Propriétés de base

Les propriétés de base de la NCCMC CelluForce permettent de l’intégrer dans diverses applications pour créer ou améliorer des produits et des procédés. La créativité et la vision des clients et de l’équipe de CelluForce ont mené à des innovations dans plusieurs secteurs industriels.

Les principales propriétés de la NCCMC CelluForce susceptibles d’améliorer les produits sont exposées ci-après:

Autoassemblage

Autoassemblage
Les cristaux de NCCMC CelluForce interagissent entre eux selon leur taille, leur charge et leur forme. La grosseur des nanoparticules favorise le mouvement constant de ces dernières et crée une énergie propice à leur auto-organisation.

Cristaux liquides
Parce qu’ils sont fusiformes, les cristaux de NCCMC CelluForce forme un cristal liquide qui se caractérise par un ordre d’orientation bien défini dans un fluide. L’augmentation de concentration du fluide provoque l’auto-orientation des particules et la répartition en couches de cristaux ayant chacune la même direction. À une concentration donnée, différentes phases sont présentes : une phase ordonnée et une phase désordonnée. Lorsque la concentration du fluide augmente, pendant le séchage par exemple, ce dernier s’organise davantage, jusqu’à ce qu’il se forme un film à structure ordonnée sur la surface.

Empilement
La structure ordonnée crée un film dur et lisse à l’intérieur duquel les molécules sont étroitement empilées. L’empilement est particulièrement serré dans la NCCMC CelluForce car les cristaux comportent des sillons qui favorisent l’imbrication des particules. En raison de la chiralité de la NCCMC CelluForce, la torsion et les sillons de chaque cristal sont similaires, ce qui accentue la compaction.

Force

La NCCMC CelluForce est une matière intrinsèquement forte du fait de sa haute cristallinité. La rigidité de chaque cristal s’établit à 150 GPa et leur résistance à la rupture, à 10 GPa.Ces données sont comparables à celles obtenues pour le KevlarMC ainsi que pour les métaux durs et leurs alliages. Un bon nombre de cristaux sont fondamentalement durs et incompressibles, et la CNC ne fait pas exception à cette règle.

Cependant, les cristaux de CNC sont de taille nanométrique et ne sont pas chimiquement liés les uns aux autres, sauf s’ils se retrouvent dans des structures naturelles comme le bois ou s’ils sont agrégés ou incorporés à des matrices et des films.

Le défi consiste donc à utiliser la CNC pour accroître la rigidité, la résistance à la rupture, la dureté et l’incompressibilité des matériaux utilisés par l’Homme en reproduisant ce que Dame nature a fait tout au long des siècles. Dans de nombreuses applications, cela se fait déjà en s’assurant de la bonne dispersion des particules nanométriques et de leur compatibilité avec les matrices auxquelles elles sont intégrées ou déposées.

Thixotrope

Les fluides auxquels on ajoute la NCCMC CelluForce deviennent rhéofluidifiant, ce qui signifie que leur viscosité diminue avec l’augmentation du cisaillement (liquéfaction sous l’effet de la force). Cette propriété permet le développement de divers types d’applications. Le degré de rhéofluidification est fonction de la rigidité, de la charge et de la forme du cristal et sont tous favorables dans le cas de la NCCMC CelluForce. Ceci permet l’utilisation d’une petite quantité de particules pour un effet important. Il est aussi possible d’ajuster l’effet rhéofluidifiant en modifiant le diamètre effectif des particules ou en variant les interactions avec les autres composantes du système.

Les différents modes de fabrication de la CNC qui ont des répercussions sur la rigidité, la charge et la taille du cristal peuvent également altérer la rhéologie. Par exemple, les propriétés thixotropes de la CNC seront différentes de la NCCMC CelluForce si les méthodes utilisées donnent lieu à un produit carboxylé ou à des cristaux non chargés.L’uniformité des propriétés rhéologiques dépend également de l’homogénéité et de la pureté du produit. Le processus de fabrication de la NCCMC CelluForce vient garantir une matière homogène et exempte de contaminants.

Réactive

Groupes hydroxyles
Comme tous les types de cellulose, la NCCMC CelluForce est constituée d’une longue chaîne linéaire de polymère de glucose riche en oxygène et, plus particulièrement, en groupes hydroxyles. Ces derniers forment des liaisons hydrogènes sur les deux faces des cristaux créant ainsi une surface réactive. Même si les groupes hydroxyles ne sont pas tous réactifs et accessibles de façon identique, ils permettent une multitude de réactions avec d’autres composés. Ces groupes hydroxyles sont également la raison pour laquelle la CNC, contrairement aux nanotubes de carbone et aux autres matériaux, est intrinsèquement hydrophile.

Groupes acides
La surface de la NCCMC CelluForce comporte également des groupes acides qui assurent une réaction avec une variété de bases. Alors que de nombreux produits traditionnels, notamment l’acétate de cellulose, la carboxyméthylcellulose et les éthers cellulosiques, misent sur la réactivité de la cellulose, la NCCMC CelluForce permet des liaisons entre plusieurs structures hydrophobes ce qui la rend compatible avec un large éventail de solvants et de matrices polymères.

Photonique

Couleur structurelle
La NCCMC CelluForce produit des solides à couleur structurelle. Lorsque la NCCMC CelluForce sous forme liquide se solidifie, les structures constituées en couches produisent de la couleur grâce à l’interaction avec la lumière. Chez bon nombre d’animaux, d’insectes et de plantes, la couleur structurelle, plutôt que les pigments, viennent créer des teintes vibrantes, irisées et durables.

Couches
Lors de la formation des couches de cristaux pendant le séchage, la charge électrique présente permet de maintenir chaque couche séparée. La chiralité inhérente aux cristaux de chaque couche entraîne une structure hélicoïdale, où les cristaux fusiformes des couches superposées ont une orientation légèrement décalée. L’hélice compte plusieurs couches de cristaux superposés dont certaines suivent la même orientation à une fréquence définie (périodicité).

Périodicité
La périodicité des couches de la NCCMC CelluForce est similaire à la longueur d’onde de la lumière et permet donc de la réfléchir et de l’amplifier. Puisqu’il n’y a qu’une seule périodicité dans les couches, la lumière reflétée se trouve polarisée et crée une couleur. Il est possible de modifier l’empilement périodique des couches au moyen de sels, d’ultrasons ou d’un champ magnétique pour créer des couleurs différentes. L’angle de vue vient également jouer sur la couleur observée. Sous une lumière polarisée, les propriétés de biréfringence des structures sont également visibles dans les liquides en mouvement.

Grande surface

La NCCMC CelluForce présente une grande surface spécifique. Cela s’explique par la taille nanométrique de ses particules qui sont tributaire de la source de cellulose et du procédé de fabrication. La NCCMC CelluForce est produite à partir de pâte de bois mais d’autres matières cellulosiques provenant de bactéries et d’invertébrés marins peuvent être aussi utilisées.

La NCCMC CelluForce a une longueur nominale moyenne de 150 nm et un diamètre nominal moyen de 7,5 nm pour un rapport hauteur/largeur de 20. Ces cristaux sont donc plus courts et souvent plus petits que ceux tirés d’autres matières cellulosiques d’origine végétale, notamment le coton, le chanvre et le lin.

Un gramme de NCCMC CelluForce contient plus de 125 quatrillions (1016) de particules, chacune d’une surface nominale de 4 500 nm2, ce qui se traduit théoriquement par une surface spécifique de 550 m2/g. La surface spécifique dépend de la qualité de la dispersion des particules et du fait que la matière ait été séchée ou redispersée.

Électromagnétique

La NCCMC CelluForce possède une charge électrique. Les groupements fonctionnels présents sur la surface de chaque cristal produisent une charge négative qui lui permet d’être électromagnétique et de transmettre cette propriété aux structures solides et aux liquides dont ils font partie. Ces propriétés électromagnétiques sont variables d’un milieu à l’autre.

Liquides
La charge présente confère des propriétés électro-conductrices aux liquides, qui deviennent ainsi des électrolytes. Cependant, ces derniers diffèrent des électrolytes habituels puisque la charge se trouve sur les particules en suspension, ce qui apporte une mobilité électrophorétique et permet la migration des particules dans un champ électrique. Fait encore plus unique, la NCCMC CelluForce étant composée de nanoparticules fusiformes, ces particules s’auto-orientent dans les champs électromagnétiques, même celui de la Terre.

Structures solides à partir des cristaux
La charge présente confère de fortes propriétés diélectriques aux structures solides à base de NCCMC CelluForce. Malgré l’absence de migration de la charge lorsque la structure se trouve dans un champ magnétique, la charge peut être polarisée de de sorte qu’une surface de la structure devient positive et l’autre négative. De plus, il est possible d’observer des effets piézoélectriques dans les structures solides, c’est-à-dire que la pression exercée peut entraîner une charge électrique.