Choix des polymères pour l’adsorption

L’étude de l’adsorption sur substrats ligno-cellulosiques a été réalisée sur cinq types de polysaccharide ou dérivés, dont les caractéristiques (origine, masse molaire, pureté, température de dégradation à 20 % de perte de masse, taux d’humidité) sont décrites dans l’Annexe B).

1.2.1 Xyloglucane

Le xyloglucane (XG) est issu des graines de Tamarin. Le xyloglucane est un polysac-charide à structure ramifiée dont la chaîne principale est constituée d’unités glucose liées en β(1 → 4) et dont les ramifications sont principalement composées d’unités xylose liées en α(1 → 6) et d’unités galactose liées en β(1 → 2) au xylose (Figure II.1). Plus rarement, il est possible d’avoir un motif fucose en α(1 → 2) sur le galactose.

O HO OH O HO O O HO OH O HO O HO OH O O O HO OH O O O HO OH O O O HO OH HO HO HO O HO O HO O O OH OH HO HO HO Glc Gal Glc Glc Glc Glc

Xyl Xyl Gal

n HO O HO OH Xyl

Figure II.1 – Exemple de représentation du xylogucane (Glc : Glucose, Xyl : Xylose, Gal : Galactose)

C’est le principal polysaccharide décrit dans la littérature du fait de son excellente affinité pour la cellulose ou le bois (voir Chapitre I). De plus, il est soluble dans l’eau (quel que soit le pH) et le DMSO.

Notre étude avec ce polysaccharide a été réalisée à partir d’un produit commercialisé par Megazyme® pur à ≈ 95 wt% dont la masse molaire mesurée par SEC est de 795 000 g/mol. Les proportions de chaque motif données par le fournisseur sont : Glucose 49 wt%, Xylose 31 wt%, Galactose 17 wt% et 3 wt% d’autres sucres.

Il n’a pas été possible de trouver une masse molaire plus faible commercialement disponible.

Nous avons également étudié une poudre de tamarin. Cette poudre est commerciale, mais contient majoritairement des protéines, des chaînes aliphatiques, des fibres et seule-ment ≈ 30 % molaire de XG.

1.2.2 Arabinoxylane

Suivant son origine, l’arabinoxylane (nommé xylane par la suite) peut être neutre ou anionique dû à la présence de motif acide glucuronique (fonction carboxylate). Néanmoins, les xylanes portant ce type de groupement sont issus du bois. Dans notre cas, le xylane testé est neutre, car obtenu à partir de blé (Figure II.2). C’est un polysaccharide constitué majoritairement d’unités xylose liées en β(1 → 4) et substituées par des unités arabinose en α(1 → 3).

Ces xylanes sont aisément solubles dans l’eau. Au moment où ont été réalisés ces travaux, il n’était pas possible de trouver commercialement des xylanes anioniques.

O O HO OH O O OH O O OH O O HO ^OH OH O OH HO O HO OH HO O HO O n

Figure II.2 – Exemple de représentation du xylane

Les xylanes sont présents dans la paroi cellulaire du bois et leurs interactions avec la cellulose et la lignine dépendent de leurs motifs (degré de branchement, quantité d’acide glucuronique)1. Il est donc intéressant d’analyser la capacité de ce polysaccharide à s’ad-sorber sur les substrats ligno-cellulosiques.

Nous avons pu voir dans le chapitre précédent que la masse molaire avait une influence sur l’adsorption. Deux xylanes de compositions similaires (ici 62 wt% de xylose et 38 wt% d’arabinose), mais de masses molaires sensiblement différentes ont donc été sélectionnés (Mw = 56 700 et 323 000 g/mol, données fournisseur). Cependant, il s’avère qu’après l’analyse des deux masses molaires par SEC aqueuse (triple détection), les masses mesurées sont respectivement égales à 274 000 et 333 000 g/mol, deux masses qui sont finalement assez proches.

1.2.3 Dextrane

Le dextrane est un polymère constitué d’unités D-glucose liées par des liaisons de type

α(1 → 6) ramifié via des liaisons en α(1 → 2), α(1 → 3) ou α(1 → 4) (Figure II.3). Il est

produit à partir de certaines bactéries.

O HO OH O HO OH O OH O O OH O OH OH O OH OH OH n HO O HO HO O HO HO HO O O O

Figure II.3 – Exemple de représentation du dextrane

C’est un polysaccharide disponible commercialement et peu coûteux. Il est soluble dans l’eau et dans certains solvants polaires aprotiques (DMSO par exemple). Dans cette étude, le dextrane est issu de Leuconostoc spp. et sa masse molaire (Mw) est égale à 100 000 g/mol (donnée fournisseur).

1.2.4 Guar

Le guar ou gomme de guar est un galactomannane composé d’une chaîne d’unités mannose liées en α(1 → 4) et de motifs D-galactose branchés en α(1 → 6)a (Figure II.4). Il est notamment extrait des graines de Cyamopsis Tetragonoloba. Le guar est peu soluble dans l’eau et a plutôt tendance à former une dispersion en milieu aqueux.

O O HO OH ^O HO OH OH OH O O HO OH OH O OH n

Figure II.4– Exemple de représentation du guar

Le guar utilisé est le Meyprodor®50 de Danisco dont la masse molaire (Mw) est égale à 900 000 g/mol. Les galactomannanes sont régulièrement décrits dans la littérature comme ayant une bonne affinité pour la cellulose2–4.

1.2.5 Carboxyméthyl cellulose

La carboxyméthyl cellulose (CMC) est obtenue par réaction d’éthérification de la cellulose en présence d’acide chloro-acétique (Figure II.5). La substitution conduit à un dérivé anionique soluble dans l’eau.

O RO OR OR O OR O O OR n RO R = H ou CH₂CO₂Na

Figure II.5– Représentation de la carboxyméthyl cellulose

Il existe une grande variété de CMC commerciales dont les masses molaires et les degrés de substitution en groupement acide diffèrent. Dans le cadre de ces travaux, un DS de 0,7 et deux masses molaires (Mw = 90 000 et 250 000 g/mol, données fournisseurs) ont été choisis.

C’est le seul polymère dérivé de polysaccharide de cette étude et c’est un polyanion (pKaCOOH = 4-5)5,6dont le taux de charge dépend du pH de la solution et de sa concentra-tion en sel ionique. D’autres polysaccharides naturellement ioniques n’ont pas été retenus (xylane issu du hêtre ou chitosane par exemple), car indisponibles, chers ou trop peu décrits dans la littérature.

Il est intéressant de noter que tous les polymères décrits précédemment sont insolubles dans les solvants organiques tels que l’acétone, l’isopropanol ou l’éthanol. Ces solvants pourront donc être utilisés pour la purification en cas de modification chimique.

(ou dérivés)

L’adsorption des polymères sélectionnés a été évaluée sur trois types de substrats ligno-cellulosiques : papier Whatman (cellulose pure), fibres de bois et panneaux de bois encollés. Les objectifs de cette étude sont multiples. Comme nous avons pu le voir dans le Chapitre I, les paramètres jouant un rôle sur l’adsorption sont nombreux (concentration, masse molaire, substrat...). Il s’agit donc d’étudier les paramètres d’adsorption tout en gardant à l’esprit que la méthode d’adsorption doit être compatible avec un procédé industriel.

Le dépôt des différents polymères et dérivés a été effectué par deux méthodes : 1) l’immersion du substrat dans une solution aqueuse contenant le polymère ou 2) la pulvé-risation d’une solution de polymère sur le substrat.