’azote compris entre 11,8 % et 12,2 % et une viscosité très faible, faible ou moyenne.
— Vernis en solution.
Les vernis nitrocellulosiques sont des collodions de viscosités variables, contenant des solvants, des plastifi ants, des résines additives naturelles ou synthétiques, des pigments ou colorants. Pour diminuer la viscosité de ces solutions, il est possible de les utiliser à chaud.
L’application de ces vernis peut être faite au pistolet, à la brosse ou au trempé.
— Vernis en émulsion.
Ce sont des émulsions aqueuses de nitrocellulose, en présence d’agents mouillants et émulsifi ants. En outre, elles contiennent toujours un faible pourcentage de solvants (18 à 20 %) dont le point d’ébullition est plus
élevé que celui de l’eau, pour permettre la coalescence du fi lm.
Ces vernis sont employés pour les applications sur bois, cuir, tissu, maçonnerie.
2. – Colles.
Ce sont des dissolutions de nitrocellulose de forte viscosité dans l’acétone et les esters, avec adjonction de diluants. Elles sont plastifi ées
à l’huile de ricin et aux phosphates. Ces colles sont utilisées dans les industries du cuir et du bois.
3. – Films cellulosiques.
Ils sont réalisés par coulée à partir d’un mélange de plastifi ants et de résines à 12 % d’azote, dans un solvant en présence d’un retardateur d’évaporation.
4. – « Celluloïd ».
Le « Celluloïd » est une matière plastique à base de nitrocellulose à 11-
11,5 % d’azote, soluble à l’alcool, de forte viscosité, plastifi ée au camphre à raison de 25 à 40 % du poids de la résine sèche.
Le Celluloïd se travaille par :
— Souffl age.
Deux feuilles de Celluloïd préchauffées à 110 °C sont placées entre les deux parties d’un moule à 115 °C fi xé sur les plateaux chauffants d’une presse. Après fermeture de la presse, on injecte de la vapeur entre les deux feuilles. On démoule après refroidissement complet.
117
— Formage.
Il est très facile, après ramollissement dans l’eau chaude (80-90 °C)
— Collage.
Le collage du celluloïd sur lui même peut se faire par ramollissement à l’acétone. Il est préférable d’utiliser une dissolution de résine dans un mélange de solvants.
— Usinage.
Perçage, sciage, fraisage, tournage, etc. Pour éviter l’échauffement, il est nécessaire de prévoir des arrêts fréquents et un refroidissement à l’eau de savon.
III. – RISQUES*
1. – Résines et adjuvants.
La nitrocellulose est la matière plastique qui présente le degré d’infl ammabilité le plus élevé.
Les nitrocelluloses insuffi samment plastifi ées ou humidifi ées, sont très facilement infl ammables. Si elles sont sèches ou non gélatinisées, elles doivent être assimilées à des explosifs.
Les nitrocelluloses en fl oches peuvent acquérir un caractère explosif, si on laisse l’alcool (ou l’eau) de mouillage s’évaporer exagérément (même si un faible pourcentage de plastifi ant a été ajouté dans les fl oches). Par contre, les granulés, parce qu’ils sont plastifi és et les collodions, à cause de leur faible concentration en nitrocellulose, ne peuvent pas présenter de caractère explosif.
Les nitrocelluloses sont caractérisées par [106], [107], [108] :
— un degré d’infl ammabilité très élevé ;
— une grande vitesse de combustion ;
— un pouvoir calorifi que d’environ 4 000 kcal/kg [16] et une température de la fl amme qui peut atteindre 1 500-1 800 °C.
La combustion des nitrocelluloses s’accompagne d’un dégagement de fumées irritantes, chaudes et fortement toxiques composées d’oxyde de carbone et d’oxydes d’azote. Ces gaz forment avec l’air un mélange explosion.
Les feux de nitrocellulose en fl oches ou en granulés se combattent bien avec l’eau. Il faut tenter de noyer très vite et abondamment le foyer d’incendie, la pulvérisation d’eau sur le feu est en général moins effi cace.
Les feux de collodions se combattent bien avec les extincteurs à mousse ou de préférence à poudre polyvalente.
également le tableau en fi n de volume.
118
Le celluloïd qui brûle est très diffi cile à éteindre, car il assure lui-même sa combustion avec son oxygène propre. Même à l’abri de l’air, le celluloïd peut s’enfl ammer et brûler. L’infl ammation spontanée peut être provoquée par une élévation de température de la matière. Ce risque doit être pris en considération pendant l’usinage et plus particulièrement au cours des opérations de sciage et de découpage qui nécessitent un refroidissement approprié.
De plus, les poussières dégagées pendant l’usinage donnent lieu
à des phénomènes d’électricité statique d’où le danger d’explosion ou d’infl ammation.
Pour les précautions à prendre lors de la manipulation, du traitement et du stockage de la nitrocellulose et pour la lutte contre le feu, on peut se reporter à la note documentaire « Risques d’incendie et d’explosion présentés par la nitrocellulose » [106].
Par ailleurs, on retrouve les risques dus aux adjuvants :
Plastifi ants.
Le camphre, plastifi ant du celluloïd, est infl ammable. Il est modérément nocif par inhalation et peut provoquer à de fortes concentrations des troubles de la vision et des étourdissements.
Parmi les autres plastifi ants, les phosphates de triphényle et surtout de tricrésyle sont de loin les plus dangereux. Se reporter au tableau en fi n de volume.
Solvants et diluants.
Les esters et les cétones sont des solvants infl ammables et explosibles en mélange avec l’air. Leur toxicité est relativement faible par rapport à celle des hydrocarbures aromatiques utilisés comme diluants : toluène et xylènes en particulier sont nocifs par inhalation et irritants pour la peau et les muqueuses.
Les vapeurs de méthylglycol et d’éthylglycol sont irritantes pour les muqueuses oculaires et respiratoires. Celles de méthylglycol peuvent à forte concentration exercer un effet narcotique.
2. – Dégradation thermique [24], [106].
La nitrocellulose commence généralement à se décomposer vers
150 °C mais la décomposition peut commencer dès 40 °C en particulier pour des matières vieilles ou emmagasinées depuis longtemps. D’autre part, cette décomposition est exothermique ; elle s’entretient et s’accélère elle-même et conduit à l’infl ammation.
Elle produit des quantités importantes de gaz infl ammables et toxiques : hydrocarbures, nitriles, ammoniac, acide cyanhydrique, anhydride carbonique, oxyde de carbone.
119
