Les cires sont des substances que l’on peut facilement modeler, insolubles dans l’eau pour la plupart, solubles dans certains solvants organiques. Qu’elles soient naturelles ou synthétiques, les cires sont des mélanges chimiquement très stables composés de molécules d’ hydrocarbures et esters d’acides gras et d’alcool gras principalement pour les cires naturelles ; des hydrocarbures aussi et des polyétheroxydes pour les cires synthétiques.
Deux grands groupes : les cires naturelles et les cires synthétiques
Les cires naturelles, sont dites naturelles car elles sont issues de substances naturelles, éventuellement transformées par l’homme.
Parmi les cires naturelles, nous trouvons trois sortes de cires :
– Les cires naturelles minérales qu’on appelle ainsi parce qu’elles sont extraites du sous-sol comme les minéraux mais elles sont pourtant formées de molécules organiques.
– Les cires naturelles végétales, substances produites naturellement pas des végétaux
– Les cires naturelles animales, substances naturelles produites par des animaux
Les cires synthétiques, sont appelées ainsi car elles sont synthétisées par l’homme, elles sont donc la résultante de réactions chimiques.
Les cires naturelles minérales
Ce sont les paraffines et les cires micro-critallines.
Lors de la distillation des pétroles bruts on obtient dans une zone de température s’étalant entre 400°C et 500°C une coupe correspondant aux paraffines et aux cires.
Il s’agit d’hydrocarbures saturés dont le nombre de carbones se situe entre 18 et 60.
Les cires minérales micro-critallines ont des chaînes longues et ramifiées ce qui leur confère une structure microcristalline, d’où leur nom. Il en résulte une substance molle, blanche, non translucide dont la température de fusion est supérieure à 70°C.
Les paraffines, elles, ont des chaînes légèrement plus courtes et linéaires (non ramifiées) ce qui leur confère une structure macrocristalline. Il en résulte un solide blanc, translucide, rigide et qui se casse facilement, dont le point de fusion est assez bas (entre 50 et 70°C).
Parmi les cires naturelles minérales moins connue, on trouve également des cires de structure semblable à celles provenant des pétroles, dans les lignites (charbons à 75% environ de carbone) ; on les appelle ozocérites.
Citons enfin les cires montaniques qui sont des cires minérales provenant de végétaux fossilisés, que l’on peut extraire des charbons et des lignites. Ces cires de Montan sont très dures ; cette dureté est due à la grande concentration en acides gras et en alcools libres et à la faible concentration en esters (ce sont ces esters qui prédominent dans les cires molles). Elles sont foncées et odorantes lorsqu’on les extrait mais on peut les purifier pour les commercialiser ; on en trouve dans certains encaustiques, dans certaines encres, dans des produits d’entretien pour cuirs et dans la fabrication de papiers carbone. Elles constituent aussi l’additif alimentaire noté E912 (agent de glaçage).
L’utilisation des cires minérales naturelles sont nombreuses :
– dans le domaine des cosmétiques, où elles servent d’excipient, parfois d’épaississant, d’agent de texture ou filmogène ; on les utilise aussi pour l’épilation.
– on les utilise pour entretenir et faire briller certains bois, (meubles, parquets), on parle alors d’encaustique.
– dans l’industrie alimentaire : on emballe certains fromages, certains fruits dans la cire pour les conserver ; on enrobe certains bonbons pour les rendre brillants ; les chewing-gum ont un agent de consistance à base de cire.
– pour fabriquer les encres et leur donner de la brillance ainsi que pour modifier leurs propriétés mécaniques.
– dans l’industrie papetière (notamment les emballages alimentaires).
– pour l’entretien des cuirs, où l’on utilise des cires sous forme de cirages.
– pour fabriquer des bougies.
Les cires naturelles végétales
Les cires naturelles végétales ou animales font partie d’un groupe de composés appelés cérides qui constituent un sous-ensemble d’un ensemble plus vaste de substances appelées lipides ; il s’agit d’esters d’acides gras et d’alcools gras.
Les acides gras naturels sont des acides carboxyliques saturés ou insaturés, à chaîne linéaire, dont les plus importants contiennent de 12 à 22 atomes de carbone en nombre pair.
Plusieurs données caractérisent les cires naturelles et renseignent sur leur composition :
L’indice d’acide : qui traduit la quantité d’acides libres dans la cire ; c’est la masse de potasse (Hydroxyde de potassium (KOH) en mg fixée à froid par 1g de cette cire. Cet indice renseigne sur l’acidité de la cire, caractère qui peut avoir une incidence sur le support qui la reçoit.
L’indice de saponification et l’indice d’ester : L’indice de saponification est la masse (en mg) de KOH nécessaire pour saponifier 1g du corps gras à chaud. La différence entre indice de saponification et indice d’acide donne l’indice d’ester qui renseigne sur l’importance des esters dans la composition de la cire.
L’indice d’iode : il s’agit de la masse d’halogène exprimée en grammes, calculée en I2 fixé sur les doubles liaisons de 100g de cire. Il permet de déterminer le degré d’insaturation de la cire, c’est-à-dire le nombre de doubles liaisons carbone-carbone qui existent dans les chaînes des acides gras et des alcools gras qui la composent.
Cire de Carnauba
Cette cire provient du Copernicia cerifera (nom commun Copernicia prunifera) un palmier haut de 10 à 12m ; ses larges feuilles vertes en éventail sont enduites de cette cire que l’on appelle aussi cire du Brésil car ces arbres poussent bien dans le nord-est du pays. On en tire environ 7 kg par palmier.
Elle représente environ 60% des cires végétales utilisées dans l’industrie et provient presque exclusivement du Brésil.
La cire de carnauba est un solide dur et fragile présentant une cassure résineuse, de couleur brun clair à jaune pâle. Dans le commerce elle se présente en poudre ou en paillettes.
Cette cire est pratiquement insoluble dans l’eau et dans l’éthanol.
Elle résiste un peu mieux à la chaleur que la cire d’abeille, elle fond vers 85°C.
Son indice d’acidité varie de 2 à 7, il s’agit donc d’une cire peu acide ; son indice d’iode est de 10 donc peu d’insaturations ; son indice de saponification varie de 78 à 95.
Son code alimentaire est E903, sa densité est 0,97 .
La cire de Carnauba s’utilise en association avec d’autres cires et en particulier avec la cire d’abeille pour la fabrication :
– des encaustiques (on parle d’encaustique quand la cire est mélangée en solution dans un solvant comme l’essence de térébenthine)
– des cirages d’entretien des cuirs
-des cosmétiques pour fabriquer du maquillage comme les rouges à lèvres
et également :
– dans l’industrie alimentaire (enrobage des chewing-gum)
– dans l’industrie papetière pour confectionner le papier huilé (translucide) …
Cire de Jojoba
Elle provient du Simmondsia chinensis un arbuste originaire des déserts de l’Arizona et du nord-ouest du Mexique.
c’est un liquide à l’aspect huileux (appelé parfois improprement huile de jojoba), assez visqueux, légèrement jaunâtre, inodore, obtenu par pression des graines de la plante.
La cire de Jojoba renferme environ 97% d’esters céridiques insaturés.
Son indice d’acidité est inférieur à 1, il s’agit donc d’une cire ayant très peu d’acides gras libres ; son indice d’iode est de 80 à 85 donc beaucoup d’insaturations ; son indice de saponification varie de 88 à 96.
Elle est essentiellement utilisée en cosmétique pour les soins de la peau (savons, crèmes hydratantes, écrans solaires), mais aussi des cheveux (shampooings).
Cire de Candelilla
Les tiges et les feuilles d’une plante poussant au nord-est du Mexique et au sud du Texas (Euphorbia cerifera ou Euphorbia antisyphilitica) en sont enduites ; on la recueille en traitant la plante par de l’eau chaude acidulée à l’acide sulfurique.
La cire de Candelilla est un solide dur (mais moins dur que la cire de carnauba), de densité se situant entre 0,95 et 0,99, de couleur jaune brun plus ou moins, translucide, dont le point de fusion se situe vers 70°C. Elle est insoluble dans l’eau, très peu soluble dans l’éthanol, soluble dans l’acétone, le benzène, les essences et les huiles.
Elle est relativement imperméable, sa fonction première étant de limiter l’évaporation de l’eau de la plante sur laquelle on la trouve, et qui pousse dans des contrées quasi désertiques.
Son indice d’acidité est entre 12 et 15 ; son indice d’iode entre 30 et 35 ; son indice de saponification entre 50 et 65.
Elle est utilisée dans les produits cosmétiques et en particulier les rouges à lèvres et sticks permettant de limiter la déshydratation des lèvres, en effet cette cire est dure mais elle peut se mélanger à la cire liquide de jojoba, ce qui permet d’obtenir la consistance souhaitée.
La cire de candelilla est aussi utilisée dans la fabrication de bougies (d’où son nom, en espagnol) et de lubrifiants, de produits d’entretien du cuir, de produits permettant l’imperméabilisation des papiers.
C’est un additif alimentaire dont le code est E902, utilisé comme agent d’enrobage (confiserie, chewing-gums…).
Cire de son de riz
Le riz (Oriza sativa) est contenu dans une enveloppe non comestible très fine que l’on l’appelle le son de riz.
Du son de riz, il est possible d’extraire, par solvant, de l’huile et de la cire.
La cire de son de riz est un solide jaune orangé, sans odeur, qui fond vers 78°C.
Elle est essentiellement composée d’esters d’acides gras et d’alcools gras.
Son indice d’acidité est d’environ 10 ; son indice d’iode, environ 20 ; son indice de saponification entre 75 et 120.
Elle est utilisée dans les produits cosmétiques, comme émollient, comme exfoliant, comme filmogène ou épaississant et comme durcisseur dans les rouges à lèvres.
C’est un additif alimentaire dont le code est E908, utilisé comme agent d’enrobage (confiserie, chewing-gums…).
Mais on la trouve aussi dans d’autres secteurs de l’industrie : produits pharmaceutiques, encres d’imprimerie, lubrifiants…
Cire de soja, colza, coco, palme, tournesol
Ces cires végétales sont issues de l’hydrogénation d’huiles végétales naturelles.
L’hydrogénation est une réaction chimique qui consiste en l’addition d’’une molécule de dihydrogène (H2) à un autre composé. Cette réaction est habituellement employée pour réduire ou saturer des composés organiques. Elle nécessite en général une catalyse, les réactions sans catalyse nécessitant de très hautes températures.
Les cires naturelles animales
Cire d’abeille
La cire d’abeille est produite, à partir des glandes cirières situées sur la face ventrale de l’abdomen des abeilles ouvrières (la reine et les mâles n’en produisent pas), sous forme de fines écailles transparentes blanches. Cette cire mélangée à de la salive d’abeille est ensuite malaxée par les mandibules, portée à une température d’environ 35°C et sert à la construction des alvéoles hexagonale. A savoir que cette forme parfaitement hexagonale des alvéoles n’est pas le fait des abeilles ; les abeilles construisent en fait des cylindres, et les lois physiques qui régissent le comportement de cylindres groupés, formés d’une substance solide qui se ramollit à une certaine température (viscosité, tension superficielle …) font le reste. C’est dans ces alvéoles que sera déposé le miel, une autre couche de cire venant ensuite obturer les alvéoles.
C’est à partir du miel et des sucres que l’abeille synthétise la cire et non à partir du pollen.
La cire d’abeille est un solide initialement blanc mais qui se colore progressivement en brun sous l’effet des pigments de plusieurs substances dont le pollen ; cette cire fond vers 65°C et sa densité est 0,96 ; elle est insoluble dans l’eau, soluble dans l’éthanol à chaud, le chloroforme et le benzène.
Son indice d’acidité se situe entre 15 et 23 ; son indice d’iode entre 6 et 12 ; son indice de saponification entre 85 et 105 et son indice d’ester entre 70 et 82.
Elle est utilisée en cosmétique où son pouvoir filmogène est mis à profit dans les rouges à lèvres et les sticks déodorants, son pouvoir texturant dans les gloss et son pouvoir durcisseur dans les savons.
La cire d’abeille est aussi utilisée dans l’industrie pharmaceutique ; elle sert aussi à confectionner des bougies ; dans l’industrie alimentaire elle sert d’agent d’enrobage et c’est un additif alimentaire classé sous le code E 901 (agent de texture et de glaçage). Enfin, les encaustiques dits “naturels” en contiennent mélangée souvent à de la cire de carnauba.
Blanc de baleine (ou spermaceti)
Le spermaceti est un composé blanc, inodore, d’aspect huileux, qui fond à une température supérieure à 30°C, insoluble dans l’eau mais soluble dans l’éthanol chaud, le chloroforme et le xylène.
On trouve jusqu’à 4 tonnes de ce mélange dans la tête d’un grand cachalot. Le rôle de cette substance n’est pas parfaitement établi ; parmi les hypothèses formulées on note l’écholocalisation et la flottabilité, la première semblant être la plus probable.
C’est un mélange de cire et de triglycérides dont le constituant principal est la cire.
Son indice d’acidité est inférieur à 2 ; son indice d’iode est aussi inférieur à 3 ; l’indice de saponification se situe entre 105 et 120.
Autrefois utilisé dans les crèmes cosmétiques, son utilisation est aujourd’hui strictement encadrée pour prévenir le massacre des cétacés. Il est remplacé par la cire de jojoba.
Les cires synthétiques
Toutes ces cires sont le résultat de procédés chimiques.
Les cires Fischer-Tropsch
Inventée en 1923 par les deux chimistes Franz Fischer et Hans Tropsch, la réaction de Fischer-Tropsch est une réaction permettant de fabriquer un combustible.
On obtient une cire solide, à température ambiante, composée d’alcanes linéaires, essentiellement, accompagnés d’alcènes et de petites quantités d’alcools, d’aldéhydes et d’esters.
Cette cire est dure et à structure macrocristalline comparable à celle des paraffines naturelles.
Elle est utilisée pour la fabrication d’adhésifs, de bougies, de sticks dans l’industrie cosmétique et d’encaustiques.
Les cires de polyéthylène (ou polypropylène)
On peut procéder au craquage à 400°C du polyéthylène basse densité. On obtient un polymère à chaînes plus courtes qui possède les caractéristiques d’une cire, soluble dans le white spirit, l’essence de térébenthine, le xylène et utilisée dans la fabrication des encaustiques, de produits pour l’entretien des cuirs, des adhésifs…
Les cires de polyoxyde d’éthylène (ou polyoxyde de propylène)
Elles sont solubles dans l’eau, mais aussi dans certains solvants organiques.
On les utilise dans l’industrie des cosmétiques, mais aussi comme agent d’enrobage des fruits et pour faire briller les carrosseries de voitures lors des lavages.
Les cirages
Les cirages sont des préparations à base de cires, contenant la plupart du temps une substance colorante et divers additifs, destinées à l’entretien des cuirs.
A l’origine ils sont formés de corps gras qui maintiennent le cuir souple ; la couleur noire (la plupart des cuirs avaient cette couleur) est donnée par du noir de carbone.
Peu à peu on utilise la cire d’abeille plus ou moins diluée dans l’essence de térébenthine suivant la consistance qu’on souhaite lui donner pour faciliter son étalement.
Aujourd’hui le cirage est une préparation complexe pouvant contenir des cires naturelles, animales (cire d’abeille) et/ou végétales, mais aussi des cires synthétiques (cires de polyéthylène), des silicones parfois pour la résistance à l’eau et l’imperméabilisation des cuirs, des solvants (white spirit mélangé à de l’essence de térébenthine) et des colorants synthétiques divers bien que le noir de carbone soit encore parfois utilisé pour le noir.
Les huiles
Quelle est la différence entre huile et cire ?
Les cires et les huiles sont tous deux des lipides ayant des propriétés hydrophobes.
Mais leur différence n’est pas simplement une différence d’état physique : liquide ou solide, à température ambiante.
Leur différence est chimique :
L’huile, liquide à température ambiante, est composée de triglycérides, c’est à dire une association de 3 acides gras (R-COOH) pour une molécule de glycérol également appelé glycérine (CH2OH–CHOH–CH2OH).
La cire, solide à température ambiante (sauf la cire de jojoba, injustement qualifiée d’huile) est composée d’esters (R-COO-R’) : réaction entre un alcool (R’-OH) et un seul acide gras (R-COOH). Ses propriétés physico-chimiques sont donc différentes d’une huile et notammentbeaucoup plus stables.
C’est la raison pour laquelle les cires de rancissent pas, à la différence des huiles…